操作系统基础:并发、共享、虚拟与异步
"这篇资源主要介绍了计算机操作系统的概念、基本特征和主要功能,包括并发、共享、虚拟和异步的概念,以及操作系统中的进程管理、内存管理、文件管理和设备管理。此外,还提到了系统调用的作用,大内核和微内核的差异,并简要讨论了操作系统设计的不同思路。" 操作系统是计算机系统的核心组件,它管理和控制着计算机的硬件资源,同时也为用户提供了一种友好的交互环境。操作系统的基本特征包括: 1. **并发**:在并发性中,多个程序可以在宏观时间尺度上看似同时运行。这种现象通过进程和线程的引入得以实现,它们允许程序分时共享处理器,即使在单处理器系统中也能实现并发。 2. **共享**:共享意味着资源可以被多个进程同时使用。共享分为互斥共享和同时共享,前者如打印机,同一时间只能有一个进程访问;后者则允许多个进程无冲突地使用资源。 3. **虚拟**:虚拟技术通过转换使一个物理资源变成多个逻辑资源。时分复用和空分复用是虚拟技术的两种主要形式,前者如处理器的多任务调度,后者通常用于网络通信和存储系统。 4. **异步**:异步执行的进程不会一次性完成,而是会间歇性地推进,其执行速度取决于多种因素,如系统负载和调度策略。 操作系统的主要功能涵盖: 1. **进程管理**:包括进程的创建、销毁、调度和同步,以及处理死锁问题。 2. **内存管理**:负责内存的分配、回收,地址映射,保护防止非法访问,以及实现虚拟内存以扩大可用内存。 3. **文件管理**:管理文件的存储空间,维护目录结构,控制文件的读写,并确保文件的安全性。 4. **设备管理**:处理输入/输出请求,优化设备使用,如缓冲管理、设备分配和虚拟设备技术,以提高设备效率。 系统调用是用户程序与操作系统内核交互的关键机制,当用户程序需要执行特权操作时,会通过系统调用进入内核模式,由操作系统来完成这些操作。 在操作系统设计中,大内核和微内核是两种不同的架构思路: - **大内核**:所有操作系统功能紧密集成在内核中,共享数据结构,提供高效的服务,但可能导致内核复杂性增加。 - **微内核**:将部分功能移到用户态,仅保留核心功能在内核,以简化内核,提高可扩展性和安全性。其他服务作为独立模块运行在用户空间。 理解这些基本概念和技术对于深入学习和开发操作系统至关重要,也有助于优化系统性能和提升用户体验。
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