西电初试专业课讲义操作系统ch1

1、操作系统第一章第一章 操作系统概论操作系统概论第一章 操作系统概论1.1 什么是操作系统1.2 操作系统的发展历史1.3 操作系统的分类、特征和功能1.4 网络操作系统的相关知识11什么是操作系统？操作系统的地位和目标操作系统的地位和目标1.2 操作系统的定义定义：操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资定义：操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资 源、合理地组织计算机工作流程，以及方便源、合理地组织计算机工作流程，以及方便 用户的程序与相关文档的集合。用户的程序与相关文档的集合。1.3 操作系统的作用操作系统的作用：操作系统的作用： OS是计算机硬件、软件资源的管理者。是计算机硬件、软件资源的

2、管理者。 管理对象包括：管理对象包括：CPU、存储器、外部设备、信息、存储器、外部设备、信息; 管理的内容：资源的当前状态、资源的分配、回收管理的内容：资源的当前状态、资源的分配、回收 和访问操作，相应管理策略。和访问操作，相应管理策略。 OS是用户使用系统硬件、软件的接口。是用户使用系统硬件、软件的接口。 命令界面命令界面 系统调用系统调用 图形界面图形界面1.4 操作系统的特征 并发并发(Concurrency) 并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 并行：两个或多个事件在同一时刻发生。并行：两个或多个事件在同一时刻发生。 在多道程序处理时，

3、宏观上并发，微观上交替执行在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替执行(在在单处理器情况下单处理器情况下)。 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程(或或称作任务称作任务)，并发指的是进程。，并发指的是进程。1.4 操作系统的特征 共享共享(Sharing) 计算机系统中的硬件和软件资源供某个程序所独占，而是供多个用计算机系统中的硬件和软件资源供某个程序所独占，而是供多个用户共同使用。操作系统要对系统资源进行合理分配和使用。资源在户共同使用。操作系统要对系统资源进行合理分配和使用。资源在一个时间段内交替被多个进程所用。一个时间段内交替被多个进程

4、所用。 资源共享方式：资源共享方式： 互斥共享：互斥共享： 系统中资源在一段时间内只允许一个作业访问，一个资源在分配给某个系统中资源在一段时间内只允许一个作业访问，一个资源在分配给某个 进程后到被该进程释放前，不能被其他进程所用。进程后到被该进程释放前，不能被其他进程所用。 同时访问同时访问(如可重入代码，磁盘文件如可重入代码，磁盘文件) 允许在一段时间内，由多个进程同时对该资源进行访问。允许在一段时间内，由多个进程同时对该资源进行访问。“同时同时” 仍然仍然时宏观上的。时宏观上的。1.4 操作系统的特征 虚拟虚拟(Virtual) 把一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体。虚拟是把一个物理实

5、体映射为若干个对应的逻辑实体。虚拟是 操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。虚拟虚拟CPU 每个用户（进程）的每个用户（进程）的“虚处理机虚处理机”虚拟内存虚拟内存 利用大容量磁盘作为后盾，当作业要占用的内存不够大时，将作利用大容量磁盘作为后盾，当作业要占用的内存不够大时，将作 业的一部分暂时先放在磁盘上，当需要时再从磁盘调入内存。业的一部分暂时先放在磁盘上，当需要时再从磁盘调入内存。虚拟显示设备虚拟显示设备 多窗口或虚拟终端多窗口或虚拟终端(Virtual Terminal)1.4 操作系统的特征 异步性异步性(Asynchron

6、ism，也称也称不确定性)程序执行结果的不确定性程序执行结果的不确定性 同一个程序使用相同的输入，在相同的环境下运行，可能有不同同一个程序使用相同的输入，在相同的环境下运行，可能有不同 的结果，即程序的不可再现性。的结果，即程序的不可再现性。进程执行的异步性进程执行的异步性 进程走走停停，其执行顺序，执行时间不确定。进程走走停停，其执行顺序，执行时间不确定。1.5 1.5 操作系统的发展历史操作系统的发展历史1.早期的人工操作方式早期的人工操作方式 1946 50年代（电子管），计算机资源昂贵；年代（电子管），计算机资源昂贵； 工作方式：手工工作方式：手工 用户：用户既是程序员，又是操作员；用

