Computer：现代计算机操作系统的四大基本特性(并发/共享/虚拟/异步)

上帝视角 2022-09-19 10:45:21  50021

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导读：现代操作系统都具有并发、共享、虚拟和异步的特性，其中并发是其它三个特征的前提。共享和并发是操作系统的两个最基本的特征，虚拟以并发和共享为前提，异步是并发和共享的必然结果。

现代计算机操作系统的四大基本特性(并发/共享/虚拟/异步)

现代计算机操作系统的四大基本特性(并发/共享/虚拟/异步)

1、并发性

1.1、并发与并行区别

并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并行则指同一时刻能运行多个指令。并发需要硬件支持，如多流水线或者多处理器。

并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生；操作系统通过引入进程和线程，使得程序能够并发运行。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻只能由一道程序执行，所以微观上程序是分时地交替执行的。
并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。

举个栗子：在8ms内，0-2ms程序A1运行； 2-4ms程序A2运行；4-6ms程序A3执行；6-8ms程序A4运行。可知，在8秒的间隔内，宏观上有4个程序在同时运行，但是在微观上，程序A1、A2、A3、A4是分时交替执行的。

1.2、单核和多核的并发与并行

一个单核处理机(CPU)同一时刻只能执行一个程序，因此操作系统会负责协调多个程序交替执行(这些程序微观上是交替执行的，但宏观上看起来就像在同时执行)。
当今计算机一般是多核 CPU，比如4核或8核 CPU，这意味着同一时刻可以有四个程序并行执行,但是操作系统的并发性依然必不可少。

1.3、引入进程实现并发

在一个未引入进程的系统中，属于同一个应用程序的计算程序和I/O程序之间只能是顺序执行；并且当其中一个程序执行时，另一个程序不能执行。
如果为两个进程分别建立一个进程（Process），这两个进程便可以并发执行了。实行这种方式，极大的提高了系统资源的利用率，增加了系统的吞吐量。多个进程之间可以并发执行和交换信息。

2、共享性

共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用。
有两种共享方式：互斥共享和同时共享。
互斥共享的资源称为临界资源，例如打印机等，在同一时间只允许一个进程访问，需要用同步
机制来实现对临界资源的访问。

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;

3、虚拟性

虚拟技术把一个物理实体转换为多个逻辑实体。
主要有两种虚拟技术：时分复用技术和空分复用技术。例如多个进程能在同一个处理器上并发
执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占有处理器，每次只执行一小个时间片并快速切
换。

所谓虚拟是指通过某项技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应;

4、异步性

异步指进程不是一次性执行完毕，而是走走停停，以不可知的速度向前推进。

产生原因：操作系统允许多个并发进程共享资源，使得每个进程的运行过程受到其他进程制约，使进程的执行不是一气呵成，而是以停停走走的方式运行。

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Computer：现代计算机操作系统的四大基本特性(并发/共享/虚拟/异步)

现代计算机操作系统的四大基本特性(并发/共享/虚拟/异步)

1、并发性

1.1、并发与并行区别

1.2、单核和多核的并发与并行

1.3、引入进程实现并发

2、共享性

3、虚拟性

4、异步性

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