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計算機操作系統(tǒng)的基本概念與特征
Internet的應(yīng)用范圍由最早的軍事、國防，擴展到美國國內(nèi)的學(xué)術(shù)機構(gòu)，進而迅速覆蓋了全球的各個領(lǐng)域，運營性質(zhì)也由科研、教育為主逐漸轉(zhuǎn)向商業(yè)化。以下是小編整理的關(guān)于計算機操作系統(tǒng)的基本概念與特征，希望大家認真閱讀!
一、基本概念
在信息化時代，軟件被稱為計算機系統(tǒng)的靈魂。而作為軟件核心的操作系統(tǒng)，已經(jīng)與現(xiàn)代計算機系統(tǒng)密不可分、融為一體。計算機系統(tǒng)自下而上可粗分為四個部分：硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶(這里的劃分與計算機組成原理的分層不同)。操作系統(tǒng)管理各種計算機硬件，為應(yīng)用程序提供基礎(chǔ)，并充當計算機硬件與用戶之間的中介。硬件，如中央處理器、內(nèi)存、輸入/輸出設(shè)備等，提供了基本的計算資源。應(yīng)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(guī)定了按何種方式使用這些資源來解決用戶的計算問題。操作系統(tǒng)控制和協(xié)調(diào)各用戶的應(yīng)用程序?qū)τ布姆峙渑c使用。在計算機系統(tǒng)的運行過程中，操作系統(tǒng)提供了正確使用這些資源的方法。
綜上所述，操作系統(tǒng)(Operating System, OS)是指控制和管理整個計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源，并合理地組織調(diào)度計算機的工作和資源的分配，以提供給用戶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(tǒng)是隨著計算機研究和應(yīng)用的發(fā)展逐步形成并發(fā)展起來的，它是計算機系統(tǒng)中最基本的系統(tǒng)軟件。
二、特征
操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，但與其他的系統(tǒng)軟件和應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)的核心至關(guān)重要，將一直貫穿于各個章節(jié)中。
并發(fā)(Concurrence)
并發(fā)是指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。操作系統(tǒng)的并發(fā)性是指計算機系統(tǒng)中同時存在多個運行著的程序，因此它具有處理和調(diào)度多個程序同時執(zhí)行的能力。在操作系統(tǒng)中，引入進程的目的是使程序能并發(fā)執(zhí)行。
注意同一時間間隔(并發(fā))和同一時刻(并行)的區(qū)別。在多道程序環(huán)境下，一段時間內(nèi)，宏觀上有多道程序在同時執(zhí)行，而在每一時刻，單處理機環(huán)境下實際僅能有一道程序執(zhí)行，故微觀上這些程序還是在分時地交替執(zhí)行。橾作系統(tǒng)的并發(fā)性是通過分時得以實現(xiàn)的。
注意，并行性是指系統(tǒng)具有可以同時進行運算或操作的特性，在同一時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，如多流水線或多處理機硬件環(huán)境。
共享(Sharing)
資源共享即共享，是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進程共同使用。共享可分為以下兩種資源共享方式：
1) 互斥共享方式
系統(tǒng)中的某些資源，如打印機、磁帶機，雖然它們可以提供給多個進程使用，但為使所打印或記錄的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)定在一段時間內(nèi)只允許一個進程訪問該資源。
為此，當進程A訪問某資源時，必須先提出請求，如果此時該資源空閑，系統(tǒng)便可將之分配給進程A使用，此后若再有其他進程也要訪問該資源時(只要A未用完)則必須等待。僅當進程A訪問完并釋放該資源后，才允許另一進程對該資源進行訪問。我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享，而把在一段時間內(nèi)只允許一個進程訪問的資源稱為臨界資源或獨占資源。計算機系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)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) 同時訪問方式
系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時間內(nèi)由多個進程“同時”對它們進行訪問。這里所謂的“同時”往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進程可能是交替地對該資源進行訪問即“分時共享”。典型的可供多個進程“同時”訪問的資源是磁盤設(shè)備，一些用重入碼編寫的文件也可以被“同時”共享，即若干個用戶同時訪問該文件。
并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)兩個最基本的特征，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(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，則自然不存在資源共享問題;
若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效的管理，也必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。
3) 虛擬(Virtual)
虛擬是指把一個物理上的實體變?yōu)槿舾蓚�邏輯上的對應(yīng)物。物理實體(前者)是實的，即實際存在的;而后者是虛的，是用戶感覺上的事物。用于實現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為虛擬技術(shù)。在操作系統(tǒng)中利用了多種虛擬技術(shù)，分別用來實現(xiàn)虛擬處理器、虛擬內(nèi)存和虛擬外部設(shè)備等。
在虛擬處理器技術(shù)中，是通過多道程序設(shè)計技術(shù)，讓多道程序并發(fā)執(zhí)行的方法，來分時使用一個處理器的。此時，雖然只有一個處理器，但它能同時為多個用戶服務(wù)，使每個終端用戶都感覺有一個中央處理器(CPU)在專門為它服務(wù)。利用多道程序設(shè)計技術(shù)，把一個物理上的CPU虛擬為多個邏輯上的CPU,稱為虛擬處理器。
類似地，可以通過虛擬存儲器技術(shù)，將一臺機器的物理存儲器變?yōu)樘摂M存儲器，以便從邏輯上來擴充存儲器的容量。當然,這時用戶所感覺到的內(nèi)存容量是虛的。我們把用戶所感覺到的存儲器(實際是不存在的)稱為虛擬存儲器。
還可以通過虛擬設(shè)備技術(shù)，將一臺物理I/O設(shè)備虛擬為多臺邏輯上的I/O設(shè)備，并允許每個用戶占用一臺邏輯上的I/O設(shè)備，這樣便可以使原來僅允許在一段時間內(nèi)由一個用戶訪問的設(shè)備(即臨界資源)，變?yōu)樵谝欢螘r間內(nèi)允許多個用戶同時訪問的共享設(shè)備。
因此，操作系統(tǒng)的虛擬技術(shù)可歸納為：時分復(fù)用技術(shù)，如處理器的分時共享;空分復(fù)用技術(shù)，如虛擬存儲器(注：學(xué)到后續(xù)內(nèi)容再慢慢領(lǐng)悟)。
4) 異步(Asynchronism)
在多道程序環(huán)境下，允許多個程序并發(fā)執(zhí)行，但由于資源有限，進程的執(zhí)行不是一貫到底，而是走走停停，以不可預(yù)知的速度向前推進，這就是進程的異步性。
異步性使得操作系統(tǒng)運行在一種隨機的環(huán)境下，可能導(dǎo)致進程產(chǎn)生與時間有關(guān)的錯誤 (就像對全局變量的訪問順序不當會導(dǎo)致程序出錯一樣)。但是只要運行環(huán)境相同，操作系統(tǒng)必須保證多次運行進程，都獲得相同的結(jié)果。
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