操作系统异步性与分时系统实现关键

操作系统简答 操作系统作为计算机系统的核心组成部分，具备多种核心特性，其中并发性、共享性、虚拟性和异步性是最基本的四大特征。并发性是指多个进程可以同时在处理器上运行，而共享性则使得资源能在多个进程间被访问。虚拟性则是指操作系统通过抽象技术，提供给用户一种感觉，好像一台计算机同时运行着多个独立的“虚拟”计算机，每个用户都有自己的独立环境。 异步性是操作系统的重要特性之一，它体现在三个主要方面：首先，进程的异步性意味着进程的执行并非按预定的顺序，而是以不可预测的速度向前推进，这取决于处理器调度策略和外部事件的影响。其次，程序的不可再现性指的是同一个程序在不同的环境下可能得到不同的执行结果，这可能是由于随机因素、硬件差异或并发环境的影响。最后，程序执行的时间不可预知，包括执行的起始时间、执行顺序以及完成时间的不确定性，这些都是由操作系统调度机制决定的。 在实现分时系统时，关键问题是如何确保用户能快速地接收和处理输入命令。这涉及到硬件支持（如多路卡和缓冲区）和软件策略（如分配时间片和优先级调度），以实现实时响应和任务切换。 进程控制块（PCB）是操作系统对进程进行管理和调度的核心数据结构，它包含了进程的标识符、状态信息、程序和数据地址等，使得进程在多道程序环境中能够独立运行。PCB的存在使得操作系统可以根据这些信息进行进程调度，确保资源的有效利用和互斥访问。 同步机构设计的基本准则是空闲让进（当资源空闲时，允许进程进入）、忙则等待（当资源被占用时，进程需等待）、有限等待（进程不应无限期等待）和让权等待（进程在等待资源时，如果更高级别的进程需要执行，应主动让出处理器）。这些准则有助于维护系统的稳定性和并发操作的正确性，特别是防止死锁。 记录型信号量（Semaphore）是同步机制中的一个重要工具，wait和signal操作分别代表了资源申请和释放的过程。wait操作会检查信号量的值，如果资源充足，则减去一个单位并继续执行；否则，进程会被阻塞。而signal操作则是增加一个单位的资源，若剩余资源不足以满足其他等待进程，就会唤醒一个进程。这些操作对于控制并发进程间的资源分配和同步至关重要。