操作系统原理：资源管理的目的和任务

计算机系统拥有大量的资源。所谓资源是指执行一个用户程序所需要的全部硬件、软件和数据。系统的一个重要功能是将它所管理的各种资源，按照用户要求在所有用户之间进行合理的分配。随着计算机硬件和软件技术的发展，操作系统管理的软、硬件的种类和数量愈来愈多。这不仅促进了操作系统的发展，而且产生了深入研究资源的客观要求。尽管各种资源的性质不尽相同，但从本质上看，它们除了具有“个性”之外，还具有“共性”。人们研究资源的统一概念，研究资源的使用方法和管理策略，以便寻求一种资源管理的普遍原则和系统方法。

现代操作系统的一个重要特点是多任务处理，在计算机系统中可以同时有多个任务同时执行。在批处理系统中将一个用户提交的算题任务视为一道作业，由于采用脱机方式，为使一个算题任务能得到最后结果，计算机系统必须按指定步骤对初始数据进行处理，这一加工过程便形成了一个作业。当作业进入主存时处于执行状态，操作系统为其建立相应的进程。而在分时操作系统和个人计算机操作系统中，用户任务提交给系统时建立相应的进程。对计算机系统而言，作业和进程是请求系统资源的顾客，而操作系统是提供资源、满足用户请求的服务员，资源是被存取的对象。操作系统为响应作业或进程对各类资源的请求，需要一批负责各类资源管理、分配的服务员，这些服务员就是资源管理程序。

1.资源的静态分配和动态分配

资源的分配方法有静态分配和动态分配两种。在批处理系统中，对作业一级采用资源静态分配方法。作业所需要的资源是在调度到这个作业时，根据用户给出的信息（如所需主存大小、需使用的外部设备等）进行分配，并在作业运行完毕后释放所获得的全部资源，这种分配通常称为资源的静态分配。而进程所需要的资源是在进程运行中根据运行情况动态地分配、使用和释放的，这种分配通常称为资源的动态分配。

在现代计算机系统中，有限的资源和大量的资源请求之间存在着矛盾。以充足的资源去做到“有求必应”，这一途径是有吸引力的，但遗憾的是提供足够多的资源来满足系统中诸进程的并发要求是不现实的。为此，在进行资源管理时必须采取某种技术，使一些互相竞争的进程共享有限的资源。资源管理的目的是为用户提供一种简单而有效地使用资源的方法，充分发挥各种资源的作用，它应达到如下目标：

①保证资源的高利用率；

②在“合理”时间内使所有顾客有获得所需资源的机会；

③对不可共享的资源实施互斥使用；

④防止由资源分配不当而引起的死锁。

这些目标之间是有矛盾的。如目标②意味着使用户满意，为了达到这一点，通常就不得不在目标①方面做出一些牺牲。这是因为，资源利用率越高，进程在资源请求得到满足之前的平均等待时间就越长。在使用户满意和资源利用率之间进行折中是评价资源分配和调度策略的标准之一。在确保响应时间的实时系统中，希望这种折中偏向于用户，而在批处理系统中它可能要偏向于资源的高利用率。在一个企图同时提供批处理和分时服务的系统中，这就会引起管理上的困难。(www.xing528.com)

2.资源管理的任务

为了实现上述目标，资源管理模块的任务是解决资源分配问题，在资源分配中严防发生死锁现象；解决对资源的存取和使用方法的问题，并提供对资源存取的控制和实施安全保护措施。为此，无论是软件资源还是硬件资源，对它们的管理都应包含以下四个方面的内容。

（1）资源数据结构的描述。用于资源分配的数据结构应包含该类资源最小分配单位的描述信息，如该资源的物理名、逻辑名、类型、地址、分配状态等。这些信息记录了该类资源的分配情况，如哪些还没被占用，哪些已被占用，谁正在使用等。另外，在资源数据结构中还应包含对该资源的存取权限、密级、最后一次存取时间、记账信息以及该类资源使用的特性等。

（2）确定资源的分配原则和调度原则。在资源分配时，一方是为数众多的请求者，另一方是数量小于请求者的系统资源。为此，需要确定一组原则，用以决定资源应分给谁，何时分配，分配多少等问题。

（3）执行资源分配。根据所确定的原则以及用户的要求，执行资源分配。当资源不再需要时，收回资源以便重新分配给其他作业和进程使用。

（4）存取控制和安全保护。这一问题在各类资源管理中都是存在的，尤其是对程序资源（文件）的管理最为突出。

任何一个用户对任一文件的存取都要经过存取控制验证模块的检查。只有合法的用户进行合法的操作才能通过合法性检查，否则将为系统所俘获。由于对某一文件的操作将转换成对某个设备（磁盘或字符设备）的操作，所以对某些外部设备的存取可以认为在它的上一层已进行了合法性检查。当然，根据实际需要也可对各种外部设备做进一步的存取权限的检查。有的系统对磁盘的某些操作采用锁、密码的方法，以实现对磁盘的存取控制。对主存单元的存取同样也要经过主存保护硬件的检查，只有检查通过者才能进行相应操作，以保证同存于主存的各个用户程序的隔离。至于对中央处理机的存取权，可以认为处于就绪队列的进程具有存取CPU的权限。存取控制和安全保护问题已越来越引起人们的重视。

由于各类资源都具有各自的特性，所以对各类资源的具体描述会各有侧重。