操作系统概要

操作系统(Operating System,OS)是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源,并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配(操作系统是系统资源的原理者);以提供给用户和其他软件方便的接口和环境;它是计算机系统中最基本的系统软件。

操作系统的特征

1. 并发

并发 : 指2个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的,但是微观上是交错发生的。

操作系统的并发性 指计算机系统中”同时”运行着多个程序,这些程序宏观上看是同时运行的,而微观上看是交替运行的。
操作系统就是伴随着“多道程序技术”而出现的。因此,操作系统和程序并发是一起诞生的。

单核CPU同一时刻只能执行一个程序(具体是指线程), 各个程序只能并发执行。
多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序,多个程序可以并行地执行。

2. 共享

共享即资源共享,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。

2.1 共享方式

2.1.1 互斥共享方式

  1. 系统中的某些资源,虽然可以提供给多个进程使用,但一个时间段内只允许一个进程访问该资源

2.1.2 同时共享方式

  1. 系统中的某些资源,允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问。<br /> 所谓的“同时”往往是宏观上的,而在微观上,这些进程可能是交替地对该资源进行访问地(即分时共享)。<br />实例 :
  • 互斥共享方式:使用QQ和微信视频,同一时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。
  • 同时共享方式:使用QQ发送文件A,同时使用微信发送文件B。宏观上看,两边都在同时读取并发送文件,说明2个进程都在访问硬盘资源,从中读取数据。微观上看,2个进程是交替着访问硬盘的。

    2.2 并发和共享的关系

  1. 并发性 是指 计算机系统中同时存在多个运行着的程序
  2. 共享性 是指系统中的资源可供内存中读个并发执行的进程共同使用

并发性和共享性 互为存在条件。

3. 虚拟

虚拟 是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体(前者)是实际存在的,而逻辑上对应物(后者)是用户感受到的。

3.1 虚拟技术

3.1.1 空分复用技术(虚拟存储器技术)

一个电脑一共4GB内存,运行星际2 要4G,QQ 256M,微信 256M,网易云音乐 256M,同时运行需要的内存远大于4G,此时就是虚拟存储器技术的效果。

3.1.2 时分复用技术(虚拟处理器)

  1. 一个电脑单核,同时可以运行QQ,微信,网易云音乐,实际上只有一个CPU,在用户看来似乎有3CPU同时为自己服务。此时就是虚拟处理器技术的效果。<br /> ** 虚拟技术中的“时分复用技术”,微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务。**

显然,如果失去了并发性,则一个时间段内系统中只需运行一道程序,那么就是去了实现虚拟性的意义。因此,没有并发性,就谈不上虚拟性。

4.异步

异步是指,在多道程序环境下,允许多个程序并发执行,但由于资源有限,进程的执行不是一贯到底的,而是走走停停的,以不可预知的速度向前推进,这就是进程的异步性。
如果失去了并发性,即系统只能串行地运行各个程序,那么每个程序的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性,才有可能导致异步性。

总结

1.1 操作系统的基本概念 - 图1没有并发和共享,就谈不上虚拟和异步,因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征。