文章目錄

• • 操作系統——特征
  • 操作系統——功能
  • 操作系統——階段與分類
  • 分時操作系統特征

操作系統是計算機系統中 最基本的 系統軟件

操作系統——特征

并發性
在多道程序環境下，并發性是在同一時間間隔內，系統中同時存在多個運行中的程序。
任務管理器中，在進程一欄中，我們可以看見多個不同類型的程序同時處于運行的狀態。

這里需要注意的是 同一時間間隔發生多個事件（并發性） 與 同一時刻發生多個事件（并行性） 之間的區別：

正所謂外行看熱鬧，內行看門道。
上面所說的多個不同類型的程序同時處于運行的狀態，正是我們在任務管理器里宏觀看到的；但是實際上在單處理機環境下，每個時刻都只能有一道程序進行，所以操作系統的并發性是通過分時實現的，并不是我們看到的同時刻運行。

共享性
資源共享，系統中的資源不是只供單個進程應用的，而是供多個并發進程共同使用，共享方式主要分為兩類：
①互斥共享方式
某些特定的資源，如果同時使用會造成輸出混亂，因此在一時間段內只允許由一個進程訪問資源，這個進程釋放后才能調用下一個進程。eg：打印機……
②同時訪問方式
有一類資源在一段時間內可被多個進程"同時"訪問，這里說的同時還是上面說的分時的意思，進程交替地對資源進行訪問，即分時共享。eg：磁盤設備

并發 與 共享是操作系統最基本的特征，互為存在的條件：
1）資源共享以程序并發執行為條件，只有程序并發，才存在共享的問題；
2）如果不能合理地進行資源共享，也會影響并發的進行，甚至不能并發執行。

虛擬性
顧名思義，將一個實體轉換成邏輯上的對應物，用于實現虛擬的技術，稱為虛擬技術，操作系統中使用了多種虛擬技術來實現虛擬處理器、虛擬內存、虛擬外設等。
虛擬處理器技術是通過多道程序設計技術，采用多道程序并發執行方法來分時使用一個處理器的，所以一個處理器可以供多個用戶（終端）使用。
綜上所述：操作系統的虛擬技術可以分為 時分復用技術（eg：分時共享）， 空分復用技術（eg：虛擬存儲器）

一臺電腦中只有一個CPU，每次只能執行一道程序，但是通過分時使用，在一段時間間隔內宏觀上來看這臺處理機能同時運行多道程序；但是通過分時使用，會給用戶每道程序都有一個CPU為其服務的感覺，也就是說多道程序設計技術會把一臺物理上的CPU虛擬為多臺邏輯上的CPU

異步性
多道程序設計環境可以允許多個程序并發執行，但因為資源有限，進程的執行并不連貫（eg：就像我們所說的運行內存超出這個上限，打開的進程會以出隊列順序被強行終止），以不可預知的速度向前推進。也就是說多道程序執行的時間和順序都是隨機的

異步會導致操作系統運行在一個隨機的環境下，可能導致進程產生與時間有關的錯誤，但只要環境相同就不會產生該種錯誤。

操作系統——功能

舉例：用戶就像雇主（給工人下命令），操作系統就像工人（接收命令，操縱機器），計算機就像機器（由處理機、存儲器、設備和文件幾個設備組成），工人（擴充機器）接收命令（接口），機器開始運轉功效。

操作系統五大基本功能
①處理機管理
處理機管理主要功能是對處理機的分配和運行實施有效的管理。多種環境下，處理機的分配和運行都以進程(或線程)為單位，所以處理機管理也可以說成進程管理

進程管理功能劃分：
1）進程控制
-----------負責進程的創建、撤銷和狀態轉換
2）進程同步
-----------對并發執行的程序進行協調
3）進程通信
-----------負責進程之間的信息交換
4）進程調度
-----------依據算法對處理機進行分配

②存儲器管理
為多道進程的運行提供良好環境，對內存進行分配、保護和擴充等操作，方便客戶使用，提高內存利用率
主要實現以下功能：

存儲器管理功能劃分：
1）內存分配
-----------按一定策略為每道程序分配內存
2）內存保護
-----------保證各個程序在自己的內存區域內運行，互不干擾
3）內存擴充
-----------為了允許大型作業的運行，需要借助虛擬技術來達到增加內存的效果dayingsai

③設備管理
外設的管理是操作系統中最瑣碎的部分，主要完成用戶的I/O請求，對計算機內的所有設備實施有效管理

設備管理功能劃分：
1）設備分配
-----------根據一定設備分配原則對設備進行分配
2）設備傳輸控制
-----------實現物理I/O操作。譬如說：啟動設備、中斷處理etc.
3）設備獨立性
-----------用戶程序的設備與實際使用的物理設備無關

④文件管理
計算機中的信息都是以文件形式存在的，操作系統中文件系統負責文件管理。主要任務就是：有效地支持文件存儲、檢索和修改，以解決文件共享、保密和保護問題。

設備管理功能劃分：
1）文件存儲空間管理
2）目錄管理
3）文件操作管理
4）文件保護

⑤用戶接口
為了方便用戶的使用，操作系統還提供了用戶接口

用戶接口主要分為3類：
1）命令接口 使用命令接口進行作業控制主要有兩種方式：
①聯機控制方式
②脫機控制方式 按照作業控制方式可以將命令接口分為：
①聯機命令接口(交互式命令接口)
②脫機命令接口(批處理命令接口)
2）程序接口
由一組系統調用(廣義指令)組成，用戶通過程序接口請求調用需求的資源。
3）圖形接口

