操作系统基本特征

说明

• 如果只想了解操作系统应用：
  • 请忽略这一节
• 如果想深入学习操作系统：
  • 理解并发，并行，虚拟，异步。
  • 理解并发和并行的区别

概述

操作系统有4个基本特征：并发、共享、虚拟、异步

并发

并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事件在宏观上是同时发生的，但是在微观上是交替发生的。

操作系统的并发性：计算机系统中同时运行着多个程序，这些程序在宏观上看是同时运行的，但是在微观上是交替运行的。并发性是操作系统一个最基本的特征。

==注意（重要考点）：==

• 单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发的执行。
• 多核CPU同一时刻可以同时执行多个程序，多个程序可以并行的执行。

比如：Intel的第八代i3处理器就是4核CPU，意味着可以并行的执行4个程序。

共享

共享即资源共享，是指系统中的资源可以供内存多个并发执行的进程同时使用。

所谓同时往往是指宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替的访问资源的。

比如：

• 互斥共享方式：使用QQ和微信视频。同一时间内摄像头只能分配给一个进程。
• 同时共享方式：使用QQ发送文件A，微信发生文件B。宏观上看，两边同时读取并发送文件，说两个进程都在访问硬盘，从中读取数据。微观上看，两个进程都是交替访问硬盘的。

并发和共享关系

并发性是指计算机系统中同时存在多个运行着的程序。
共享性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。

使用QQ发送文件A，微信发送文件B

• 两个进程正在并发执行（并发性）。如果失去并发性，则系统中只有一个程序运行，共享性就失去了意义。
• 需要共享地访问硬盘资源（共享性）。如果失去共享性，则QQ和微信就不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发。

虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为逻辑上的对应物。物理实体（前者）是试剂存在的，而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的。

举例：GTA5需要5GB的运行内存，QQ需要256MB的内存，迅雷需要256MB的内存，网易云音乐需要256MB的内存。我的电脑只有4GB的内存。这些程序运行需要的内存远大于4GB，那么为什么它们还可以在我的电脑正常运行呢？

这是虚拟存储器技术。实际上只有4GB内存，但是在用户看来似乎远远大于4GB。

举例：某单核计算机中用户可以同时运行多个软件，既然一个程序需要被分配CPU才能运行，那么为什么单核CPU的电脑中可以同时运行多个程序呢？

这是虚拟处理器技术。实际上只有一个单核CPU，在用户看来似乎有6个CPU在同时为自己服务。

异步

异步是指在多道程序环境下，运行多个程序运行，但是由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是程序的异步性。

举例：在网络服务中，如果程序A需要进行耗时的IO，查询数据库的操作，另外程序B需要占用CPU。此时如果程序A一直占用的CPU，导致CPU死等，会使系统的并发度降低，CPU利用率不高。所以此时可以让程序A暂时休眠，让出CPU资源。

在这个过程中，系统的CPU资源有限，因此进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度前进的。如果失去了并发性，即系只能串行的执行各个程序，那么每个程序的执行会一贯到底。

==只有系统拥有并发性，才有可能到时异步性==