操作系统的四大基本特征

缺乏、安全感 2023-09-28 12:46 125阅读 0赞

**目录**

一. 并发(Concurrence)

1.1 并发和并行

1.2 进程(Process)

1.3 进程并发必须解决的问题

1.4 并发的实质

二. 共享(Sharing)

三. 虚拟(Virtual)

3.1 时分复用技术

3.2 空分复用技术

四. 异步性(Asynchronism)

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### **一. 并发(Concurrence)**  ###

> 在多道程序环境下,并发性是指在一段时间内,宏观上有多个程序在同时运行,但在单处理机系统中,每一时刻却仅能有一道程序执行,故微观上这些程序只能是分时地交替执行。
> 
> 倘若在计算机系统中有多个处理机,则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上,实现并行执行,即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序,这样,多个程序便可同时执行。

>  *  **并发：**即宏观上在一段时间内有多道程序在同时运行,在微观上,这些程序是在交替执行的。
>  *  为使程序能并发执行,为每个程序建立进程。

#### **1.1 并发和并行**  ####

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> **注意区分并发和并行！！**

#### **1.2 进程(Process)** ####

>  **程序是静态实体（Passive Entity），它们是不能并发执行的**。为使多个程序能并发执行，系统必须分别为每个程序建立进程。一个进程是程序的一次执行，简单说来，**进程是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，**它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个活动实体。多个进程之间可以并发执行和交换信息。**一个进程在运行时需要一定的资源**，如CPU、存储空间及I/O设备等。

> 在操作系统中引入进程的目的，是使多个程序能并发执行。**进程和并发**是现代OS中最重要的基本概念，也是OS运行的基础。进程是OS中可以拥有资源和作为独立运行的基本单位。
> 
> 直到80年代中期，人们才有提出了比进程更小的单位——线程（Threads）。**引入线程后,进程是分配资源的基本单位,线程作为独立运行的基本单位。**

#### **1.3 进程并发必须解决的问题** ####

>  *  如何从一个进程切换到另一个进程？
>  *  如何将各个进程隔离开来,使之互不干扰?
>  *  怎样让多个进程协作完成任务?
>  *  多个进程共享文件数据时,如何保证数据的一致性?
>  *  怎样协调多个进程对资源的竞争或共享?

#### **1.4 并发的实质**  ####

>  *  并发的实质是一个物理CPU(也可以多个物理CPU）在若干道程序之间多路复用。
>  *  并发性是让有限物理资源实现多用户共享,以提高效率。

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### **二. 共享(Sharing)**  ###

> **并发和共享是相互依存的！！**

>  *  共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。因资源属性不同，对资源共享的方式也不同；
>  *  **互斥共享：**（如音频设备、打印机等） 资源分配后到释放前，不能被其他进程所用；
>  *  **同时访问：**（如磁盘文件） 同时是宏观上的，在微观上进程可能是交替地对资源进行访问；
>  *  **并发和共享是操作系统的两个最基本的特征。**一方面，资源共享是以程序(进程)的并发执行为条件的；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效管理， 协调好诸进程对共享资源的访问，也必然影响到程序并发执行的程度；

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### **三. 虚拟(Virtual)**  ###

>  **“虚拟”：**指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物,目的是提高资源利用率。

> **虚拟是以并发和共享为前提的！！**

#### **3.1 时分复用技术**  ####

>  **时分复用技术****：**利用设备为一用户服务的空闲时间，又转去为其他用户服务，使该设备得到最充分的利用。

>  *  **虚拟处理机：**
> 
> 1.  CPU－－每个用户（进程）的"虚处理机；
> 
>  *  **虚拟设备：**
> 
> 1.  显示设备－－多窗口或虚拟终端(virtual terminal)；
> 2.  打印设备－－将临界资源变为同时访问资源；

#### **3.2 空分复用技术** ####

> **空分复用技术：**利用存储器的空闲空间分区存放或运行 其它的多道程序，以此来提高内存的利用率。

> 存储器－－每个进程都占有的地址空间（指令＋数据＋堆栈）

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### **四. 异步性(Asynchronism)**  ###

>  *  进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发执行，"时走时停"，不可预知每个进程的运行推进快慢；
>  *  也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性；
>  *  判据：无论快慢，应该结果相同－－通过进程互斥和同步手段来保证；
>  *  难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）；

> **异步是并发和共享的必然结果！ ！**

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> 有兴趣的朋友还可以看一下下面的两篇，顺着看下去就好了：
> 
>  *  [操作系统的主要功能][Link 1]
>  *  [操作系统的结构设计怎么搞？带你理解理解][Link 2]

[56920fd6a91a48bbafe34387ebe8f785.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/56920fd6a91a48bbafe34387ebe8f785.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_53919192/article/details/127461868?spm=1001.2014.3001.5502
[Link 2]: https://blog.csdn.net/weixin_53919192/article/details/127462613?spm=1001.2014.3001.5502