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計算機操作系統的基本概念與特征
Internet的應用范圍由最早的軍事、國防，擴展到美國國內的學(xué)術(shù)機構，進(jìn)而迅速覆蓋了全球的各個(gè)領(lǐng)域，運營(yíng)性質(zhì)也由科研、教育為主逐漸轉向商業(yè)化。以下是小編整理的關(guān)于計算機操作系統的基本概念與特征，希望大家認真閱讀!
一、基本概念
在信息化時(shí)代，軟件被稱(chēng)為計算機系統的靈魂。而作為軟件核心的操作系統，已經(jīng)與現代計算機系統密不可分、融為一體。計算機系統自下而上可粗分為四個(gè)部分：硬件、操作系統、應用程序和用戶(hù)(這里的劃分與計算機組成原理的分層不同)。操作系統管理各種計算機硬件，為應用程序提供基礎，并充當計算機硬件與用戶(hù)之間的中介。硬件，如中央處理器、內存、輸入/輸出設備等，提供了基本的計算資源。應用程序，如字處理程序、電子制表軟件、編譯器、網(wǎng)絡(luò )瀏覽器等，規定了按何種方式使用這些資源來(lái)解決用戶(hù)的計算問(wèn)題。操作系統控制和協(xié)調各用戶(hù)的應用程序對硬件的分配與使用。在計算機系統的運行過(guò)程中，操作系統提供了正確使用這些資源的方法。
綜上所述，操作系統(Operating System, OS)是指控制和管理整個(gè)計算機系統的硬件和軟件資源，并合理地組織調度計算機的工作和資源的分配，以提供給用戶(hù)和其他軟件方便的接口和環(huán)境的程序集合。計算機操作系統是隨著(zhù)計算機研究和應用的發(fā)展逐步形成并發(fā)展起來(lái)的，它是計算機系統中最基本的系統軟件。
二、特征
操作系統是一種系統軟件，但與其他的系統軟件和應用軟件有很大的不同，它有自己的特殊性即基本特征。操作系統的基本特征包括并發(fā)、共享、虛擬和異步。這些概念對理解和掌握操作系統的核心至關(guān)重要，將一直貫穿于各個(gè)章節中。
并發(fā)(Concurrence)
并發(fā)是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內發(fā)生。操作系統的并發(fā)性是指計算機系統中同時(shí)存在多個(gè)運行著(zhù)的程序，因此它具有處理和調度多個(gè)程序同時(shí)執行的能力。在操作系統中，引入進(jìn)程的目的是使程序能并發(fā)執行。
注意同一時(shí)間間隔(并發(fā))和同一時(shí)刻(并行)的區別。在多道程序環(huán)境下，一段時(shí)間內，宏觀(guān)上有多道程序在同時(shí)執行，而在每一時(shí)刻，單處理機環(huán)境下實(shí)際僅能有一道程序執行，故微觀(guān)上這些程序還是在分時(shí)地交替執行。橾作系統的并發(fā)性是通過(guò)分時(shí)得以實(shí)現的。
注意，并行性是指系統具有可以同時(shí)進(jìn)行運算或操作的特性，在同一時(shí)刻完成兩種或兩種以上的工作。并行性需要有相關(guān)硬件的支持，如多流水線(xiàn)或多處理機硬件環(huán)境。
共享(Sharing)
資源共享即共享，是指系統中的資源可供內存中多個(gè)并發(fā)執行的進(jìn)程共同使用。共享可分為以下兩種資源共享方式：
1) 互斥共享方式
系統中的某些資源，如打印機、磁帶機，雖然它們可以提供給多個(gè)進(jìn)程使用，但為使所打印或記錄的結果不致造成混淆，應規定在一段時(shí)間內只允許一個(gè)進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)該資源。
為此，當進(jìn)程A訪(fǎng)問(wèn)某資源時(shí)，必須先提出請求，如果此時(shí)該資源空閑，系統便可將之分配給進(jìn)程A使用，此后若再有其他進(jìn)程也要訪(fǎng)問(wèn)該資源時(shí)(只要A未用完)則必須等待。僅當進(jìn)程A訪(fǎng)問(wèn)完并釋放該資源后，才允許另一進(jìn)程對該資源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。我們把這種資源共享方式稱(chēng)為互斥式共享，而把在一段時(shí)間內只允許一個(gè)進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)的資源稱(chēng)為臨界資源或獨占資源。計算機系統中的大多數物理設備，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格，都屬于臨界資源，它們都要求被互斥地共享。
