操作系统原理 —— 操作系统的四个特征：并发、共享、虚拟、异步 (二)

本章我们来聊一下操作系统的四个特征

在我们的操作系统中有四个特征：并发、共享、虚拟、异步，我们结合每一个特征来进行讲解，我们先来看并发。

并发

这里所说的并发，最好不联想到并发编程。咱们就简简单单理解一下，在操作系统中并发的特性。

定义：并发是指两个或多个事件，在同一时间间隔内发生。这些事件宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。

这里并发和并行是两个概念，并行是指两个或者多个事件，在同一时间内，确确实实是一起在同步进行的，而并发不一样，并发是外表上看上去是在一起进行，实际上是底层交进行的。

如果对并发、并行还不太了解的同学，可以先暂停，把这个问题弄清楚了，再接着往下来看噢。

那操作系统中的并发指的是：计算机系统中同时存在多个运行着的程序。

比如一个单核处理机(CPU)，同一时刻只能执行一个程序，因此操作系统会负责协调多个程序交替执行，所以这些宏观上看像同时执行，但是微观上来看是交替执行的。

在现在的计算机的 CPU 中绝大多数都是 8 核以上，小编我的就是 10 核处理器，但是我们计算机中同时运行的软件肯定远远不止 8 个、10 个，不仅仅是我们的应用程序，很多系统程序也是需要使用 CPU 来进行调度的，所以操作系统的并发行依然必不可少。

共享

共享说的是资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

如上图，资源共享的方式又分为两种，一种是互斥共享方式，一种是同时共享方式。

互斥共享方式 表示该资源在同一个时间段只允许一个进程访问该资源。比如说摄像头设备，当我们的 QQ 已经在视频通话时，如果再去使用微信进行视频通话，会提示摄像头设备被占用等提示。

同时共享方式 表示该资源允许在同一个时间段内，由多个进程 “同时” 对它们进行访问。比如说发送文件，微信发送文件 A、QQ 发送文件 B，文件 A、文件 B 都是存储在硬盘上的，微信和 QQ 时可以支持同时发送文件的，说明两个进程都在访问硬盘资源，但是从微观上来看，其实是两个进程交替访问的硬盘。

并发和共享的关系

如果说没有并发，在同一时间只能运行一个进程，那资源是不是就没有共享这么一个说法了？

在如果说没有共享，既然不能共享，那必然某一个资源只能有一个进程来使用，那就肯定就不能并发了。

所以说，并发性和共享性它们是互为存在条件。

虚拟

虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，而逻辑上的对应是用户感受的。

举个例子： 假设现在有一台电脑，它运行内存只有 4 GB，这个是物理实体。

我们现在需要在这台电脑上，打开一个吃鸡游戏，吃鸡游戏假设需要占用 4 GB 的内存，在吃鸡的同时，可能还需要开 YY 语音和队友交流，YY 语音程序可能需要占用 300 M 的内存，这些程序同时运行所占用的内存是远大于 4 GB 的，那为什么它们还可以在这台电脑上同时运行呢？

这里就是使用了，虚拟存储器技术，实际上我们内存卡只有 4 GB，但是在用户看来是远远大于 4 GB，这里也是对应虚拟技术中的 空分复用技术。

再举个虚拟的例子：

我们大家都知道，运行一个程序，需要把程序放入到内存中，并且给它分配 CPU 才能执行。

那么在早期 CPU 还是单核的时候，我们可能在计算机上执行了很多软件，比如 QQ、浏览器、音乐等，那么：既然一个程序需要被分配 CPU 才能正常执行，那么为什么在单核的 CPU 的电脑中，可以同时运行这么多个程序呢？

这里也是采用了虚拟技术，这个叫虚拟处理器(CPU)技术，又被称之为 时分复用技术，从微观上来看，CPU 在各个微小的时间段里交替为各个进程服务。 也就是说每一个进程都会占用 CPU 一点时间，然后 CPU 又会去处理下一个进程，一直这样反复，从宏观上来看，各个进程几乎上是同时在运行着。

这里举例的虚拟存储技术、虚拟处理器技术都是属于虚拟的特性，总的来说就是把一个真正物理的实体，变成若干个逻辑上的对应物。

同样，如果操作系统失去了并发性，那么一个时间段系统中只需要运行一道程序，那么就失去了虚拟的意义了，因此没有并发性，就谈不上虚拟性。

异步

异步是指， 在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，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。

比如说，现在有两个进程在同时运行，但是这两个进程需要使用某一个资源，资源给了进程1使用，那么进程2就没办法使用了，必须要等进程1用完，进程2才能用。 进程1占用资源的时间是不可预知的，所以就相当于走走停停的状态，已不可预知的速度向前推进。

当然，只有系统拥有了并发性，才有可能导致异步性。

本章总结