7、户是计用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计 算机专业人员；算机专业人员； 编程语言：为机器语言；编程语言：为机器语言； 输入输出：纸带或卡片；输入输出：纸带或卡片；1.5 操作系统的发展历史计算机的工作特点计算机的工作特点 用户独占全机用户独占全机 一台计算机为一个用户所独占，不会出现资源被其他用户占用而等待的一台计算机为一个用户所独占，不会出现资源被其他用户占用而等待的 现象，资源利用率低；现象，资源利用率低； CPUCPU等待用户等待用户 计算前，用户将程序和数据通过穿孔纸带或卡片手工装入相应的输入设计算前，用户将程序和数据通过穿孔纸带或卡片手工装入相应的输入设 备，备，CPUCPU

8、需要等待；需要等待；CPUCPU利用率低；利用率低；主要矛盾主要矛盾 人机矛盾：手工操作的低效率影响了系统资源的利用率人机矛盾：手工操作的低效率影响了系统资源的利用率1.5 操作系统的发展历史2.脱机输入脱机输入/ /输出输出：为了解决输入为了解决输入/输出设备与输出设备与CPU的速度不匹配的问的速度不匹配的问题，引入了外围计算机题，引入了外围计算机卫星机卫星机，让它来处理，让它来处理系统的输入系统的输入/输出，把输出，把CPU从繁重的从繁重的I/O处理中解处理中解脱出来。脱出来。1.5 操作系统的发展历史3. 批处理技术批处理技术 批处理技术是指计算机系统对一批作业进行处理的技术。作业是用批

9、处理技术是指计算机系统对一批作业进行处理的技术。作业是用户定义的、由计算机完成的工作单位，包括用户程序、数据和作业户定义的、由计算机完成的工作单位，包括用户程序、数据和作业说明书。说明书。 两种批处理方式两种批处理方式 联机批处理 慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成；慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成； 脱机批处理（缓冲技术的一种）脱机批处理（缓冲技术的一种） 利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机可并行工作。利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机可并行工作。1.5 操作系统的发展历史4 多道程序设计技术多道程序设计技术在系统内存中驻留的程序不止一个，它们交替执行，共享系统中的在系统内

10、存中驻留的程序不止一个，它们交替执行，共享系统中的软硬件资源。软硬件资源。 需要解决的问题需要解决的问题 内存分配与保护内存分配与保护 CPU调度调度 I/O设备分配与管理设备分配与管理 作业的组织作业的组织 文件的检索、组织与管理文件的检索、组织与管理16 现代操作系统的类型1. 批处理系统批处理系统 单道批处理系统单道批处理系统(Simple Batch Processing) 内存中只驻留一道作业的批处理系统内存中只驻留一道作业的批处理系统l 单道批处理系统特征单道批处理系统特征 无需作业调度和进程调度，作业在外存中排好顺序，依次调入无需作业调度和进程调度，作业在外存中排好顺序，依次调入

11、内存分配内存分配CPUCPU执行执行 内存只驻留一道作业内存只驻留一道作业 作业作业完成顺序与作业进入内存顺序直接相关完成顺序与作业进入内存顺序直接相关l 单道批处理的主要问题单道批处理的主要问题 CPUCPU和和I/OI/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。对计算设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。对计算 为主的作业，外设空闲；对为主的作业，外设空闲；对I/OI/O为主的作业，为主的作业，CPUCPU空闲；空闲；16 现代操作系统的类型 多道批处理系统多道批处理系统(Multiprogramming System)在系统中同时被执行的程序不止一个，任意一个时刻，他们都处于在系统