2) 同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)方式
系統中還有另一類(lèi)資源，允許在一段時(shí)間內由多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對它們進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。這里所謂的“同時(shí)”往往是宏觀(guān)上的，而在微觀(guān)上，這些進(jìn)程可能是交替地對該資源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)即“分時(shí)共享”。典型的可供多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”訪(fǎng)問(wèn)的資源是磁盤(pán)設備，一些用重入碼編寫(xiě)的文件也可以被“同時(shí)”共享，即若干個(gè)用戶(hù)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)該文件。
并發(fā)和共享是操作系統兩個(gè)最基本的特征，這兩者之間又是互為存在條件的：
資源共享是以程序的并發(fā)為條件的，若系統不允許程序并發(fā)執行，則自然不存在資源共享問(wèn)題;
若系統不能對資源共享實(shí)施有效的管理，也必將影響到程序的并發(fā)執行，甚至根本無(wú)法并發(fā)執行。
3) 虛擬(Virtual)
虛擬是指把一個(gè)物理上的實(shí)體變?yōu)槿舾蓚�(gè)邏輯上的對應物。物理實(shí)體(前者)是實(shí)的，即實(shí)際存在的;而后者是虛的，是用戶(hù)感覺(jué)上的事物。用于實(shí)現虛擬的技術(shù)，稱(chēng)為虛擬技術(shù)。在操作系統中利用了多種虛擬技術(shù)，分別用來(lái)實(shí)現虛擬處理器、虛擬內存和虛擬外部設備等。
在虛擬處理器技術(shù)中，是通過(guò)多道程序設計技術(shù)，讓多道程序并發(fā)執行的方法，來(lái)分時(shí)使用一個(gè)處理器的。此時(shí)，雖然只有一個(gè)處理器，但它能同時(shí)為多個(gè)用戶(hù)服務(wù)，使每個(gè)終端用戶(hù)都感覺(jué)有一個(gè)中央處理器(CPU)在專(zhuān)門(mén)為它服務(wù)。利用多道程序設計技術(shù)，把一個(gè)物理上的CPU虛擬為多個(gè)邏輯上的CPU,稱(chēng)為虛擬處理器。
類(lèi)似地，可以通過(guò)虛擬存儲器技術(shù)，將一臺機器的物理存儲器變?yōu)樘摂M存儲器，以便從邏輯上來(lái)擴充存儲器的容量。當然,這時(shí)用戶(hù)所感覺(jué)到的內存容量是虛的。我們把用戶(hù)所感覺(jué)到的存儲器(實(shí)際是不存在的)稱(chēng)為虛擬存儲器。
還可以通過(guò)虛擬設備技術(shù)，將一臺物理I/O設備虛擬為多臺邏輯上的I/O設備，并允許每個(gè)用戶(hù)占用一臺邏輯上的I/O設備，這樣便可以使原來(lái)僅允許在一段時(shí)間內由一個(gè)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的設備(即臨界資源)，變?yōu)樵谝欢螘r(shí)間內允許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)的共享設備。
因此，操作系統的虛擬技術(shù)可歸納為：時(shí)分復用技術(shù)，如處理器的分時(shí)共享;空分復用技術(shù)，如虛擬存儲器(注：學(xué)到后續內容再慢慢領(lǐng)悟)。
4) 異步(Asynchronism)
在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)程序并發(fā)執行，但由于資源有限，進(jìn)程的執行不是一貫到底，而是走走停停，以不可預知的速度向前推進(jìn)，這就是進(jìn)程的異步性。
異步性使得操作系統運行在一種隨機的環(huán)境下，可能導致進(jìn)程產(chǎn)生與時(shí)間有關(guān)的錯誤 (就像對全局變量的訪(fǎng)問(wèn)順序不當會(huì )導致程序出錯一樣)。但是只要運行環(huán)境相同，操作系統必須保證多次運行進(jìn)程，都獲得相同的結果。
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