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1.3 操作系统的基本特性
前面所介绍的多道批处理系统、分时系统和实时系统这三种基本操作系统都具有各自不同的特征，如批处理系统有着高的资源利用率和系统吞吐量；分时系统能获得及时响应；实时系统具有实时特征。除此之外，它们还共同具有并发、共享、虚拟和异步四个基本特征。
1.3.1 并发(Concurrence)
正是系统中的程序能并发执行这一特征，才使得OS能有效地提高系统中的资源利用率，增加系统的吞吐量。
1. 并行与并发
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事件在同一时间间隔内发生。
2. 引入进程
在一个未引入进程的系统中，在属于同一个应用程序的计算程序和I/O程序之间只能是顺序执行，即只有在计算程序执行告一段落后，才允许I/O程序执行；反之，在程序执行I/O操作时，计算程序也不能执行。但在为计算程序和I/O程序分别建立一个进程(Process)后，这两个进程便可并发执行。若对内存中的多个程序都分别建立一个进程，它们就可以并发执行，这样便能极大地提高系统资源的利用率，增加系统的吞吐量。
1.3.2 共享(Sharing)
一般情况下的共享与操作系统环境下的共享其含义并不完全相同。
1. 互斥共享方式
系统中的某些资源，如打印机、磁带机等，虽然可以提供给多个进程(线程)使用，但应规定在一段时间内，只允许一个进程访问该资源。为此，在系统中应建立一种机制，以保证多个进程对这类资源的互斥访问。
2. 同时访问方式
系统中还有另一类资源，允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。这里所谓的“同时”，在单处理机环境下是宏观意义上的，而在微观上，这些进程对该资源的访问是交替进行的。典型的可供多个进程“同时”访问的资源是磁盘设备。一些用重入码编写的文件也可以被“同时”共享，即允许若干个用户同时访问该文件。
1.3.3 虚拟(Virtual)
1. 时分复用技术
(1) 虚拟处理机技术。
(2) 虚拟设备技术。
2. 空分复用技术
20世纪初，电信业中就已使用频分复用技术来提高信道的利用率。它是指将一个频率范围比较宽的信道划分成多个频率范围较窄的信道(称为频带)，其中的任何一个频带都仅供一对用户通话。早期的频分复用技术只能将一条物理信道划分为几条到几十条话路，后来又很快发展到成千上万条话路，每条话路供一对用户通话。再后来在计算机中也把空分复用技术用于对存储空间的管理，用以提高存储空间的利用率。
1.3.4 异步(Asynchronism)
在多道程序环境下，系统允许多个进程并发执行。在单处理机环境下，由于系统中只有一台处理机，因而每次只允许一个进程执行，其余进程只能等待。当正在执行的进程提出某种资源要求时，如打印请求，而此时打印机正在为其它进程打印，由于打印机属于临界资源，因此正在执行的进程必须等待，并释放出处理机，直到打印机空闲，并再次获得处理机时，该进程方能继续执行。可见，由于资源等因素的限制，使进程的执行通常都不可能“一气呵成”，而是以“停停走走”的方式运行。
1.4 操作系统的主要功能
引入OS的主要目的是，为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条不紊地、高效地运行，并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率，方便用户的使用。为此，在传统的OS中应具有处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理等基本功能。此外，为了方便用户使用OS，还需向用户提供方便的用户接口。
1.4.1 处理机管理功能
1. 进程控制
2. 进程同步
3. 进程通信
4. 调度
(1) 作业调度。
(2) 进程调度。
1.4.2 存储器管理功能
1. 内存分配
内存分配的主要任务是：
(1) 为每道程序分配内存空间，使它们“各得其所”。
(2) 提高存储器的利用率，尽量减少不可用的内存空间(碎片)。
(3) 允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。
OS在实现内存分配时，可采取静态和动态两种方式：
(1) 静态分配方式。每个作业的内存空间是在作业装入时确定的，在作业装入后的整个运行期间不允许该作业再申请新的内存空间，也不允许作业在内存中“移动”。
(2) 动态分配方式。每个作业所要求的基本内存空间虽然也是在装入时确定的，但允许作业在运行过程中继续申请新的附加内存空间，以适应程序和数据的动态增长，也允许作业在内存中“移动”
2. 内存保护
内存保护的主要任务是：① 确保每道用户程序都仅在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。② 绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其它用户程序中去执行。
3. 地址映射
在多道程序环境下，由于每道程序经编译和链接后所形成的可装入程序其地址都是从0开始的，但不可能将它们从“0”地址(物理)开始装入内存，致使(各程序段的)地址空间内的逻辑地址与其在内存空间中的物理地址并不相一致。为保证程序能正确运行，存储器管理必须提供地址映射功能，即能够将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。该功能应在硬件的支持下完成。
4. 内存扩充
内存扩充并非是从物理上去扩大内存的容量，而是借助于虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存容量，使用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多，以便让更多的用户程序能并发运行。这样既满足了用户的需要，又改善了系统的性能。为了能在逻辑上扩充内存，系统必须设置内存扩充机制(包含少量的硬件)，用于实现下述各功能：
(1) 请求调入功能。
(2) 置换功能。
1.4.3 设备管理功能
设备管理的主要任务如下：
(1) 完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作。
(2) 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。
为实现上述任务，设备管理应具有缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等功能。
1. 缓冲管理
2. 设备分配
3. 设备处理
1.4.4 文件管理功能
1. 文件存储空间的管理
2. 目录管理
3. 文件的读/写管理和保护
(1) 文件的读/写管理。
(2) 文件保护。
1.4.5 操作系统与用户之间的接口
1. 用户接口
(1) 联机用户接口。
(2) 脱机用户接口。
(3) 图形用户接口。
. 2.程序接口
程序接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。它是由一组系统调用组成的，每一个系统调用都是一个能完成特定功能的子程序。每当应用程序要求OS提供某种服务(功能)时，便调用具有相应功能的系统调用(子程序)。早期的系统调用都是用汇编语言提供的，只有在用汇编语言书写的程序中才能直接使用系统调用。
1.4.6 现代操作系统的新功能
现代操作系统是在传统操作系统基础上发展起来的，它除了具有传统操作系统的功能外，还增加了面向安全、面向网络和面向多媒体等功能。
1. 系统安全
(1) 认证技术。
(2) 密码技术。
(3) 访问控制技术。
(4) 反病毒技术。
2. 网络的功能和服务
(1) 网络通信。
(2) 资源管理。
(3) 应用互操作。
3. 支持多媒体
(1) 接纳控制功能。
(2) 实时调度。
(3) 多媒体文件的存储。