操作系统的基本特征？
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，这些事件宏观上是同时发生的，但在微观上是交替发生的。并行：指两个或多个事件在同一时刻发生。操作系统的并发性：指计算机系统中“同时”地运行着多个程序，这些程序宏观上是同时运行的，在微观上是交替运行的。操作系统和程序并发是一起诞生的。我们的计算机的CPU有单核的，双核的，四核的，八核的！单核CPU同一时刻只能运行一个程序，各个程序只能并发地执行（交替地使用CPU）！多核CPU同一时刻可以执行多个程序，多个程序可以并行地执行（同时发生运行）。共享：即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程中同时使用。所谓“同时”，往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对资源进行访问的（即分时共享）。两种资源共享方式：互斥共享方式和同时共享方式。互斥共享方式：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。同时共享方式：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问。并发性和共享性互为存在条件的。虚拟：是指一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物，物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的。异步：在多道程序环境下，允许多个程序并发的执行，但由于资源有限，进程的执行不是一管到底的，而是走走停停已不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性！只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性，没有并发和共享，就谈不上虚拟和异步。
操作系统（OperationSystem,OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织和调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便地接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。用户可以直接和操作系统进行交互，但是大多数情况下都是通过应用软件与操作系统进行交互。硬件指的是CPU、内存、硬盘等资源。
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光点科技
2023-08-15 广告
1.并发（concurrence）
并行性与并发性这两个概念是既相似又区别的两个概念。并行性是指两个或者多个事件在同一时刻发生，这是一个具有微观意义的概念，即在物理上这些事件是同时发生的；而并发性是指两个或者多个事件在同一时间的间隔内发生，它是一个较为宏观的概念。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内有多道程序在同时运行，但在单处理机的系统中，每一时刻仅能执行一道程序，故微观上这些程序是在交替执行的。 应当指出，通常的程序是静态实体，它们是不能并发执行的。为了使程序能并发执行，系统必须分别为每个程序建立进程。进程，又称任务，简单来说，是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是一个活动的实体。多个进程之间可以并发执行和交换信息。一个进程在运行时需要运行时需要一定的资源，如 cpu,存储空间，及i/o设备等。在操作系统中引入进程的目的是使程序能并发执行。
2.共享 (sharing)
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共同使用。由于资源的属性不同，故多个进程对资源的共享方式也不同，可以分为：互斥共享方式 和 同时访问方式
3.虚拟 (virtual)
是指通过技术吧一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。在操作系统中虚拟的实现主要是通过分时的使用方法。显然，如果n是某一个物理设备所对应的虚拟逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的1/n。
4.异步 (asynchronism)
在多道程序设计环境下，允许多个进程并发执行，由于资源等因素的限制，通常，进程的执行并非“一气呵成”，而是以“走走停停”的方式运行。内存中每个进程在何时执行，何时暂停，以怎样的方式向前推进，每道程序总共需要多少时间才能完成，都是不可预知的。或者说，进程是以一步的方式运行的。尽管如此，但只要运行环境相同，作业经过多次运行，都会获得完全相同的结果，因此，异步运行方式是运行的。
可见，操作系统为了使程序并发执行而产生了进程。
进程的定义：可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。
进程的特征：
1.动态性 进程既然是进程实体的执行过程，因此进程是有一定的生命期。而程序只是一组有序指令的集合，并放在某种介质上，本身无运行的含义，因此程序是个静态的实体。
2.并发性
3.独立性 这是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统种独立获得资源和调度的基本单位。
4.异步性
5.结构特征 从结构上看，进程实体是由程序段、数据段及进程控制块三部分组成。
（进程控制块（PCB）：进程控制块是进程实体的一部分，它记录了操作系统所需要的、用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。os 是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的）
关于进程的总结：
定义：可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，每个进程有一个自己的地址空间以及一个单一的控制流程。
要解决的问题：为了使程序能并发执行，（要并发执行就要隔离进程，使进程独立，即每个进程有属于自己的数据段、程序段、进程控制块）
线程的出现：
我们首先回顾进程的两个基本属性：（1）进程使一个可拥有资源的独立单位 （2）进程同时又是一个可以独立调度和分派的基本单位。正是由于这两个基本属性，才使进程成为一个能独立运行的基本单位，从而构成了进程并发执行的基础。
为了使程序能并发执行，系统必须进行以下操作：
(1) 创建进程。创建一个进程时必须为之人、分配所必需的、除处理器以外的所有资源，如内存空间、I/O设备以及建立相应的PCB.