擴充機器
沒有任何軟件支持的計算機叫裸機在計算機最里邊，外邊是操作系統，操作系統加強并豐富了裸機的功能，通常把覆蓋軟件的機器稱為虛擬機（JVM）

操作系統——階段與分類

一、手工操作（無操作系統）階段
二、批處理階段

單道批處理系統
系統對作業的處理是成批進行的，但在內存中只有一道作業。
單道批處理系統是在解決人機矛盾(速度和資源利用) 以及 CPU和I/O設備速率不匹配的矛盾中形成的，其主要特征有：
①自動性
順序情況下，磁帶上的一批作業能自動的逐個運行，不需要人工干預。
②順序性
磁帶上各道作業順序進入內存，完成順序與進入的順序相同。
③單道性
內存中只有一道程序運行，監督程序每次只從磁帶上調入一道程序進入內存中運行，當該程序完成或發生異常時，才換入其后繼程序進入內存運行。

缺點：每次主機內存中只能存放一道作業，每當運行時發出I/O請求后，高速CPU就會處于等待低俗的I/O完成狀態。

多道批處理系統
鑒于上述單道批處理系統的不足，引入了多道程序設計技術，進一步提高了資源利用率和系統吞吐量。
多道程序設計技術允許多個程序同時進入內存并允許他們在CPU中交替運行，程序之間可以共享系統中的各種軟硬件資源，當一道程序停止運行后，CPU會立即去運行另一道程序。不注重個體的完成效率，但是對于龐大的整體極大的節約了時間，提升了整體的效率。但是多道批處理系統要比單道批處理系統復雜得多，要涉及各種資源調度問題

特點：
①多道
內存中同時存放多道相互獨立的程序；
②宏觀上并行
同時進入系統的多道程序都處于運行狀態（先后開始運行，但都未運行完畢）；
③微觀上串行
內存中多道程序按順序輪流占用CPU，交替執行。
多道程序設計技術需要滿足以下幾個問題：
①如何分配處理器
②多道程序的內存分配問題
③I/O設備如何分配
④如何組織，存放大量數據以便于用戶使用并保證安全性和一致性

優點： 資源利用率高，多道程序共享資源，系統的吞吐量大，CPU與其他資源保持忙碌狀態。
缺點： 用戶響應時間長，不提供人機交互能力，用戶不了解自己程序運行的情況，也不能控制計算機。

三、分時操作系統
分時技術就是把處理器的運行時間分成一個個很短的時間片，按時間片輪流把處理器分給各聯機作業使用。如果某個作業在分配給它的時間內不能完成，該作業也立即停止，換到下一個作業使用處理器，如此一輪之后再輪到該作業繼續之前的運算，是不是很像高速上開錯了路口😫，但是計算機運行的速度極快，用戶就感覺像是自己獨占了一臺計算機。

分時操作系統就是多個用戶通過終端共享一臺主機，終端連在主機上，用戶可以同時與主機進行交互操作并且互不干擾，因此實現分時系統最關鍵的問題就是：當用戶在自己的終端鍵入命令時，系統如何能及時接收并處理該命令，將結果返回用戶，用戶再通過系統返回的運行結果，提出下一步請求，重復以上交互會話過程直到用戶預計的全部工作都已完成。不同于多道批處理，分時系統是實現人機交互的系統，這使得分時系統與批處理系統有了本質上的不同。

分時操作系統特征

同時性(多路性) 允許多個終端用戶同時使用一臺計算機，即一臺計算機與若干臺終端相連，終端上這些用戶可以基本同時使用計算機。

交互性 用戶能與系統進行人機對話，即用戶通過終端采用人機對話的方式直接控制程序運行，同程序進行人機交互。

獨立性 分時系統采用時間片輪轉方式使一臺計算機同時為多個終端服務。系統中多個用戶獨立進行操作，互不干擾。

及時性 用戶請求能在很短的時間內獲得響應。（通常為2~3s）

缺點：精密大數據系統不能保證對外部信息做出即時(<時間片)的反應(eg：飛機訂票系統，導彈制導系統)

四、實時操作系統
為在規定時間內完成某些緊急任務不需要時間片排隊而誕生的操作系統。對外部鍵入的信息，實時操作系統要求秒級、毫秒級甚至微秒級的響應時間，具有及時性和可靠性。

硬實時系統（實時控制系統）
某個動作必須絕對地在規定的時間或時間范圍內發生。（eg：飛機自動控制系統）

軟實時系統（實時信息處理系統）
相比于硬實時系統，可以接收違反時間規定而且不會引起永久性傷害。計算機及時接收從遠程終端發來的服務請求，根據用戶提出的問題對信息進行檢索處理，并在很短時間內對用戶做出正確的響應（eg：飛機訂票系統，銀行管理系統）

批處理操作系統，分時操作系統，實時操作系統是3大基本操作系統，若是一種操作系統有其兩種的功能，那么就可以稱為通用操作系統。

五、其他操作系統

集群系統

嵌入式操作系統

網絡操作系統
把計算機網絡的各臺計算機有機的結合起來，提供一種統一、經濟和有效的使用各臺計算機的辦法，實現各臺計算機數據的相互傳送。主要的特點有：網絡中各種資源的共享，各臺計算機之間的通信

分布式計算機系統
由多臺計算機組成，并滿足下列條件：
①系統中任意兩臺計算機通過通信方式交換信息
②系統中每臺計算機都具有同等地位，沒有主機、從機之分
③每臺計算機上的資源為所有用戶共享
④系統中任意臺計算機都可以構成一個子系統，還能重構
⑤任何工作都可以分布在幾臺計算機上，并行工作，協調完成
主要的特點有：分布性，并行性

本質區別：網絡操作系統是各機共享資源，數據傳送；分布式計算機系統是若干計算機協同完成同一任務

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【OS】操作系统的特征与功能的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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