一、操作系统特征多道程序设计技术可以极大地提高计算机资源（CPU.pdf

一、操作系统特征

多道程序设计技术可以极大地提高计算机资源（CPU、I／O设备等）的利用率，但它也改变了程序的工作

环境，使程序由顺序执行变成并发执行，因此带来一些新的复杂问题，使得现代操作系统具有如下一些特

征：

并发性（Concurrence）

并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念。并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生，而并发性是

指两个或多个在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指宏观上在一段时间内有多道程序在

同时执行。但在单处理机系统中，每一个时刻仅能执行一道程序，故微观上，这些程序是在交互执行。

2．共享性（Sharing）

共享是指系统中的所有资源（如CPU、内存、I／O设备及软件资源）不再为一个程序所独占，而是供同时

存在于系统中的多道程序所共同使用。根据资源属性不同，可有互斥共享和同时共享两种不同的共享方式。

并发和共享是操作系统的两个最基本的特性，它们又是互为存在条件。一方面资源共享是以程序（进程）

的并发性执行为条件的，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题。另一方面若系统不能对

资源共享实施有效管理，则也必将影响到程序并发执行。

虚拟性（Virtual）

虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变成若是个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，是实的；逻

辑物体是用户感觉到的，是虚拟的。例如在单CPU多道分时系统中，通过多道程序技术和分时技术可以把

一个物理CPU虚拟为多个逻辑上的CPU，使每个终端用户都认为有一台“独立”的CPU为它运行，用户感

觉的CPU是虚拟CPU。

异步性（Asynchronism）和不确定性（nondeterministic）

在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源等因素的限制，程序的执行并非“一气呵成”，

而是以“走走停停”的方式运行，即程序是以异步方式运行的。多个程序异步并发执行带来了二种不确定

性。一种是每个程序（进程）执行的速度和时间不确定，各程序（进程）之间推进的序列也不确定。即是

不可预测的。另一种是每个程序（进程）执行结果不确定，即对同一程序，给定相同的初始条件、在相同

的环境下进行多次执行，却可能获得完全不同的结果，这也称为程序并发执行的不可再现性。执行结果的

不确定性是绝对不允许的，这是操作系统为实现程序并发执行必须解决的问题，关于这一问题将在第二章

详细阐述。

二、操作系统功能

操作系统作为系统的资源管理者，并作为计算机和用户间的接口，它的主要功能有：

1．处理机（进程）管理

处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。在多道程序环境下，处

理机的分配和运行以进程为基本单位，因而对处理机管理可归纳为对进程的管理。进程管理包括进程控制、

进程同步、进程通信和调度等，这些在第二章详细论述。

2．存储器的管理

存储器管理的主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率，

以及能从逻辑上来扩充内存，为此存储管理应具有内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充等功能，这

些在第三章详细论述。

3．I/O设备管理

设备管理体制的任务是登记各I/O设备状态，管理并完成用户提出的I/O请求，按一定的策略为用户分配

I/O设备。同时提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备，为此设备管理应

具有缓冲器管理、设备分配、设备处理及虚拟设备等功能，这些在第四章详细论述。

4．信息管理（文件系统管理）

计算机系统的软件信息都以文件形式进行管理，操作系统中负责此任务的部分是文件系统，文件系统的任

务是对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性，为此文件系统管理应具有

对文件存储空间的管理、目录管理、文件共享和保护等功能，这些在第五章详细论述。

5．用户接口

为了方便用户使用操作系统，操作系统向用户提供了“用户与操作系统的接口”，该接口分成二种：一种

是作业级接口，它提供一组键盘命令，供用户去组织和控制作业的运行。另一种是程序级接口，它提供一

组系统调用供其它程序调用。

三、用户接口

用户接口是计算机系统与用户之间进行交互作用和通信的通路。对绝大多数用户而言，一个计算机系统的

可接受性在很大程度上取决于这个用户接口。用户接口分为作业级接口和程序接口两类。

1．作业级接口

作业级接口是用于作业控制的，它是籍助于在用户和操作系统之间提供高级通信来控制一组程序的处理。

这个接口之又称命令接口，是因为用户可以通过键盘输入或在作业中发出一系列命令，告诉