操作系统学习-2. 操作系统的基本特性与主要功能

写在前面：

这一篇博客主要记录操作系统的基本特性与主要功能。由于主要功能中资源管理部分在后面的学习过程中每一部分都会展开详细介绍，所以在这里着重学习OS作为用户接口功能的部分。

操作系统的基本特性：

OS具有并发、异步、共享和虚拟这四个基本特性。其中并发是最重要的特性。其他三个特性都以并发为前提。

（1）并发性。

区分并发与并行的概念。并行性是两个或多个事件在同一时刻发生。并发性是两个或多个事件在同一时间间隔内发生。计算机中若有多个处理机，那么可并发执行的程序会被分配到多个处理机上，实现并行执行，同时执行多个程序。但若只有一个处理机，那么一个时刻只能有一道程序执行，微观上是多个程序分时交替执行，但宏观上用户还是能觉得多个程序在（人感知的）同一时间段内运行。

（2）共享性

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。这种资源称为资源共享或资源复用。实现资源共享的方式主要有两种：

互斥共享方式：仅当A进程访问完并释放该资源后，才允许另一进程对该资源进行访问。这种资源叫临界资源或独占资源。比如打印机，计算机系统中大部分物理设备与一些软件中的栈、变量和表格。可以类比为火车上的公共厕所。大家都可以用，但是一次只能用一个人。别人要想用必须等到当前的人用完厕所。

同时访问方式：允许一段时间内多个进程同时对他们进行访问。这里的同时与并发概念里的同时类似。

（3）虚拟性

操作系统中的虚拟性是通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。在操作系统中利用时分复用技术与空分复用技术来实现虚拟。

（4）异步性

进程以人们不可预知的速度向前推进，即进程的异步性。因为操作系统允许并发执行。但由于资源的限制，导致进程是以”停停走走“的方式允许的。

操作系统的主要功能：

处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理与用户接口。前四部分后面会细讲，这里简要提一下，此外会着重用户接口。

（1）用户接口：

命令接口：分为联机用户接口与脱机用户接口。联机用户接口适用于几乎所有计算机的操作系统。组成包括：命令+终端处理程序+命令解释程序。具体过程包括：用户在键盘上输入命令，终端处理程序接收命令并显示在屏幕上，命令解释程序解释并执行该命令。联机命令有UNIX中login与logout；DOS中copy与format。命令解释程序有MS-DOS的COMMAND.COM与UNIX的Shell等。脱机用户接口适用于批处理系统，组成包括：JCL+作业说明书+命令解释程序。JCL:Job Control Language，作业控制语言。具体过程包括：用户把作业控制用JCL写在作业说明书上，命令解释程序按照作业说明书解释并执行。由于脱机，所以用户不会实时对程序进行交互，所以对程序的调试都要依据作业说明书。

程序接口：该接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。一般在高级语言比如C语言中，提供了与各系统调用一一对应的库函数。

图形接口：采用图形化界面，用非常容易识别的各种图标来表示系统的各种功能，文件和各种应用程序显示出来。

（2）处理机管理

处理机管理功能包括：进程控制、进程同步、进程通信、进程调度。

（3）存储器管理

存储器管理功能包括：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充。

（4）设备管理

设备管理功能包括：缓冲管理、设备分配、设备处理。

（5）文件管理

文件管理功能包括：存储空间管理、目录管理、文件读写管理与保护。

操作系统结构设计：

传统操作系统结构发展：无结构操作系统、模块化操作系统、分层化操作系统；

现代操作系统结构有：微内核操作系统。

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