1.1.2操作系統的特征

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

　　1. 并發(Concurrence)

　　并發是指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。操作系統的并發性是指計算機系統中同時存在多個運行的程序，因此它具有處理和調度多個程序同時執行的能力。在操作系統中，引入進程的目的是使程序能并發執行。

　　注意同一時間間隔(并發)和同一時刻(并行)的區別。在多道程序環境下，一段時間內， 宏觀上有多道程序在同時執行，而在每個時刻，單處理機環境下實際僅能有一道程序執行，因此微觀上這些程序仍是分時交替執行的。操作系統的并發性是通過分時得以實現的。

　　注意，并行性是指系統具有同時進行運算或操作的特性，在同一時刻能完成兩種或兩種以上 的工作。并行性需要有相關硬件的支持，如多流水線或多處理機硬件環境。

　　我們以現實生活中的直觀例子來認識并發和并行的區別。例如，如果你在9:00-9:10僅吃面 包，在9:10?9:20僅寫字,在9:20?9:30僅吃面包,在9:30-10:00僅寫字，那么在9:00?10:00 吃面包和寫字這兩種行為就是并發執行的;再如，如果你在9:00?10:00右手寫字，左手同時拿 著面包吃，那么這兩個動作就是并行執行的。

　　2. 共享(Sharing)

　　資源共享即共享，是指系統中的資源可供內存中多個并發執行的進程共同使用。共享可分為以下兩種資源共享方式。

　　(1) 互斥共享方式

　　系統中的某些資源，如打印機、磁帶機，雖然可供多個進程使用，但為使得所打印或記錄的 結果不致造成混淆，應規定在一段時間內只允許一個進程訪問該資源。

　　為此，當進程A訪問某個資源時，必須先提出請求，若此時該資源空閑，則系統便將之分配 給進程A使用，此后有其他進程也要訪問該資源時(只要A未用完)就必須等待。僅當進程A 訪問完并釋放該資源后，才允許另一個進程對該資源進行訪問。我們把這種資源共享方式稱為互 斥式共享，而把在一段時間內只允許一個進程訪問的資源稱為臨界資源。計算機系統中的大多數物理設備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

　　系統中還有另一類資源，這類資源允許在一段時間內由多個進程“同時”訪問。這里所說的 “同時”通常是宏觀上的，而在微觀上，這些進程可能是交替地對該資源進行訪問即“分時共享” 的?？晒┒鄠€進程“同時”訪問的典型資源是磁盤設備，一些用重入碼編寫的文件也可被“同時” 共享，即允許若干個用戶同時訪問該文件。

　　注意，互斥共享要求一種資源在一段時間內(哪怕是一段很小的時間)只能滿足一個請求， 否則就會出現嚴重的問題，(你能想象打印機第一行打印A文檔的內容、第二行打印B文檔的內 容的效果嗎?)而同時訪問共享通常要求一個請求分幾個時間片段間隔地完成，其效果與連續完成的效果相同。

　　并發和共享是操作系統兩個最基本的特征，兩者之間互為存在的條件：①資源共享是以程序的并發為條件的，若系統不允許程序并發執行，則自然不存在資源共享問題;②若系統不能對資源共享實施有效的管理，則必將影響到程序的并發執行，甚至根本無法并發執行。

　　3. 虛擬(Virtual)

　　虛擬是指把一個物理上的實體變為若干邏輯虛擬的對應物。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。用于實現虛擬的技術，稱為虛擬技術。操作系統中利用了多種虛擬技術來實現虛擬處理器、虛擬內存和虛擬外部設備等。

　　虛擬處理器技術是通過多道程序設計技術，釆用讓多道程序并發執行的方法，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，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。利用多道程序設計技術把一個物理上的CPU虛擬為 多個邏輯上的CPU,稱為虛擬處理器。

　　類似地，可以采用虛擬存儲器技術將一臺機器的物理存儲器變為虛擬存儲器，以便從邏輯上擴充存儲器的容量。當然，這時用戶所感覺到的內存容量是虛的。我們把用戶感覺到(但實際不存在)的存儲器稱為虛擬存儲器。

　　還可采用虛擬設備技術將一臺物理 I/O設備，并允許每個用戶占用一臺邏輯上的I/O設備，使原來僅允許在一段時間內由一個用戶訪問的設備(即臨界資源) 變為在一段時間內允許多個用戶同時訪問的共享設備。

　　因此，操作系統的虛擬技術可歸納為：時分復用技術，如處理器的分時共享;空分復用技術, 如虛擬存儲器。

　　4. 異步(Asynchronism)

　　多道程序環境允許多個程序并發執行，但由于資源有限，進程的執行并不是一貫到底的，而 是走走停停的，它以不可預知的速度向前推進，這就是進程的異步性。

　　異步性使得操作系統運行在一種隨機的環境下，可能導致進程產生與時間有關的錯誤(就像 對全局變量的訪問順序不當會導致程序出錯一樣)。然而，只要運行環境相同，操作系統就須保 證多次運行進程后都能獲得相同的結果。