(2) 撤消进程。系统在撤消进程时，需要先对这这些资源进行回收，然后再撤销PCB.
(3) 进程切换。在对进程进行切换时，由于要保留当前进程的CPU环境和设置新选中的进程的CPU环境，为此须花费不少处理器时间。
简言之，由于进程是一个资源的拥有者，因而在进程的创建、撤销、和切换的过程中，系统必须为之付出较大的时空开销，也正因为如此，在系统中设置的进程的数目不宜过多，进程的切换的频率也不宜过高，但这也就限制了并发程度的进一步提高。为了解决这个问题，不少操作系统的学者们想到：将进程的两个属性分开，由操作系统分开处理。即对作为调度和分派的基本单位，不同时作为独立分配资源的单位，以使之轻装运行；而对拥有资源的基本单位，又不频繁地对之进行切换，在这种思想的指导下，产生了线程的概念。
线程引入的原因： 为了减少程序并发执行所付出的时空开销，使os具有更好的并发性。
在引入线程的os 中，线程是进程中的一个实体(进程中的一个或多个指令执行流)，是被系统独立调度和分派的基本单位。线程基本上不再拥有系统资源，（只拥有一点在运行中必不可少的资源，如程序计数器、寄存器和栈），但它可与同属一个进程的其他线程功能共享进程所拥有的全部资源。线一个线程可以创建和撤销另一个线程；同一进程中的多个线程之间可以并发执行。
线程与进程的比较：
线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型线程或进程元；而把传统的进程称为重型进程。在引入了线程的os中，通常一个进程拥有若干个线程。下面从四个方面来比较线程与进程。
1.调度
在“原始”的OS中，拥有资源的基本单位和独立调度、分配的基本单位都是进程。而在引入线程的OS中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源拥有的基本单位，使传统进程的两个属性分开，线程便能轻装运行，从而可以显著的提高系统并发程度。在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换，在由一个进程中的线程切换到另一进程中的线程时，将会引起进程切换。
2.并发性
在引入线程的OS中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间亦可以并发执行，因而使OS具有更好的并发性，从而能更有效的使用系统资源和提高系统吞吐量。
3.拥有资源
不论是“原始”的OS，还是设有线程的操作系统，进程都是拥有资源的一个独立单位，它可以拥有自己的资源。线程自己基本不再拥有系统资源，但它可以访问其隶属进程的资源。
4.系统开销
由于在创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间，I/O设备等。因为，OS所付出的开销将显著地大于在创建或撤销线程时的开销。类似的，在进行进程切换时，涉及到整个当前进程CPU环境的保存以及新被调度运行的进程的CPU 环境设置。而线程切换只须保存和设置少量寄存器的内容，并不涉及存储器管理方面的操作。可见，进程切换的开销也远大于线程切换的开销。此外，由于同一进程中的多个线程具有相同的地址空间，使它们之间的同步和通信的实现变得比较容易。
这个机制在现代操作系统的实现主要可分为两大类。即根据操作系统内核是否对线程可感知，分为内核线程和用户线程。
1.内核线程 无论是用户进程中的线程还是系统进程中的线程，它们的创建、撤销和切换都是由内核实现的。在内核中保留了一张线程控制块，内核根据该控制块而感知线程的存在并对线程进行控制。
2.用户线程 它仅存在于用户级中，对于这种线程的创建、撤销和切换，都不利用系统调用实现，因而这种线程与内核无关。相应地，内核也并不知道用户级线程的存在。( 调度的实现方式是采用在用户空间增加运行库,这些运行库被称为“线程包”，每当用户进程获得CPU控制权，线程运行库决定该从哪里开始运行）
( 实际上，上面所说的线程是操作系统调度的基本单位，实际上指的只是内核线程。操作系统在调度时，参考各进程内的线程运行情况做出调度决定，如果一个进程中没有就绪态的线程，那么这个进程也不会被调度占用CPU.
