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。