操作系统笔记-1.1.3 操作系统的特征

王道操作系统的笔记，原视频链接：1.1.3 操作系统的特征

操作系统的四个特征

四个特征分别为：并发、共享、虚拟、异步

1. 并发

• 并发定义：两个或多个事件在同一事件间隔内发生。宏观上同时发生，微观上交替发生。
  并行定义：两个或多个事件在同一时刻同时发生。
  举例：有两只猫，在一定时间内，我两只猫换着撸，撸完这只撸另一只，撸完另一只又换回来，这叫并发。如果两只手一只手负责一只猫，同时撸，同一时刻两只都在撸，这叫并行。
• 操作系统的并发性指的就是这里的"同时"运行多个程序，宏观是同时，微观是交替。
• 单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发。
  多核CPU可以同时执行多个程度，多个程序可以并行。
  也就是CPU的多个核之间的程序是并行，单个核之内的程序是并发。

2. 共享

• 共享定义：即资源共享，指系统种的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
• 两种共享方式：
  互斥共享：一个时间段内只允许一个进程访问该资源。
  同时共享：允许一个时间段内多个进程"同时"对它们进行访问，这里的同时也是并发。
  这里的资源说的是操作系统中的资源（包括硬件资源和软件资源）。
  与并发的关系：没有并发，共享没有存在的必要（同时只有一个程序，资源全给它即可），没有共享，那么并发不能同时访问资源，不能很好进行（比如都要访问硬盘资源这种），两者互为存在条件。

3. 虚拟

• 虚拟定义：把物理上的实体变为若干逻辑上的对应物。物理实体实际存在，但是逻辑对应物仅为用户感知。
  举例：虚拟存储器（利用了空分复用技术，操作系统的存储器特指内存，类似硬盘之类的外存属于IO设备），虚拟处理器（利用了时分复用技术）。

4. 异步

• 异步定义：在多道程序环境下，允许多个程度并发执行，但是由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
  操作系统应该提供"进程同步机制"，以解决开发进程的异步性带来的问题。
• 乍一看与并发好像一样，但是却依然被单独提出来了，问了deepseek，给出的解释我觉得还是很合理的：
  我（这是指的deepseek）的原始回答提到"并发是原因，异步是结果Concurrency is the cause, asynchrony is the result."，这个因果关系在汤小丹教材中也是明确写出的。但教材之所以必须把"异步"单列，还有一个更硬核的理由：
  • "并发"是操作系统的"主观能动性"（我主动去切换）；
    "异步"是操作系统的"客观局限性"（我控制不了外部中断和I/O速度）。
  • 并发是OS主动设计的（时间片轮转）。
    异步是被迫接受的（因为磁盘读写速度、用户敲键盘的速度、网络包到达的时间，OS根本无法预测）。
  • 如果只提"并发"不提"异步"，学生就会误以为"操作系统掌控一切，运行时间精确可控"。单独提出"异步"，是为了告诉所有学操作系统的人：这个世界是不确定的，因此我们必须引入"进程同步"机制（PV操作、信号量）来收拾这个烂摊子。 这个逻辑链，完全是针对内核开发者的，跟用户视角八竿子打不着。