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操作系统是计算机系统中最重要的系统软件,它管理和控制计算机的硬件与软件资源。操作系统主要包括三个方面:操作系统的特征、运行环境和结构设计。这些方面共同构成了操作系统的完整体系。
操作系统具有四个基本特征。并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生,提高资源使用效率。共享性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。虚拟性通过时分复用实现虚拟处理器和虚拟设备,通过空分复用实现虚拟存储。异步性是指进程以人们不可预知的速度向前推进。
操作系统的运行环境由三个主要部分构成。首先是硬件支持,为操作系统提供基础的计算资源。其次是操作系统内核,它常驻内存并与硬件紧密相关,负责中断处理、时钟管理和原语操作等支撑功能。最后是处理机的双重工作模式,包括执行非特权指令的用户态和执行特权指令的内核态,用户态可通过系统调用转换到内核态。
虚拟性是操作系统通过技术手段实现的重要特征。它主要分为两种复用技术:时分复用和空分复用。时分复用技术实现了虚拟处理器和虚拟设备,让多个进程能够共享CPU和设备资源。空分复用技术实现了虚拟存储,有效扩展了系统的内存空间,大大提高了系统资源的利用率。
通过本次学习,我们全面了解了操作系统的核心概念。操作系统具有并发性、共享性、虚拟性和异步性四大特征,运行在包含硬件支持、内核和双重工作模式的环境中,采用模块化和层次化的结构设计。操作系统作为用户、应用程序与计算机硬件之间的桥梁,为我们提供了便捷高效的计算环境。