在Windows 2000中，操作系统进行调度时根本就不理采线程是属于哪个进程的，只是将所有的就绪线程统一排成若干个优先级队列，然后进行调度。在这个情况下，线程的确成了调度的最小单位)。
关于线程的总结：
出现的背景：由于进程是一个资源的拥有者，因而在进程的创建、撤销、和切换的过程中，系统必须为之付出较大的时空开销，限制了并发程度的进一步提高。
要解决的问题：解决进程的创建、撤销、和切换的过程中，系统必须为之付出较大的时空开销的问题
解决的方法：将进程的两个属性分开，由操作系统分开处理。把“独立调度、分配的基本单位”这个属性分离出来作为线程；而把进程作为资源拥有的基本单位，线程作为进程中的一个实体而存在。
应用程序域的出现：
（来自msdn）
在.net出现以前，一个进程下，只能运行一个应用程序，而在,net出现后，一个进程下，可以运行多个应用程序，这都是因为应用程序域的出现。
以前使用进程边界来隔离在同一台计算机上运行的应用程序。每一个应用程序被加载到单独的进程中，这样就将该应用程序与在同一台计算机上运行的其他应用程序相隔离。
隔离这些应用程序的原因在于内存地址是与进程相关的；在目标进程中，不能通过任何有意义的方式使用从一个进程传递到另一个进程的内存指针。此外，您不能在两个进程间进行直接调用。您必须代之以使用代理，它提供一定程度的间接性。
应用程序域提供安全而通用的处理单元，公共语言运行库可使用它来提供应用程序之间的隔离。您可以在具有同等隔离级别（存在于单独的进程中）的单个进程中运行几个应用程序域，而不会造成进程间调用或进程间切换等方面的额外开销。在一个进程内运行多个应用程序的能力显著增强了服务器的可伸缩性。
隔离应用程序对于应用程序安全也是十分重要的。例如，您可以在单个浏览器进程中运行几个 Web 应用程序中的控件，同时使这些控件不能访问彼此的数据和资源。
应用程序域所提供的隔离具有以下优点（引入原因）：
在一个应用程序中出现的错误不会影响其他应用程序。因为类型安全的代码不会导致内存错误，所以使用应用程序域可以确保在一个域中运行的代码不会影响进程中的其他应用程序。
能够在不停止整个进程的情况下停止单个应用程序。使用应用程序域使您可以卸载在单个应用程序中运行的代码。
应用程序域形成了托管代码的隔离、卸载和安全边界。线程是公共语言运行库用来执行代码的操作系统构造。在运行时，所有托管代码均加载到一个应用程序域中，由特定的操作系统线程来运行。
应用程序域和线程之间不具有一对一的相关性。在任意给定时间，在单个应用程序域中可以执行几个线程，而且特定线程并不局限在单个应用程序域内。也就是说，线程可以自由跨越应用程序域边界；不为每个应用程序域创建新线程。
在任意给定时间，每一线程都在一个应用程序域中执行。运行库会跟踪在哪些应用程序域中有哪些线程正在运行。
操作系统的基本特征是：
1、并发性：
是在计算机系统中同时存在多个程序，宏观上看，这些程序是同时向前推进的。 在单CPU上，这些并发执行的程序是交替在CPU上运行的。
程序并发性体现在两个方面： 用户程序与用户程序之间的并发执行。 用户程序与操作系统程序之间的并发。
2、共享性：
资源共享是操作系统程序和多个用户程序共用系统中的资源。
3、 随机性：
随机性指：操作系统的运行是在一个随机的环境中，一个设备可能在任何时间向处理机发出中断请求，系统无法知道运行着的程序会在什么时候做什么事情。
操作系统分类：
1、批处理操作系统 ：
批处理操作系统的工作方式是：用户将作业交给系统操作员，系统操作员将许多用户的作业组成一批作业，之后输入到计算机中，在系统中形成一个自动转接的连续的作业流，然后启动操作系统，系统自动、依次执行每个作业。最后由操作员将作业结果交给用户。
批处理操作系统的特点是：多道和成批处理。
2、分时操作系统 ：
分时操作系统的工作方式是：一台主机连接了若干个终端，每个终端有一个用户在使用。用户交互式地向系统提出命令请求，系统接受每个用户的命令，采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。
常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。其原则是：分时优先，批处理后。“前台”响应需频繁交互的作业，如终端的要求； “后台”处理时间性要求不强的作业。
3、实时操作系统 ：