12、中同时被执行的程序不止一个，任意一个时刻，他们都处于开始点和终止点之间。开始点和终止点之间。l 多道批处理的运行特点多道批处理的运行特点 需要作业调度和进程调度，按一定算法从外存后备队列中选若干作需要作业调度和进程调度，按一定算法从外存后备队列中选若干作业进入内存，并为每个作业创建进程业进入内存，并为每个作业创建进程 内存中同时存放几个作业，宏观上并行运行，微观上串行运行，交内存中同时存放几个作业，宏观上并行运行，微观上串行运行，交替使用替使用CPU 作业作业完成顺序与作业进入内存顺序无关完成顺序与作业进入内存顺序无关在当前运行的作业需作在当前运行的作业需作I/O处理时，处理时，CPU转而执行

13、另一个作业。转而执行另一个作业。(I/O完成后是否立刻恢复执行？要等到其他程序再次完成后是否立刻恢复执行？要等到其他程序再次I/O时）时）16 现代操作系统的类型2. 分时系统分时系统(time-sharing system) 分时的定义：把计算机的系统资源（尤其是分时的定义：把计算机的系统资源（尤其是CPUCPU时间）进行时间上的分时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片，每个用户依次轮流使用时间片。割，每个时间段称为一个时间片，每个用户依次轮流使用时间片。l CPUCPU控制权的转让方式控制权的转让方式 抢占式抢占式 OS强迫程序出让强迫程序出让CPU 非抢占式非抢占式 程序主动出

14、让程序主动出让CPUl 实现分时系统的几种方法：实现分时系统的几种方法： 简单分时系统简单分时系统 前台和后台程序前台和后台程序(foreground & background)分时分时 后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互现在的图形用户界面后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互现在的图形用户界面(GUI)，其他程序均作为后台，其他程序均作为后台 基于多道程序的分时系统基于多道程序的分时系统16 现代操作系统的类型l分时系统的特征：分时系统的特征：同时性同时性 一台主机可以连接多台终端，宏观上，多个用户同时使用计算机，共一台主机可以连接多台终端，宏观上，多个用户同时使用计算机，共

15、 享系统的硬软件资源。微观上，轮流使用时间片。享系统的硬软件资源。微观上，轮流使用时间片。独立性独立性 各个用户的操作互不干扰，每一个用户都认为整个计算机系统被他所各个用户的操作互不干扰，每一个用户都认为整个计算机系统被他所 独占，并感觉不到其他用户的存在。独占，并感觉不到其他用户的存在。及时性及时性 系统一般能在用户可接受的时间范围内作出响应。系统一般能在用户可接受的时间范围内作出响应。交互性交互性 用户能与系统进行人机对话。用户能通过键盘等设备输入数据或命令，请用户能与系统进行人机对话。用户能通过键盘等设备输入数据或命令，请 求系统服务和控制作业运行求系统服务和控制作业运行1 16 6 现

16、代操作系统的类型现代操作系统的类型l 响应时间响应时间 系统开销系统开销 单道系统，主要是作业调入调入，即对换；多道系统主要是单道系统，主要是作业调入调入，即对换；多道系统主要是进程调度和对换。对换速度越快，响应时间越短。进程调度和对换。对换速度越快，响应时间越短。 用户数目用户数目 时间片时间片 对换信息量对换信息量 采用重入码文件，减少系统的总的程序量采用重入码文件，减少系统的总的程序量 采用虚拟存储技术减少对换信息量采用虚拟存储技术减少对换信息量16 现代操作系统的类型3 实时系统实时系统(Real Time Operating System) 在限定的时间内对输入进行快速处理并作出响应

