操作系統的四個特性

一、操作系統的四個特性

 

1）並發（concurrence）

並發：指處理多個同時性活動的能力。

並行性與並發性這兩個概念是既相似又區別的兩個概念。

並行性是指兩個或者多個事件在同一時刻發生，這是一個具有微觀意義的概念，即在物理上這些事件是同時發生的；不同程序在多台機器上同時執行；

而並發性是指兩個或者多個事件在同一時間的間隔內發生，它是一個較為宏觀的概念。

 

單CPU上，多個程序運行：

宏觀上：同時執行；

微觀上：任何時刻只有一個程序真正執行，即這些程序在CPU上是輪流執行的； 

 

在多道程序環境下，並發性是指在一段時間內有多道程序在同時運行，但在單處理機的系統中，每一時刻僅能執行一道程序，故微觀上這些程序是在交替執行的。 

應當指出，通常的程序是靜態實體，它們是不能並發執行的。為了使程序能並發執行，系統必須分別為每個程序建立進程。

進程，又稱任務，簡單來說，是指在系統中能獨立運行並作為資源分配的基本單位，它是一個活動的實體。

多個進程之間可以並發執行和交換信息。一個進程在運行時需要運行時需要一定的資源，如 cpu,存儲空間，及i/o設備等。在操作系統中引入進程的目的是使程序能並發執行。

 

 

2）共享 (sharing)

所謂共享是指，系統中的資源可供內存中多個並發執行的進程共同使用。

由於資源的屬性不同，故多個進程對資源的共享方式也不同，可以分為：互斥共享方式 和 同時訪問方式。

互斥共享：例如打印機

同時共享：例如磁盤文件

 

 

3）虛擬 (virtual)

是指通過技術吧一個物理實體映射為若干個邏輯實體（分時或分時間）。在操作系統中虛擬的實現主要是通過分時的使用方法。顯然，如果n是某一個物理設備所對應的虛擬邏輯設備數，則虛擬設備的速度必然是物理設備速度的1/n。

虛擬是操作系統管理系統資源的重要手段，可提高資源的利用率。

 

4）異步 (asynchronism)---隨機

操作系統必須對 不可預測的次序發生的事件進行響應並處理。

在多道程序設計環境下，允許多個進程並發執行，由於資源等因素的限制，通常，進程的執行並非“一氣呵成”，而是以“走走停停”的方式運行。

內存中每個進程在何時執行，何時暫停，以怎樣的方式向前推進，每道程序總共需要多少時間才能完成，都是不可預知的，或者說，進程是以一步的方式運行的。

盡管如此，但只要運行環境相同，作業經過多次運行，都會獲得完全相同的結果。

 

 

 二、從資源管理觀點看，操作系統具有五大功能：  

 

存儲器管理-----處理機管理------設備管理--------文件管理--------作業管理

 

1. 存儲器管理

主要任務：

為多道程序的並發運行提供良好環境;

便於用戶使用存儲器;

提高存儲器的利用率;

能從邏輯上來擴充內存。

 

存儲器管理應具有以下功能：

內存分配：多道程序能並發執行的首要條件是，各道程序都有自己的內存空間，因此，為每道程序分配內存空間是存儲器管理的最基本功能。

OS實現內存分配可采取以下兩種方式：靜態分配方式、動態分配方式。

 內存保護：為保證各道程序都能在自己的內存空間運行而互不干擾，要求每道程序在執行時能隨時檢查對內存的所有訪問是否合法。

 地址映射：在多道程序的系統中，操作系統必須提供把程序地址空間中的邏輯地址轉換為內存空間對應的物理地址的功能。

內存擴充：由於物理內存的大小可能限制了大型作業或多個作業的並發執行，為了滿足用戶的要求並改善系統性能，必須對內存加以擴充。

 

2. 處理機管理

主要任務：是對處理機進行分配並對其運行實施有效管理。對處理機的管理，可歸結為對進程的管理。

 進程管理包括以下四方面功能：

 A.進程控制：當用戶作業要運行時，應為之建立一個或多個進程，並為它分配除處理機以外的所有資源，將它放入進程就緒隊列。當進程運行完成時，立即撤消該進程，以便及時釋放其所占有的資源。

