電腦操作系統(tǒng)的特征是什么

　　操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，但與其他的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件有很大的不同，它有自己的特殊性即基本特征。操作系統(tǒng)的基本特征包括并發(fā)、共享、虛擬和異步。這些概念對理解和掌握操作系統(tǒng)的核心至關(guān)重要，將一直貫穿于各個章節(jié)中。

　　并發(fā)(Concurrence)

　　并發(fā)是指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。操作系統(tǒng)的并發(fā)性是指計算機系統(tǒng)中同時存在多個運行著的程序，因此它具有處理和調(diào)度多個程序同時執(zhí)行的能力。在操作系統(tǒng)中，引入進(jìn)程的目的是使程序能并發(fā)執(zhí)行。

　　注意同一時間間隔(并發(fā))和同一時刻(并行)的區(qū)別。在多道程序環(huán)境下，一段時間內(nèi)，宏觀上有多道程序在同時執(zhí)行，而在每一時刻，單處理機環(huán)境下實際僅能有一道程序執(zhí)行，故微觀上這些程序還是在分時地交替執(zhí)行。橾作系統(tǒng)的并發(fā)性是通過分時得以實現(xiàn)的。

　　注意，并行性是指系統(tǒng)具有可以同時進(jìn)行運算或操作的特性，在同一時刻完成兩種或兩種以上的工作。并行性需要有相關(guān)硬件的支持，如多流水線或多處理機硬件環(huán)境。

　　共享(Sharing)

　　資源共享即共享，是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。共享可分為以下兩種資源共享方式：

　　1) 互斥共享方式

　　系統(tǒng)中的某些資源，如打印機、磁帶機，雖然它們可以提供給多個進(jìn)程使用，但為使所打印或記錄的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)定在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問該資源。

　　為此，當(dāng)進(jìn)程A訪問某資源時，必須先提出請求，如果此時該資源空閑，系統(tǒng)便可將之分配給進(jìn)程A使用，此后若再有其他進(jìn)程也要訪問該資源時(只要A未用完)則必須等待。僅當(dāng)進(jìn)程A訪問完并釋放該資源后，才允許另一進(jìn)程對該資源進(jìn)行訪問。我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享，而把在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源或獨占資源。計算機系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格，都屬于臨界資源，它們都要求被互斥地共享。

　　2) 同時訪問方式

　　系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時間內(nèi)由多個進(jìn)程“同時”對它們進(jìn)行訪問。這里所謂的“同時”往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對該資源進(jìn)行訪問即“分時共享”。典型的可供多個進(jìn)程“同時”訪問的資源是磁盤設(shè)備，一些用重入碼編寫的文件也可以被“同時”共享，即若干個用戶同時訪問該文件。

　　并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)兩個最基本的特征，這兩者之間又是互為存在條件的：

　　資源共享是以程序的并發(fā)為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，則自然不存在資源共享問題;

　　若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效的管理，也必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。

　　3) 虛擬(Virtual)

　　虛擬是指把一個物理上的實體變?yōu)槿舾蓚�邏輯上的對應(yīng)物。物理實體(前者)是實的，即實際存在的;而后者是虛的，是用戶感覺上的'事物。用于實現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為虛擬技術(shù)。在操作系統(tǒng)中利用了多種虛擬技術(shù)，分別用來實現(xiàn)虛擬處理器、虛擬內(nèi)存和虛擬外部設(shè)備等。

　　在虛擬處理器技術(shù)中，是通過多道程序設(shè)計技術(shù)，讓多道程序并發(fā)執(zhí)行的方法，來分時使用一個處理器的。此時，雖然只有一個處理器，但它能同時為多個用戶服務(wù)，使每個終端用戶都感覺有一個中央處理器(CPU)在專門為它服務(wù)。利用多道程序設(shè)計技術(shù)，把一個物理上的CPU虛擬為多個邏輯上的CPU,稱為虛擬處理器。

　　類似地，可以通過虛擬存儲器技術(shù)，將一臺機器的物理存儲器變?yōu)樘摂M存儲器，以便從邏輯上來擴充存儲器的容量。當(dāng)然,這時用戶所感覺到的內(nèi)存容量是虛的。我們把用戶所感覺到的存儲器(實際是不存在的)稱為虛擬存儲器。

　　還可以通過虛擬設(shè)備技術(shù)，將一臺物理I/O設(shè)備虛擬為多臺邏輯上的I/O設(shè)備，并允許每個用戶占用一臺邏輯上的I/O設(shè)備，這樣便可以使原來僅允許在一段時間內(nèi)由一個用戶訪問的設(shè)備(即臨界資源)，變?yōu)樵谝欢螘r間內(nèi)允許多個用戶同時訪問的共享設(shè)備。

　　因此，操作系統(tǒng)的虛擬技術(shù)可歸納為：時分復(fù)用技術(shù)，如處理器的分時共享;空分復(fù)用技術(shù)，如虛擬存儲器(注：學(xué)到后續(xù)內(nèi)容再慢慢領(lǐng)悟)。

　　4) 異步(Asynchronism)

　　在多道程序環(huán)境下，允許多個程序并發(fā)執(zhí)行，但由于資源有限，進(jìn)程的執(zhí)行不是一貫到底，而是走走停停，以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，這就是進(jìn)程的異步性。

　　異步性使得操作系統(tǒng)運行在一種隨機的環(huán)境下，可能導(dǎo)致進(jìn)程產(chǎn)生與時間有關(guān)的錯誤 (就像對全局變量的訪問順序不當(dāng)會導(dǎo)致程序出錯一樣)。但是只要運行環(huán)境相同，操作系統(tǒng)必須保證多次運行進(jìn)程，都獲得相同的結(jié)果。