17、的计算机处理系统，在限定的时间内对输入进行快速处理并作出响应的计算机处理系统， 分为：硬件实时系统，软件实时系统，主要特征是分为：硬件实时系统，软件实时系统，主要特征是实时性实时性和和可靠性可靠性。l应用范围应用范围过程控制过程控制 实时信息检索实时信息检索事务处理事务处理l解决的主要问题解决的主要问题 实时时钟管理实时时钟管理 实时系统所用的时间都是由实时时钟产生的脉冲来计量的。实时系统所用的时间都是由实时时钟产生的脉冲来计量的。提供提供系统日期和时间、定时和延时等时钟管理功能；系统日期和时间、定时和延时等时钟管理功能；1 16 6 现代操作系统的类型现代操作系统的类型 过载保护过载保护 过

18、载是指进入系统的任务数目超出系统处理能力。系过载是指进入系统的任务数目超出系统处理能力。系 统必须具备某种防护机制保证即使出现过载系统仍统必须具备某种防护机制保证即使出现过载系统仍 能正常运行能正常运行 短暂的峰值负载，用缓冲区平滑，即将任务收容于缓冲区短暂的峰值负载，用缓冲区平滑，即将任务收容于缓冲区 连续的峰值负载，丢弃某些不重要的任务，动态调整任务周连续的峰值负载，丢弃某些不重要的任务，动态调整任务周期期 高度可靠性和安全性：冗余备份（双工体制）高度可靠性和安全性：冗余备份（双工体制）1 16 6 现代操作系统的类型现代操作系统的类型l实时系统与分时系统的区别实时系统与分时系统的区别系统

19、的设计目标不同系统的设计目标不同许多实时系统是专用系统，而分时系统通常是通用系统。许多实时系统是专用系统，而分时系统通常是通用系统。交互性的强弱不同交互性的强弱不同 许多实时系统是专用系统，交互性弱，而分时系统通常交互性强。许多实时系统是专用系统，交互性弱，而分时系统通常交互性强。实时控制实时控制 实时系统用于控制实时过程，要求对响应时间要求比较严格，分时系实时系统用于控制实时过程，要求对响应时间要求比较严格，分时系统一般以人能接受的时间为标准。统一般以人能接受的时间为标准。高可靠性高可靠性 实时系统用于控制重要过程，要求高度可靠，具有较高冗余。如双机实时系统用于控制重要过程，要求高度可靠，具

20、有较高冗余。如双机系统。系统。16 现代操作系统的类型4. 4. 嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统( (Embeded Real-Time Operating SystemEmbeded Real-Time Operating System) ) l 嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点： 嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式系统通常是面向特定应用的 嵌入式嵌入式CPUCPU与通用型的最大不同就是嵌入式与通用型的最大不同就是嵌入式CPUCPU大多工大多工 作在为特作在为特 定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集

21、成度定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度 高等特点，能够把通用高等特点，能够把通用CPUCPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片中许多由板卡完成的任务集成在芯片 内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化。内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化。 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统

22、。 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。体应用中对处理器的选择更具有竞争力。 16 现代操作系统的类型 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。长的生命周期。 为了提高执行速度和

23、系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。和环境才能进行开发。 16 现代操作系统的类型l 嵌入式操作系统一览嵌入式操作系统一览 Windows CE Microsoft Windows C

24、E是从整体上为有限资源的平台设计的多线是从整体上为有限资源的平台设计的多线 程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对 于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操 作系统的基本内核需要至少作系统的基本内核需要至少200K的的ROM。 16 现代操作系统的类型 VxWorks VxWorks是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高 的系统。它支持多种处理器，如的系统。它支持多种处理器，如x86、i960

25、、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、POWER PC等等。大多数的等等。大多数的VxWorks API是专有的。采用是专有的。采用GNU的编译和调试器。的编译和调试器。16 现代操作系统的类型pSOS ISI公司已经被公司已经被WindRiver公司兼并，现在公司兼并，现在pSOS属于属于WindRiver公司公司的产品。这个系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌的产品。这个系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境，在定制的或是商业入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境，在定制的或是商业化的硬件上

