操作系统概述

操作系统特征

• 并发
• 共享
• 虚拟
• 异步

并发和并行

并行：同一 时刻 一起运行，在微观上真正的一起运行

并发：同一 时段 一起运行，宏观上一起运行，微观上是串行的方式

并行是我们思维概念上的两个事情真正的一起同时运作

而 并发 只是宏观上的一起运行，而在 毫秒级 的时间概念上还是A事务先于B事务运行，只是对于人类来说毫秒级的时间概念太短，因此感受不到，认为了A B事务一起运行

其中 并发 和 共享 是 最基本 的特征，二者互为 存在条件

并发 既然是指多个事务同时运行，那么他们必然存在 数据和资源 的共享（最基本的CPU占用 和 内存占用）

同理，如果多个事务同时共享同一资源，那么他们在这一时刻必然是处于 并发状态

因此，并发和共享 二者互为 存在条件

共享方式

• 互斥共享方式                一个 时间段 内只能有一个程序访问
• 同时共享方式                一个 时间段 内可以有多个程序共同访问

互斥共享方式的文件  可以理解为文本文件，文本文件在打开编辑时是不能进行分享发送操作

此时必须将文本文件关闭，才可以进行发送

同时共享方式的文件  可以理解为QQ在线编辑文档，这个文档是可以同时被多个人同时读取修改，但是这样的文件有时候在用户众多的时候，容易出现 读脏数据现象(后面进行详细解释) 

异步

允许多个程序 并发 执行，由于资源有限，因此程序走走停停，某一时刻是否运行不能确定

异步的前提是 并发性

当存在多个程序共同并发运行时（微观上串行），因此在某一时刻，究竟是A事务在执行还是B事务在执行，对我们是不可知的，因此事务这种多事务并发，但是运行过程不可知的特性我们称为异步性

操作系统发展史

• 手工操作阶段
  • 用户独占全机，人机速度矛盾，资源利用率（比如CPU利用率）十分低下
• 单道批处理​
  • 内存中仅有一道程序运行，CPU大量时间空闲
  • 引入了脱机I/O技术和监督程序（这就是操作系统雏形）
• 多道批处理
  • 用户响应时间长，无法人机交互
  • 资源利用率大幅提升
• 分时系统
  • 不能优先处理紧急事务
• 实时系统
  • 拥有及时性和可靠性
  • 实时操作系统用 设备冗余 的方法解决 系统高可靠性问题
  • 硬 实时系统      绝对严格规定时间
  • 软 实时系统      偶尔违反时间规定

• 硬 实时系统      如军用事务，时间越精准越好
• 软 实时系统      如火车购票系统，对信息实时性有要求，但是要求不是特别高

实时系统和分时系统的比较：

1、分时系统以进程为调度和分配资源的基本单位；而实时系统中以事件处理程序为调度基本单位，没有进程这一概念

2、分时系统各进程等级平等，采用时间片轮转控制；而实时系统有不同的响应优先级

3、分时系统一般通用；而实时系统一般专用

• 分布式系统和网络操作系统 

分布式系统所有主机上共用同一种操作系统；                                                                          而网络操作系统每个主机都可以有自己的操作系统

分布式系统着重任务分解和协同；而网络操作系统着重资源的共享；

分布式操作系统一般都有分布式文件系统；

分布式操作系统是网络操作系统的进一步发展；

指令 处理器状态

指令

• 特权指令                   普通用户不可用(如清空内存)
• 非特权指令               普通指令

处理器状态

• 用户态(目态)                只能执行非特权指令
• 核心态(管态)                都能执行

操作系统内核

 原语具有原子性：只能一次运行完毕，中途不能中断

中断

发送中断时，CPU从用户态进入核心态，并且中断是进入核心态的唯一途径

传递系统调用参数 → 执行陷入指令 → 响应服务程序 → 返回用户程序

陷入指令 只能在 用户态 执行

高级语言和操作系统

C语言 → 库函数 → 系统调用 → 操作系统

系统调用发送在用户态，系统调用的处理过程发生在核心态