操作系统王道考研学习(二)操作系统的特征

news2024/11/27 3:56:39

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操作系统的特征:并发、共享、虚拟、异步

操作系统中并发为什么那么重要?

 讲一讲多道程序技术

介绍一下空分复用技术

 异步下程序是走走停停的


操作系统的特征:并发、共享、虚拟、异步

 并发和共享

虚拟和异步

(为什么要并发?

个人认为其实提升的是,广度)

共享也是为了提高效率,如果一个文件需要使用的时候,大家都要备份一份,那是多大的浪费呀,很不好,如果共享了的话,就会很好。

(虚拟就是为了提高效率,主要就是虚拟内存)

操作系统中并发为什么那么重要?

并发在操作系统中非常重要,原因如下:

  1. 提高系统性能和资源利用率:并发允许多个任务同时执行,从而使系统能够更有效地利用计算资源。通过并发,可以同时处理多个任务,充分利用CPU、内存、存储和网络等资源,提高系统的吞吐量和响应性能。

  2. 增强用户体验:并发使得多个用户或应用程序可以同时访问和操作系统资源。这意味着用户可以并行执行多个任务,而不必等待一个任务完成才能开始另一个任务,从而提高用户的操作效率和体验。

  3. 支持并行计算和分布式系统:并发为并行计算和分布式系统提供了基础。通过并发,任务可以被划分为多个子任务并同时执行,从而实现计算的加速和并行处理。在分布式系统中,多个计算节点可以并发地处理不同的任务,提高系统的吞吐能力和可扩展性。

  4. 实现实时系统和响应性要求:某些应用场景对系统的实时性和响应性要求很高,例如交互式应用程序、嵌入式系统和物联网等。并发能够确保任务在给定的时间范围内及时响应,并满足实时性的需求。

  5. 解决资源竞争和同步问题:在并发环境下,多个任务可能同时访问和修改共享资源,导致资源竞争和数据不一致的问题。操作系统提供了并发控制机制,如锁、信号量和同步原语等,来解决资源竞争和同步问题,保证数据的一致性和正确性。

总之,操作系统中的并发机制使得多个任务能够同时执行,提高系统性能、资源利用率,增强用户体验,支持并行计算和分布式系统,并解决资源竞争和同步问题。这些都使得并发在操作系统中具有重要的地位和价值。

 

 讲一讲多道程序技术

多道程序技术(Multitasking)是指在操作系统中同时运行多个程序或任务的技术。它允许多个程序在同一个计算机系统上并发执行,通过分时或分片的方式,使得每个程序都能获得一定的执行时间,从而实现并发和共享计算资源的效果。

多道程序技术的主要目标是提高计算机系统的资源利用率、吞吐量和响应性能,同时增强用户体验。以下是多道程序技术的一些关键特点和机制:

  1. 时间片轮转调度:操作系统采用时间片轮转的调度算法,将CPU的执行时间分割成小的时间片,每个程序依次占用一个时间片进行执行。当一个时间片用完后,操作系统会切换到下一个程序,实现快速切换和多个程序之间的并发执行。

  2. 内存管理:操作系统通过内存管理机制将不同的程序加载到内存中,并为每个程序分配独立的内存空间。这样每个程序都有自己独立的地址空间,互不干扰,可以同时运行多个程序。

  3. 进程控制块:每个程序都有一个进程控制块(PCB),用于保存程序的状态信息,如程序计数器、寄存器值、内存分配信息等。操作系统根据进程控制块管理和调度程序的执行。

  4. 上下文切换:当操作系统从一个程序切换到另一个程序时,需要保存当前程序的上下文(即进程控制块中的状态信息),并加载下一个程序的上下文。这个过程称为上下文切换,它是实现程序并发执行的关键。

  5. 并发控制:多道程序技术需要解决多个程序并发执行时可能出现的资源竞争和同步问题。操作系统提供了各种并发控制机制,如互斥锁、信号量和管程等,来确保程序对共享资源的访问正确和有序。

通过多道程序技术,计算机系统可以同时运行多个程序,提高资源利用率和系统性能。它使得多个用户或应用程序可以并发地执行任务,增强了系统的吞吐量和响应性能,提升了用户的体验。同时,多道程序技术也带来了一些挑战,如并发控制、上下文切换开销和资源调度等问题,需要操作系统提供相应的机制和算法来解决。

介绍一下空分复用技术

空分复用(Space Division Multiplexing,SDM)是一种通信技术,用于在同一物理媒介上同时传输多个独立的信号或数据流。它将传输媒介划分为不同的空间区域,每个区域用于传输一个独立的信号或数据流,实现多路复用。

空分复用技术主要用于无线通信系统和光纤通信系统中。在无线通信中,空分复用通过将频谱划分为多个空间区域,每个区域分配给一个用户或信号,以实现多个用户同时传输数据,提高系统的容量和效率。在光纤通信中,空分复用通过将光纤芯线划分为多个空间区域,每个区域分配给一个光信号或数据流,以实现多路信号的传输。

空分复用技术的关键是将传输媒介按照一定的规则进行划分和分配,确保每个区域的信号或数据流之间相互隔离,不会相互干扰。常用的空分复用技术包括以下几种:

  1. 时分复用(Time Division Multiplexing,TDM):将时间划分为若干时隙,每个时隙用于传输一个信号或数据流。在每个时隙内,只有对应的信号或数据流可以进行传输,其他时隙则处于空闲状态。

  2. 频分复用(Frequency Division Multiplexing,FDM):将频谱划分为多个频带,每个频带分配给一个信号或数据流。每个频带内的信号或数据流可以使用不同的频率进行传输,彼此之间不会干扰。

  3. 码分复用(Code Division Multiplexing,CDM):使用不同的扩频码(Spreading Code)对多个信号或数据流进行编码,然后通过共享的频谱进行传输。接收端根据相应的扩频码解码,将各个信号或数据流分离出来。

空分复用技术在提高通信系统的容量、吞吐量和效率方面具有重要的作用。它允许多个信号或数据流通过共享的传输媒介同时传输,减少了资源的浪费,并且可以满足多个用户或应用程序的需求。通过合理的划分和分配,空分复用技术可以实现高效的数据传输和通信,提升系统的性能和可靠性。

 异步下程序是走走停停的

 

 

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