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【OS笔记 3】操作系统的基本特性

2024-11-26 来源:个人技术集锦

在《【OS笔记 1】操作系统的目标和作用、发展过程》中,我们介绍了几种不同类型的操作系统,它们都具有各自不同的特征,比如批处理系统有着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。但是它们其实还有四个共同的基本特征:并发、共享、虚拟、异步。下面就来具体讲解。


1. 并发(进程并发)

正是系统中的程序能并发执行这一特征,才使得OS能有效地提高系统资源利用率和吞吐量。

(1)进程的概念

进程的定义: 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,是一个能独立运行的活动实体。

只有将内存中的程序建立对应的进程,它们才能并发执行。因为进程可以独立运行,但程序不能,它根本不是独立运行的单位。

(2)区分“并行”与“并发”

并行:两个或多个事件在同一时刻发生。(说白了就是同时发生)
并发:两个或多个事件在同一时间间隔内发生。(不需要同时发生)

① 单处理机系统的程序是 并发执行
比如只有一个处理机的多道批处理系统,每个时刻一个处理机当然只能处理一个程序了,但是由于时间片轮转运行,且时间片很短,所以在一个很短的时间间隔内,就可以实现多道程序分时地交替运行,宏观上看起来就像这些程序在同时运行一样,但实际上并不是。

② 多处理机系统的程序是 并行+并发执行
多个CPU同时工作,不同CPU之间的作业是并行执行,同一个CPU里的作业是并发执行。



2. 共享(资源共享)

在OS环境下的资源共享或称为资源复用,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。因为系统中的资源远少于多道程序需求的总和,会形成它们对共享资源的争夺。 所以,必须对资源共享进行妥善管理。

目前实现资源共享的方式: ① 互斥共享方式 ② 同时访问方式



3. 虚拟

什么是OS中的虚拟? 在OS中,把通过某种技术将 一个物理实体 变成 若干个逻辑上 的对应物的功能成为“虚拟”。

使用的技术:

(1)时分复用技术
解释:“时分”就是分割时间,将很短的时间分割成多份去做不同的事情,宏观上就是同时在做这些事情。

example 1 : 虚拟处理机技术(将一台物理上的处理机虚拟成多台逻辑上的处理机)
为每道程序至少建立一个进程,让多道程序并发执行。虽然系统中只有一个处理机,但是通过时分复用的方法,能实现宏观上的“同时”运行多道程序。我们把用户所感觉到的处理机成为“虚拟处理机”。

example 2 :虚拟设备技术(将一台物理 I/O 设备虚拟成多台逻辑上的 I/O 设备)
方法跟 example 1 的差不多,比如可以把一台打印机虚拟为多台逻辑上的打印机,供多个用户使用。

(2)空分复用技术(略)
解释:“空分”就是分割空间,比如分割物理信道。

example 1 :频分复用技术(将一条物理信道虚拟成多条逻辑上的信道)
学过计网的应该知道,就是将一个频率范围比较宽的信道划分为多个频率范围较窄的信道,其中每一个频带都可以供一对用户通信。

着重指出:

如果采用 时分复用技术,将某物理设备虚拟为 N 台虚拟逻辑设备,则:

每台虚拟逻辑设备的平均速度 <= 原物理设备速度的 1 / N

如果采用 空分复用技术,将某物理设备虚拟为 N 台虚拟逻辑设备,则:

每台虚拟逻辑设备平均占用的空间 <= 原物理设备所拥有空间的 1 / N


4. 异步

进程是以人们不可预知的速度向前推进的,此即进程的异步性。

解释: 其实意思就是每个进程什么时候能能获得CPU执行、什么时候暂停、什么时候完成等等都是我们无法计算的,但是没关系,只要每次运行的结果相同就行了。

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