26、提供高性能和高可靠性。可以让开发者根据操作系统的化的硬件上提供高性能和高可靠性。可以让开发者根据操作系统的功能和内存需求定制成每一个应用所需的系统。开发者可以利用它功能和内存需求定制成每一个应用所需的系统。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。 16 现代操作系统的类型QNX QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循POSIX相关相关标准，如：标准，如：POSIX.1b实时扩展。它提供了一个很小的微内核以及实时扩展。它提供了一个很小的微内核以及一些可选

27、的配合进程。其内核仅提供一些可选的配合进程。其内核仅提供4种服务：进程调度、进程间种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX内核非常内核非常小巧小巧(QNX4.x大约为大约为12Kb)而且运行速度极快。这个灵活的结构可而且运行速度极快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。

28、是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。 1 16 6 现代操作系统的类型现代操作系统的类型 Palm OS 3Com公司的公司的Palm OS在在PDA市场上占有很大市场份额，它有开放的市场上占有很大市场份额，它有开放的操作系统应用程序接口，开发商可以根据需要自行开发所需要的应操作系统应用程序接口，开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。用程序。 OS-9 Microwave的的OS-9是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统，是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品、工业自动化、无线广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品、工业自动化、无线

29、通讯产品、医疗仪器、数字电视通讯产品、医疗仪器、数字电视/多媒体设备。它提供了很好的安全多媒体设备。它提供了很好的安全性和容错性。与其他的嵌入式系统相比，它的灵活性和可升级性非性和容错性。与其他的嵌入式系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出。常突出。 16 现代操作系统的类型 LynxOS Lynx Real-time Systems的的LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循展的实时操作系统，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和和POSIX.1c标准。标准。LynxOS支持线程概念，提供支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级

30、；提供一些传个全局用户线程优先级；提供一些传统的、非实时系统的服务特征；包括基于调用需求的虚拟内存，一统的、非实时系统的服务特征；包括基于调用需求的虚拟内存，一个基于个基于Motif的用户图形界面，与工业标准兼容的网络系统以及应用的用户图形界面，与工业标准兼容的网络系统以及应用开发工具。开发工具。 C/OS- 源码公开的实时嵌入式操作系统源码公开的实时嵌入式操作系统16 现代操作系统的类型图1 1998-2000年嵌入式操作系统使用趋势16 现代操作系统的类型图2 在未来24个月中打算使用的嵌入式操作系统16 现代操作系统的类型l 嵌入式系统发展趋势嵌入式系统发展趋势嵌入式应用软件的开发需要强

31、大的开发工具和操作系嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持统的支持 应用项目多种多样，像电话手机、电话座机及电冰箱、微波炉等嵌入式应用项目多种多样，像电话手机、电话座机及电冰箱、微波炉等嵌入式 电子设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的电子设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的 升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如3232位、位、6464位位RISCRISC芯芯 片或信号处理器片或信号处理器DSPDSP增强处理能力；同时还采用实时多任务编程技术和交增强处理能力；同时还采用实时多任务编

32、程技术和交 叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量 和缩短开发周期。和缩短开发周期。 16 现代操作系统的类型 目前，国外商品化的嵌入式实时操作系统，目前，国外商品化的嵌入式实时操作系统，WindRiverWindRiver、MicrosoftMicrosoft、QNXQNX和和NuclearNuclear等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银(CoreTek)(CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystemDelt

33、aSystem, ,它不仅包括它不仅包括DeltaCoreDeltaCore嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统, ,而且还包括而且还包括LamdaToolsLamdaTools交叉开发工具交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等；此外，中科院也推出了套件、测试工具、应用组件等；此外，中科院也推出了HopenHopen嵌入式操嵌入式操作系统。作系统。 联网成为必然趋势联网成为必然趋势 嵌入设备必需配有通信接口嵌入设备必需配有通信接口, ,相应需要相应需要TCP/IPTCP/IP协议簇软件支持；由于家协议簇软件支持；由于家用电器相互关联用电器相互关联( (如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终

