1.2、操作系统的特征
1、并发
并发\color{red}并发并发:指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
- 这些事件宏观上是同时发生\color{red}宏观上是同时发生宏观上是同时发生的,但微观上是交替发生\color{red}微观上是交替发生微观上是交替发生的。
并行\color{red}并行并行:指两个或多个事件在同一时刻同时发生。
例如:假设小渣与老渣每人由两个女朋友。任务 1 :和一号约会;任务 2:和二号约会
操作系统的并发性\color{red}操作系统的并发性操作系统的并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
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)
事实上,操作系统就是伴随着 “多道程序技术” 而出现的。
- 因此,操作系统和程序并发是一起诞生\color{red}操作系统和程序并发是一起诞生操作系统和程序并发是一起诞生的
当今的计算机,一般都是多核 CPU ,比如 Intel 的第八代 i3 处理器就是 444 核 CPU
这意味着同一时刻可以有 444 个程序并行\color{red}并行并行执行,
但是操作系统的并发性依然必不可少\color{red}并发性依然必不可少并发性依然必不可少,
当代人使用计算机绝对有4个以上的程序需要同时工作。
2、共享(互斥/同时)
共享\color{red}共享共享即资源共享,是指系统中的资源可供内存中多个并发\color{red}并发并发执行的进程共同使用。
- 例如:多线程共享同一个进程的资源
所谓的 “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该资源进行访问的(即分时共享)
- 可能:例如边听歌边打游戏,此时游戏声音与音乐播放声音微观上并行
例如:
互斥共享方式:使用 QQ 和微信视频。同一时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。
同时共享方式:使用 QQ 发送文件 A,同时使用微信发送文件 B。
宏观上看,两边都在同时读取并发送文件说明两个进程都在访问硬盘资源,从中读取数据。
微观上看,两个进程是交替着访问硬盘的。
3、并发和共享的关系
并发性\color{red}并发性并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
共享性\color{red}共享性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。
例如:使用 QQ 发送文件 A,同时使用微信发送文件 B。
- 两个进程正在并发执行(并发性\color{red}并发性并发性)
- 需要共享的访问硬盘资源(共享性\color{red}共享性共享性)
注意:
- 如果失去并发性,则系统中只有一个程序正在运行,则共享性失去存在的意义
- 如果失去共享性,则 QQ 和微信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
4、虚拟(时分复用/空分复用)
虚拟\color{red}虚拟虚拟是指把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。
例如:
背景知识:一个程序需要放入内存\color{red}需要放入内存需要放入内存并给它分配CPU\color{red}分配\texttt{CPU}分配CPU才能执行
GTA5 需要 4MB4\texttt{MB}4MB 的运行内存,QQ 需要 256MB256\texttt{MB}256MB 的内存,迅雷需要 256MB256\texttt{MB}256MB 的内存,网易云音乐需要 256MB256\texttt{MB}256MB 的内存…
我的电脑:4MB4\texttt{MB}4MB 内存
问题:这些程序同时运行需要的内存远大于 4MB4\texttt{MB}4MB,那么为什么它们还可以在我的电脑上同时运行呢?
答:这是虚拟存储器技术(虚拟技术中的 “空分复用技术”)。
实际只有 4MB4\texttt{MB}4MB 的内存,在用户看来似乎远远大于 4MB4\texttt{MB}4MB
某单核 CPU 的计算机中,用户打开了以下软件。。。
问题:既然一个程序需要被分配 CPU 才能正常执行,
- 那么为什么单核 CPU 的电脑中能同时运行这么多个程序呢?
答: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 666 个 CPU 在同时为自己服务
虚拟技术中的 “时分复用技术” 。微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务
例如:时间片轮转(进程调度算法)
5、异步
异步\color{red}异步异步是指,
- 在多道程序环境下,允许多个程序并发执行,但由于资源有限,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,这就是进程的异步性。
由于系统的有限资源导致的
例如:老渣要和两个女孩并发约会
一号的指令 1 :老渣陪我吃饭
一号的指令 2 :老渣把心给我
二号的指令 1 :老渣把心给我
二号的指令 2 :老渣陪我吃饭
与一号、二号的约会相当于对两个进程的处理,每个进程都有各自需要执行的指令。
老渣的心相当于有限的系统资源。
由于可分配的资源有限,进程的执行不是一贯到底的,而是走走停停的,以不可预知的速度向前推进。
显然,如果失去了并发性,则系统只能串行地处理各个进程,每个进程的执行会一贯到底。
只有系统拥有并发性,才有可能导致异步性\color{red}只有系统拥有并发性,才有可能导致异步性只有系统拥有并发性,才有可能导致异步性。
6、小结
并发和共享互为存在条件,就谈不上虚拟和异步\color{red}并发和共享互为存在条件,就谈不上虚拟和异步并发和共享互为存在条件,就谈不上虚拟和异步
因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征\color{red}因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征
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