作業系統扮演的角色

一部運作正常的電腦，不論是超級電腦還是桌上型 PC ，大致上主要由三個部份所構成的，這三個部份分別是硬體，作業系統和應用程式。硬體，顧名思意，就是像 CPU ，硬碟等這些構成電腦的電子元件，而應用程式則是使用者利用來完成特定目標的程式，例如 ms word 是專門作文書處理的應用程式，netscape 是 brower 。應用程式是一個集合，代表所有執行於作業系統以上的軟體，基本上我們每天開機使用的都是一個又一個的應用程式。那作業系統又是什麼？作業系統位於幕後，是位默默耕耘的功臣，雖然不像硬體看得見，或是像應用程式可以直接使用，它卻影響整部電腦的效率甚巨。它的兩個最重要的任務是提供應用程式介面及資源管理。

控制硬體是件極複雜的事，以讀寫軟碟為例，必須啟動馬達，移動磁頭等等，如果開發應用程式須要包含硬體的控制，那麼難度馬上增加好幾倍，而且不同廠牌的硬體又會有不同的操作方法，等於對每一家硬體廠商須要重寫一次。還好，應用程式控制硬體的方式大同小異，以軟碟為例，不外乎格式化(format)，讀出資料，寫入資料等少數幾個動作。把這些硬體的常用動作，寫成類似函式庫的形式，提供給應用程式呼叫，就是作業系統核心的主要任務之一。這些由作業系統核心提供給應用程式用的類函式統稱為系統呼叫(system calls)，從此以後，應用程式不必再擔心軟碟的運作，它只須呼叫 system call 的 read 或 write ，它甚至不須要管它要寫入資料的是硬碟還是軟碟，使得應用程式的開發可以專心在它的特色功能上。

作業系統依特性可分為單工與多工，DOS 是一個單工的作業系統，單工作業系統的預設是，一個應用程式執行完畢後才會執行另一個程式，因此它允許應用程式可以無限制地使用系統的資源，例如 CPU 時間，記憶體和 IO 等等，這個應用程式甚至可以佔據系統，不再將主導權交回作業系統。這類單工的作業系統只須提供上述的系統呼叫便已足夠。而多工的作業系統，如 Linux ，它允許多個應用程式同時進行，共用 CPU 時間和記憶體，因此只提供系統呼叫的服務是不夠的，還必須做資源的管理，讓這些同時在執行的應用程式不會互相干擾，例如一個程式不能寫入另一程式的記憶體，才能確保這些應用程式都能順利地完成任務。

提供應用程式介面及資源管理並不是完全獨立的，而是相輔相成，因為當程式透過系統呼叫去存取 IO 或要求記憶體時，系統呼叫會呼叫作業系統，作業系統將所有來自程式的要求整合後，在滿足它們的要求時，也作資源管理。

一般多工作業系統可分為下列次系統：行程管理(為了簡單化，此處將行程和程式視為同義)，記憶體管理，檔案系統，IO 及網路系統。這些次系統分別管理整部電腦的一些重要資源，行程管理是管理CPU時間的分配，其它的次系統從名字，即可得知它們所管理的資源。