34、端交如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息换信息) )及实验现场仪器的协调工作等要。及实验现场仪器的协调工作等要。 16 现代操作系统的类型 支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本 为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如，选用最量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如，选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用佳的编程模型和不断改进算法，采用Java编程模式，优化

35、编译器性能。因此，编程模式，优化编译器性能。因此，既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如Java、Web和和WAP等。等。 16 现代操作系统的类型 提供精巧的多媒体人机界面提供精巧的多媒体人机界面 嵌入式设备之所以为用户接受，重要因素之一就是它们与使用者之间嵌入式设备之所以为用户接受，重要因素之一就是它们与使用者之间自然的人机交互界面。人们与信息终端交互要求以自然的人机交互界面。人们与信息终端交互要求以GUIGUI屏幕为中心的多屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图媒体界面。手写文字

36、输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的形、图像已取得初步成效。目前一些先进的PDAPDA在显示屏幕上已实现汉在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。字写入、短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。 16 现代操作系统的类型 5.5.多处理操作系统多处理操作系统(Multi-processor Operating System)(Multi-processor Operating System) 多处理操作系统的出现是为了提高计算机系统性能和可靠性。提高性多处理操作系统的出现是为了提高计算机系统性能和可靠性

37、。提高性能有两条途径：提高各个组成部分的速度、增大处理的并行程度。能有两条途径：提高各个组成部分的速度、增大处理的并行程度。7575年前后，出现多处理机系统年前后，出现多处理机系统(multi-processor)(multi-processor)。 多处理机系统的优点多处理机系统的优点 增加系统的吞吐量增加系统的吞吐量N N个处理器加速比达不到个处理器加速比达不到N N倍（额外的调度开销，算法的并行化）倍（额外的调度开销，算法的并行化）提高系统可靠性提高系统可靠性故障时系统降级运行故障时系统降级运行16 现代操作系统的类型6 .网络操作系统网络操作系统(NOS, Network Operat

38、ing System)l计算机网络 通过通信系统把地理上分散的计算机和终端连接起来，以达到数据通信通过通信系统把地理上分散的计算机和终端连接起来，以达到数据通信 和资源共享的目的的一组计算机集合。和资源共享的目的的一组计算机集合。l计算机网络的特征分布性自治性互连性可见性l网络操作系统定义： 建立在主机操作系统基础上，用于管理网络通信和共享资源，协调各主机 上任务的运行，并相用户提供统一的、有效的网络接口的软件集合。16 现代操作系统的类型l网络操作系统的功能通常操作系统功能通常操作系统功能处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理等；处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理等；网络通信功能

39、网络通信功能通过网络协议进行高效、可靠的数据传输：建立和撤除通讯链路，对传通过网络协议进行高效、可靠的数据传输：建立和撤除通讯链路，对传输差错进行检查和校正。输差错进行检查和校正。资源管理资源管理采用统一、有效的方法协调各用户对网络资源的使用，象使用本地资源采用统一、有效的方法协调各用户对网络资源的使用，象使用本地资源一样的使用网络资源。一样的使用网络资源。网络服务网络服务电子邮件、文件传送和管理服务等；电子邮件、文件传送和管理服务等；网络接口网络接口提供统一的、经济的使用网络共享资源和取得网络服务的网络接口，让提供统一的、经济的使用网络共享资源和取得网络服务的网络接口，让用户无需了解资源属性

40、和网络知识；用户无需了解资源属性和网络知识；互操作互操作直接控制对方比交换数据更为困难；直接控制对方比交换数据更为困难；16 现代操作系统的类型7.7.分布式操作系统分布式操作系统( (Distributed Operating SystemDistributed Operating System) ) 分布式系统：能直接对系统中的各类资源进行动态分配和管理，有效分布式系统：能直接对系统中的各类资源进行动态分配和管理，有效控制和协调任务的并行执行，允许系统中的处理单元无主次之分，并控制和协调任务的并行执行，允许系统中的处理单元无主次之分，并相用户提供有效统一的接口的软件集合。相用户提供有效统一