实时操作系统是指使计算机能及时响应外部事件的请求在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。实时操作系统要追求的目标是：对外部请求在严格时间范围内做出反应，有高可靠性和完整性。
4、嵌入式操作系统 ：
嵌入式操作系统是运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。程，并使整个系统能高效地运行。
5、个人计算机操作系统 ：
个人计算机操作系统是一种单用户多任务的操作系统。个人计算机操作系统主要供个人使用，功能强、价格便宜，可以在几乎任何地方安装使用。它能满足一般人操作、学习、游戏等方面的需求。个人计算机操作系统的主要特点是计算机在某一时间内为单个用户服务；采用图形界面人机交互的工作方式，界面友好；使用方便，用户无需专门学习，也能熟练操纵机器。
6、网络操作系统 ：
网络操作系统是基于计算机网络的，是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件，包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。其目标是相互通信及资源共享。
7、分布式操作系统 ：
大量的计算机通过网络被连结在一起，可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。这种系统被称作分布式系统。
1、并发性：
是在计算机系统中同时存在多个程序，宏观上看，这些程序是同时向前推进的。 在单CPU上，这些并发执行的程序是交替在CPU上运行的。
程序并发性体现在两个方面： 用户程序与用户程序之间的并发执行。 用户程序与操作系统程序之间的并发。
2、共享性：
资源共享是操作系统程序和多个用户程序共用系统中的资源。
3、 随机性：
随机性指：操作系统的运行是在一个随机的环境中，一个设备可能在任何时间向处理机发出中断请求，系统无法知道运行着的程序会在什么时候做什么事情。
4、虚拟 (virtual)
是指通过技术将一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。在操作系统中虚拟的实现主要是通过分时的使用方法。显然，如果n是某一个物理设备所对应的虚拟逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的1/n。
5、异步性：即不确定性。同一程序和数据的多次运行可能得到不同的结果；程序的运行时间、运行顺序也具有不确定性；外部输入的请求、运行故障发生的时间难以预测。这些都是不确定性的表现。
操作系统在计算机系统中所起的作用可以从用户、资源管理以及资源抽象等不同角度考虑；
OS是用户和计算机硬件系统之间的结构
OS位于用户和计算机硬件系统之间，使用户可以快速、准确、可靠地操作计算机硬件以及运行自己的程序。用户有三种方式使用计算机：命令（直接使用操作系统提供的命令来使用计算机硬件）、系统调用（编写一段C程序，通过操作系统提供的系统调用来使用计算机）、图标-窗口（如在Windows系统中通过双击图标等方式使用计算机）；
OS是计算机系统资源的管理者
计算机系统中存在多种硬件和软件资源，总体来说这些资源可以分为：处理机、存储器、IO设备以及文件（包括程序和数据），OS的作用就是管理这些系统资源；
处理机管理：分配和管理；
存储器管理：内存分配和回收；
IO设备管理：分配与操作；
文件管理：存取、共享、保护
由于多用户同时使用一台计算机时，会发生系统中共享资源需求的冲突。操作系统需要对使用资源的请求作出授权以协调多用户的使用；
OS实现了对计算机资源的抽象
OS是铺设在计算机硬件上的多层软件的集合；它们不但增强了系统的功能，还隐藏了对硬件操作的细节，实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象模型；随着抽象层次的提高，抽象接口所提供的功能就越强，用户使用起来就越方便；
这里需要注意的是，操作系统将具体的硬件抽象为一组数据结构来实现对硬件的隐藏，并向上提供一组针对这一数据结构的方法来隐藏对硬件的操作。
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