《多道程序环境下操作系统资源分配基本单位及相关硬件支持》
一、多道程序环境下操作系统分配资源的基本单位——进程
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（一）进程的概念与特性
在多道程序环境中，操作系统分配资源以进程为基本单位，进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，进程具有动态性，它由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，最后由撤销而消亡，在一个多用户的计算机系统中，当多个用户同时启动不同的程序，如一个用户在进行文字处理，另一个用户在运行数据库查询程序，操作系统会为每个正在运行的程序创建一个进程。
进程还具有并发性，多个进程可以在一段时间内同时运行，这种并发性是多道程序系统提高资源利用率和系统吞吐量的关键，每个进程都有自己独立的地址空间，这保证了进程之间的隔离性，使得一个进程的运行不会随意干扰其他进程。
（二）以进程为资源分配基本单位的原因
1、资源管理的便利性
操作系统管理着多种资源，如CPU、内存、I/O设备等，将资源分配给进程，可以方便地进行资源的统计、调度和回收，对于内存资源，操作系统可以为每个进程分配一定的内存空间，当进程结束时，再回收这部分内存，如果不以进程为单位，而是以更小的单元（如指令或数据块）来分配资源，会使得资源管理变得极其复杂，难以保证资源分配的合理性和有效性。
2、实现并发执行
多道程序环境下，多个进程并发执行是提高系统效率的重要手段，以进程为单位分配资源，使得每个进程可以独立地获取和使用资源，从而实现并发操作，当一个进程在等待I/O操作完成时，操作系统可以调度另一个进程使用CPU，提高CPU的利用率。
3、保护和隔离
不同的进程可能属于不同的用户或者执行不同的任务，将资源分配给进程可以实现进程之间的保护和隔离，每个进程在自己的地址空间内运行，不能直接访问其他进程的地址空间，这样可以防止一个进程对其他进程的恶意破坏或者数据泄露。
二、多道程序系统运行所依赖的硬件机构支持
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（一）中断系统
1、中断的概念与作用
中断系统是多道程序系统运行的重要硬件支持，中断是指CPU在执行程序的过程中，遇到某些突发事件而暂停正在执行的程序，转去执行相应的中断处理程序，处理完后再返回原程序继续执行，当外部设备（如键盘）有数据输入时，会产生一个中断信号，通知CPU暂停当前程序的执行，去读取键盘输入的数据。
2、多道程序调度中的中断应用
在多道程序系统中，中断系统用于实现进程的切换和调度，当一个进程的时间片用完或者发生I/O请求等情况时，会触发中断，操作系统通过中断处理程序，保存当前进程的状态，选择下一个要执行的进程，并恢复其状态，从而实现多个进程的交替执行，在分时操作系统中，定时器中断每隔一定时间就会发生，操作系统根据中断信号，将CPU从当前运行的进程切换到下一个进程，实现多个用户程序的分时共享CPU资源。
（二）时钟部件
1、时钟的功能
时钟部件为多道程序系统提供了时间基准，它可以产生周期性的时钟信号，用于定时、计时等操作，时钟信号可以用于计算进程的执行时间，确定进程的时间片长度等。
2、基于时钟的多道程序管理
在多道程序系统中，时钟部件对于进程调度和资源管理有着重要意义，操作系统可以根据时钟信号来决定何时进行进程切换，例如按照固定的时间片轮转算法，时钟每滴答一次，就检查当前进程的时间片是否用完，如果用完则进行进程切换，时钟信号还可以用于处理一些与时间相关的系统操作，如定期更新系统状态、执行后台任务等。
（三）存储管理部件
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1、存储管理的需求
在多道程序环境下，多个进程需要共享计算机的内存资源，存储管理部件负责对内存进行有效的管理，包括内存的分配、回收、保护和扩充等功能。
2、存储管理部件的支持作用
存储管理部件通过提供虚拟内存技术等手段，满足多道程序系统对内存的需求，采用分页或分段存储管理方式，将进程的逻辑地址空间转换为物理地址空间，使得多个进程可以在有限的物理内存中并发运行，存储管理部件还可以防止进程之间的非法内存访问，保证系统的安全性和稳定性。
（四）I/O控制部件
1、I/O控制的任务
I/O控制部件负责管理计算机系统中的输入/输出设备，如磁盘、打印机等，它的任务包括设备的启动、数据传输的控制、设备状态的监测等。
2、多道程序与I/O控制部件的协同
在多道程序系统中，I/O控制部件与操作系统协同工作，实现多个进程对I/O设备的共享，当一个进程请求I/O操作时，I/O控制部件负责与设备进行交互，而操作系统则可以调度其他进程使用CPU，提高系统的整体效率，当一个进程向磁盘写入数据时，I/O控制部件负责将数据传输到磁盘，在此期间，操作系统可以调度另一个进程在CPU上执行，而不是让CPU处于等待状态。
多道程序环境下操作系统以进程为资源分配基本单位，而这一运行模式依赖于中断系统、时钟部件、存储管理部件和I/O控制部件等重要的硬件机构的支持，这些硬件和操作系统的软件机制相互配合，共同实现了多道程序系统的高效运行，提高了计算机系统的资源利用率和整体性能。
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