 B.進程同步：所謂進程同步是指系統對並發執行的進程進行協調。有兩種協調方式：進程互斥方式、同步方式。

    方式1. 是最基本的進程同步方式，是使諸進程以互斥方式訪問臨界資源。

    方式2. 對彼此相互合作去完成共同任務的諸進程，由同步機制對它們的執行次序加以協調。

 C.進程通信：對於相互合作的進程，在它們運行時，相互之間往往要交換一定的信息，這種進程間所進行的信息交換稱為進程通信。

 D.調度：包括作業調度、進程調度兩步。作業調度是按一定算法從后備隊列中選出若干個作業，為它們分配資源，建立進程，使之成為就緒進程，並把它們按一定算法插入就緒隊列。

               進程調度是指按一定算法，如最高優先算法，從進程就緒隊列中選出一進程，把處理機分配給它，為該進程設置運行現場，並使之投入運行。

 

3.設備管理

主要任務有以下五個：

A.完成用戶提出的I/O請求；

B.為用戶分配I/O設備；

C.提高CPU和I/O設備的利用率；

D.提高I/O速度；

E.方便用戶使用I/O設備。

 

為實現上述任務，設備管理應具有下述四種功能：

A.緩沖管理：基本任務是管理好各種類型的緩沖區。幾乎所有的外圍設備與處理機交換信息時，都要利用緩沖區來緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾,提高CPU與I/O設備、設備與設備間操作的

                      並行程度，以提高CPU和I/O設備的利用率。

B.設備分配：基本任務是根據用戶的I/O請求和所采用的分配算法對設備進行分配，並將未獲得所需設備的進程放進相應設備的等待隊列。

C.設備處理：基本任務是實現CPU和設備控制器之間的通信，即啟動指定的I/O設備，完成用戶規定的I/O操作，並對由設備發來的中斷請求進行及時響應，根據中斷類型進行相應的處理。

D虛擬設備：系統可通過某種技術使該設備成為能被多個用戶共享的設備，以提高設備利用率及加速程序的執行過程。可使每個用戶都感覺到自己在獨占該設備。

 

4.文件管理

文件管理應具有下述四個功能：

A.文件存儲空間的管理;

B.目錄管理;

C文件讀、寫管理;

D.文件的共享與保護

 

5. 作業管理

主要任務：是根據系統條件和用戶需要，對作業的運行進行合理的組織及相應的控制。

 

作業管理應具備兩方面的功能：

A.作業調度：作業調度是指根據系統的能力和當前作業的運行情況，按一定策略，從后備作業隊列中選出一批作業，為它們分配所需的I/O設備和存儲空間,

                      將它們調入內存並為之建立相應的進程，使之成為具有獲得處理機資格的候選進程。

 B.作業控制：作業控制是指作業從進入系統開始，直到運行完成的整個過程中，用戶可通過某種形式向系統發出各種命令，以對自己的作業進行控制和管理。

 

 

三、操作系統的類型也可以分為幾種：

批處理系統，分時操作系統，實時操作系統，網絡操作系統等。

 

1）  批處理系統：首先，用戶提交完作業后並在獲得結果之前不會再與操作系統進行數據交互，用戶提交的作業由系統外存儲存為后備作業；數據是成批處理的，有操作系統負責作業的自動完成；支持多道程序運行。

2）  分時操作系統：首先交互性方面，用戶可以對程序動態運行時對其加以控制；支持多個用戶登錄終端，並且每個用戶共享CPU和其他系統資源。

3）  實時操作系統：會有時鍾管理，包括定時處理和延遲處理。實時性要求比較高，某些任務必須優先處理，而有些任務則會被延遲調度完成。

4）  網絡操作系統：網絡操作系統主要有幾種基本功能

（1）      網絡通信：負責在源主機與目標主機之間的數據的可靠通信，這是最基本的功能。

（2）      網絡服務：系統支持一些電子郵件服務，文件傳輸，數據共享，設備共享等。

（3）      資源管理：對網絡中共享的資源進行管理，例如設置權限以保證數據源的安全性。

（4）      網絡管理：主要任務是實現安全管理，例如通過“存取控制”來確保數據的存取安全性，通過“容錯性”來保障服務器故障時數據的安全性。

（5）      支持交互操作：在客戶/服務器模型的LAN環境下，多種客戶機和主機不僅能與服務器進行數據連接通信，並且可以訪問服務器的文件系統