操作系统的基本特性

Posted 2021-11-06 weiyalin

批处理系统有着较高的资源利用率和系统吞吐量；分时系统能获得及时响应；实时系统具有实时特征。

总的来说操作系统具有以下4个基本特性：

• 并发性
• 共享性
• 虚拟性
• 异步性

一、并发性

• 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。
• 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

多道程序环境中，并发是指一段时间内宏观上多道程序同时执行。在单处理机系统中，微观上多道程序交替执行；多处理机系统中，微观上多道程序并行执行。

为了使程序能并发执行，操作系统中引入进程的的概念；极大的提高系统资源的利用率，增加系统的吞吐量。

什么是进程

进程在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，是由一组机器指令、数据和堆栈等组成，是一个能独立运行的活动实体。

同属于一个应用程序的计算程序和I/O程序分别建立一个进程，两个进程并发执行。多进程之间可以并发执行和交换信息。

这里就只简单说以下进程，之后的博客会对进程进行详细的说明。

二、共享性

在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。
由于资源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主要有以下两种资源共享方式。

1、互斥共享方式

系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然它们可以提供给多个进程(线程)使用，但为使所打印或记录的结果不致造成混淆，应规定在一段时间内只允许一个进程(线程)访问该资源。把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源。
计算机系统中的大多数物理设备，以及某些软件中所用的栈、变量和表格，都属于临界资源，它们要求被互斥地共享。

2、同时访问方式

允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。这里所谓的“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。
并发和共享是操作系统两个最基本的特征，这两者之间又是互为存在条件的。资源共享是以进程的并发执行为条件；系统要对资源共享实施有效管理，协调各个进程对共享资源的访问。

三、虚拟性

在操作系统中，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)是实的， 而后者是虚的，相应地，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。
在OS中利用时分复用和空分复用技术来实现“虚拟”。

1、时分复用技术

时分复用技术能提高资源利用率的根本原因是利用某设备为一用户服务的空闲时间，去服务其他用户。

（1）虚拟处理机技术

通过多道程序设计技术，让多道程序并发执行的方法，来分时使用一台处理机的，把一台物理上的处理机虚拟为多台逻辑上的处理机。

（2）虚拟设备技术

将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每个用户占用一台逻辑上的I/O设备，这样便可使原来仅允许在一段时间内由一个用户访问的设备(即临界资源)，变为在一段时间内允许多个用户同时访问的共享设备。

2、空分复用技术

将空分复用技术用于空间管理，利用存储器的空闲空间分区域存放和运行多道程序，可以提高存储空间的利用率。

引入虚拟存储技术（通过分时复用内存的方式），将一台机器的物理存储器变为虚拟存储器，以便从逻辑上来扩充存储器的容量。此时，虽然物理内存的容量可能不大(如32 MB)， 但它可以运行比它大得多的用户程序(如128 MB)。这使用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多，认为该机器的内存至少也有128 MB。

四、异步性

多道程序环境下程序的执行，是以异步方式进行的。

进程的执行并不是“一气呵成”，而是“走走停停”，进程是以人们不可预知的速度向前推进。

每个程序在何时执行，多个程序间的执行顺序以及完成每道程序所需的时间都是不确定和不可预知的。