操作系统复习：并发性、共享性与多道程序设计

"该资源是关于操作系统的复习资料，重点讨论了并发程序的特点以及操作系统的概念、功能、特征和分类。并发程序具有独立性、随机性和资源共享性。操作系统作为计算机系统的核心，管理硬件和软件资源，提供用户接口，并实现并发性、共享性、虚拟性和不确定性的特征。内容涵盖多道程序设计、操作系统的分类、硬件环境，以及处理机状态和权限控制等基础知识。" 操作系统是计算机系统中的核心软件，它协调硬件和软件资源，为用户提供高效、便捷的工作环境。操作系统的主要功能包括处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理（如文件系统）以及用户接口。其中，处理机管理涉及进程的并发执行，即多个程序在宏观上同时运行，微观上则按时间片交替执行，这是并发性的体现。共享性允许资源被多个程序同时访问，而虚拟性则是通过操作系统创建虚拟资源，使得用户感觉拥有独占的资源。不确定性源于并发程序执行的随机性和并行性。 多道程序设计是操作系统的一个重要概念，它意味着内存中同时存在多个作业或进程，这些作业在执行期间可以相互切换，呈现出宏观上的并行性和微观上的串行性。根据不同的应用场景，操作系统可分为批处理、分时、实时、嵌入式、个人计算机、网络和分布式等多种类型。 操作系统运行在特定的硬件环境中，如CPU、存储系统、中断机制、通道、时钟以及BIOS等。为了确保系统安全，操作系统区分了特权指令和非特权指令，前者只能由操作系统使用，后者则可由用户和操作系统共同使用。处理器有管态（特权态）和目态（用户态）两种状态，管态下操作系统可以执行所有指令，而目态下用户程序只能执行非特权指令。CPU状态的转换通常通过中断机制完成，而且硬件通常提供如界地址寄存器等机制来保护内存访问的安全。 界地址寄存器是一种硬件保护机制，用于设置进程的内存空间限制，防止进程越界访问。每个进程都有自己的基址和限长，当试图访问超出界限的地址时，系统会触发异常，确保系统的稳定运行。 操作系统是复杂且关键的系统软件，它在保证并发程序的正常运行、资源的有效管理和用户交互方面发挥着至关重要的作用。理解操作系统的原理和特性对于进行高效的系统设计和问题诊断至关重要。