1、并发

$并发$：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。

$并行$：指两个或多个事件在同一时刻同时发生。

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例如：假设小渣与老渣每人由两个女朋友。任务 1 ：和一号约会；任务 2：和二号约会

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$操作系统的并发性$指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。

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（这些程序微观上是交替执行的，但宏观上看起来就像在同时执行)

事实上，操作系统就是伴随着 “多道程序技术” 而出现的。

• 因此，$操作系统和程序并发是一起诞生$的

当今的计算机，一般都是多核 CPU ，比如 Intel 的第八代 i3 处理器就是 $4$ 核 CPU

• 这意味着同一时刻可以有 $4$ 个程序$并行$执行，

  但是操作系统的$并发性依然必不可少$，

  当代人使用计算机绝对有4个以上的程序需要同时工作。

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2、共享（互斥/同时）

$共享$即资源共享，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。

• 例如：多线程共享同一个进程的资源

所谓的 “同时” 往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的（即分时共享）

• 可能：例如边听歌边打游戏，此时游戏声音与音乐播放声音微观上并行

例如：

• 互斥共享方式：使用 QQ 和微信视频。同一时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。

• 同时共享方式：使用 QQ 发送文件 A，同时使用微信发送文件 B。

  宏观上看，两边都在同时读取并发送文件说明两个进程都在访问硬盘资源，从中读取数据。

  微观上看，两个进程是交替着访问硬盘的。

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3、并发和共享的关系

$并发性$指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。

$共享性$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。

例如：使用 QQ 发送文件 A，同时使用微信发送文件 B。

1. 两个进程正在并发执行（$并发性$）
2. 需要共享的访问硬盘资源（$共享性$）

注意：

• 如果失去并发性，则系统中只有一个程序正在运行，则共享性失去存在的意义
• 如果失去共享性，则 QQ 和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发

4、虚拟（时分复用/空分复用）

$虚拟$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(前者）是实际存在的，
• 而逻辑上对应物（后者）是用户感受到的。

例如：

背景知识：一个程序$需要放入内存$并给它$分配\text{CPU}$才能执行

• GTA5 需要 $4\text{MB}$ 的运行内存，QQ 需要 $256\text{MB}$ 的内存，迅雷需要 $256\text{MB}$ 的内存，网易云音乐需要 $256\texttt{MB} $ 的内存…

  我的电脑：$4\text{MB}$ 内存

  问题：这些程序同时运行需要的内存远大于 $4\text{MB}$，那么为什么它们还可以在我的电脑上同时运行呢?

  答：这是虚拟存储器技术（虚拟技术中的 “空分复用技术”）。

  实际只有 $4\text{MB}$ 的内存，在用户看来似乎远远大于 $4\text{MB}$

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某单核 CPU 的计算机中，用户打开了以下软件。。。

问题：既然一个程序需要被分配 CPU 才能正常执行，

• 那么为什么单核 CPU 的电脑中能同时运行这么多个程序呢?

答：这是虚拟处理器技术。实际上只有一个单核 CPU ，在用户看来似乎有 $6$ 个 CPU 在同时为自己服务

• 虚拟技术中的 “时分复用技术” 。微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务

  例如：时间片轮转（进程调度算法）

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5、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。

由于系统的有限资源导致的

例如：老渣要和两个女孩并发约会

一号的指令 1 ：老渣陪我吃饭

一号的指令 2 ：老渣把心给我

二号的指令 1 ：老渣把心给我

二号的指令 2 ：老渣陪我吃饭

与一号、二号的约会相当于对两个进程的处理，每个进程都有各自需要执行的指令。

老渣的心相当于有限的系统资源。

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由于可分配的资源有限，进程的执行不是一贯到底的，而是走走停停的，以不可预知的速度向前推进。

显然，如果失去了并发性，则系统只能串行地处理各个进程，每个进程的执行会一贯到底。

$只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性$。

6、小结

$并发和共享互为存在条件，就谈不上虚拟和异步$，

$因此并发和共享是操作系统的两个最基本的特征$