操作系统属于系统软件，但具有独特性质，区别于其他系统软件和应用软件。其核心特征为并发性、共享性、虚拟性和异步性。这些基本特性是理解操作系统工作原理的关键，贯穿整个系统设计与运行过程，在后续各部分内容中均会涉及和体现，是掌握操作系统知识体系的基础。
1、 并发是指多个任务同时进行的现象。
2、 并发是指多个事件在同一个时间区间内相继或交错发生。在操作系统中，并发性意味着系统能够管理多个同时运行的程序，使其在宏观上看起来是并行执行的。为了实现程序的并发运行，操作系统引入了进程的概念。需要注意的是，并发并不等同于并行：并发强调的是在一段时间内多个任务交替执行，而并行则是指在同一个确切时刻多个任务同时进行。在单处理器系统中，尽管任意时刻只能执行一个程序，但由于操作系统采用分时机制，快速切换各个程序的执行，使得多个程序在宏观上呈现出同时运行的效果。因此，操作系统的并发性主要依靠时间片轮转等分时技术来实现。而并行性则要求系统具备同时处理多个操作的能力，这通常需要多核处理器、多流水线等硬件支持，才能真正实现多个任务在同一瞬间并行运算。简而言之，并发是逻辑上的同时执行，而并行是物理上的同时进行。
3、 分享资源，互利共赢。
4、 资源共享指系统内资源可被内存中多个并发进程共同使用，主要分为两种共享方式：互斥共享和同时共享。
5、 互斥共享模式
6、 在计算机系统中，存在一些可被多个进程共享的资源，例如打印机、磁带机等。然而，为确保输出结果的准确性和完整性，避免因并发访问导致数据混乱，必须限制这些资源在同一时间内只能被一个进程使用。因此，当某个进程需要使用这类资源时，必须首先发出请求。若资源当前处于空闲状态，系统将该资源分配给请求进程；此后，若有其他进程也试图访问同一资源，只要前一进程尚未完成使用，就必须等待。只有在当前进程使用完毕并释放资源后，系统才会允许等待中的下一个进程进行访问。这种在同一时间段内仅允许一个进程访问的资源共享机制被称为互斥共享。相应地，这类资源被称为临界资源或独占资源。在计算机系统中，多数物理设备，如输入输出设备，以及某些软件结构中的栈、变量、数据表等，均属于临界资源，它们的使用必须遵循互斥原则，以确保系统运行的正确性与稳定性。
7、 同步访问方式
8、 系统中存在一类资源，允许多个进程在一段时间内同时访问。这种同时通常是从宏观角度而言的，实际上在微观层面，各进程可能是交替地使用该资源，即实现分时共享。典型的例子包括磁盘设备，以及采用可重入代码编写的文件，这些文件允许多个用户同时读取或使用。并发性与共享性是操作系统最基本的两大特性，二者相辅相成、互为依存。一方面，资源共享需要进程并发执行才能体现其效率；另一方面，进程的并发运行也依赖于系统资源的共享机制，两者共同支撑着操作系统的正常运行。
9、 资源共享以程序并发为前提，若系统禁止程序并发运行，便不会出现资源共用的情况。
10、 若系统无法有效管理资源共享，将严重影响程序的并发执行，甚至导致无法并发。
11、 虚拟，即非实体存在的数字化模拟环境。
12、 虚拟是指将一个实际存在的物理实体转化为多个逻辑上的对应部分。其中，物理实体是真实存在的硬件设备，而逻辑上的对应物则是用户在使用过程中所感知到的虚拟对象。实现这种转换的技术被称为虚拟技术。在操作系统中，广泛采用了多种虚拟技术，用于构造虚拟处理器、虚拟内存以及虚拟外部设备等资源。在虚拟处理器的实现中，主要依靠多道程序设计技术，使多个程序交替运行，共享同一个物理处理器。尽管系统中只配备了一个中央处理器（CPU），但通过分时机制，它能够为多个用户同时提供服务，使每个用户都感觉自己独占一个CPU。这样，一个物理CPU被逻辑上划分成多个虚拟CPU，即虚拟处理器。同样，虚拟存储技术可以将有限的物理内存空间扩展为更大容量的逻辑内存空间，从而在不增加硬件的情况下提升系统处理能力。用户在操作时所看到和使用的内存大小，往往远超实际物理内存，这种由系统模拟出来的、用户可感知但实际并不存在的内存空间，就称为虚拟存储器。通过这些虚拟化手段，系统资源得以更高效地利用，用户体验也得到显著提升。
13、 借助虚拟设备技术，可将单一物理I/O设备模拟成多台逻辑设备，使每位用户都能使用其中一台逻辑设备。这样，原本一段时间内只能由一个用户独占使用的临界资源，便转化为可在同一时间段内供多个用户并发访问的共享资源。操作系统中的虚拟技术主要体现为两类：一是时分复用，如CPU的分时共享，多个任务轮流使用处理器；二是空分复用，如虚拟存储器技术，通过空间划分让多个程序共享内存空间。这些技术提升了资源利用率与系统并发能力，是操作系统实现高效管理的重要手段。
14、 异步是指操作无需等待前一个任务完成即可执行。
15、 在多道程序系统中，多个程序可同时并发运行，然而由于系统资源有限，进程的执行无法持续进行，往往呈现出断续、间歇的状态，以不可预测的速度推进，这种特性称为进程的异步性。异步性使操作系统处于一种随机变化的运行环境中，容易引发与时间相关的错误，例如因对共享变量访问顺序不当而导致结果异常。尽管如此，为保证系统的可靠性与正确性，只要初始条件和运行环境一致，操作系统必须确保同一进程多次执行时都能得到完全相同的结果。这一机制的实现将在后续章节中详细探讨。
0 条