41、的接口的软件集合。l 分布式系统分布式系统 分布式系统以计算机网络为基础，它的基本特征是处理上的分布，即功能和分布式系统以计算机网络为基础，它的基本特征是处理上的分布，即功能和任务的分布。它由多个处理单元构成，每个处理单元都包含处理机和局部存任务的分布。它由多个处理单元构成，每个处理单元都包含处理机和局部存储器，可以独立承担分配给他们的计算任务。储器，可以独立承担分配给他们的计算任务。l 分布式操作系统的特征分布式操作系统的特征 分布性分布性 分布式系统具有功能分布和任务分布特征。对于松散耦合系统，还可以呈现分布式系统具有功能分布和任务分布特征。对于松散耦合系统，还可以呈现 地理上的分布地理上

42、的分布16 现代操作系统的类型自治性自治性 分布式系统的各个处理单元都包含有处理机和局部存储器，具有独立执行任务分布式系统的各个处理单元都包含有处理机和局部存储器，具有独立执行任务 的能力。的能力。透明性透明性 用户是否知道或指定资源在哪个机器上（如用户是否知道或指定资源在哪个机器上（如CPU、内存或外设）。分布式系统的、内存或外设）。分布式系统的 网络资源调度对用户透明，用户不了解所占有资源的位置；网络资源调度对用户透明，用户不了解所占有资源的位置；模块性模块性分布式系统有若干个结构相同并具有相同的处理能力的处理单元构成。任务可以分布式系统有若干个结构相同并具有相同的处理能力的处理单元构成。

43、任务可以分配到其中任一的单元去执行。提高了系统性能和可靠性。分配到其中任一的单元去执行。提高了系统性能和可靠性。并行性并行性 分布式分布式OS可以将一个作业分散在各机器上并行执行可以将一个作业分散在各机器上并行执行“进程迁移进程迁移”；16 现代操作系统的类型8.8.个人计算机操作系统个人计算机操作系统( (Personal Computer Operating Personal Computer Operating SystemSystem) ) 针对个人计算机的操作系统。主要特征：使用方便、界面友好、针对个人计算机的操作系统。主要特征：使用方便、界面友好、 支持多种硬件和外部设备、价格低，

44、适于普及。支持多种硬件和外部设备、价格低，适于普及。 常用的个人计算机操作系统常用的个人计算机操作系统单用户单任务：单用户单任务：MS DOSMS DOS单用户多任务：单用户多任务：OS/2, MS Windows 3.x, Windows 95,Windows NTOS/2, MS Windows 3.x, Windows 95,Windows NT多用户多任务：多用户多任务：UNIXUNIX( (SCO UNIX, Solaris x86, Linux,FreeBSDSCO UNIX, Solaris x86, Linux,FreeBSD) )1.7 1.7 网络操作系统综述网络操作系统综

45、述1. 1. 网络操作系统定义网络操作系统定义2 2. . 网络操作系统体系结构网络操作系统体系结构 3. 3. 网络操作系统功能网络操作系统功能 4. 4. 网络操作系统工作模式网络操作系统工作模式 5. 5. 各种网络操作系统的比较各种网络操作系统的比较 网络操作系统（网络操作系统（NOS）是指能够把网络中的各种资源有是指能够把网络中的各种资源有机地联接起来，提供网络资源共享功能、网络通信功能和网机地联接起来，提供网络资源共享功能、网络通信功能和网络服务功能的操作系统。络服务功能的操作系统。 我们可以将我们可以将NOS看成是看成是网络用户网络用户与与计算机网络计算机网络之间的接之间的接口软

46、件，它提供一个让用户能方便、透明地使用计算机网络口软件，它提供一个让用户能方便、透明地使用计算机网络的环境的环境。1.7 1.7 网络操作系统综述网络操作系统综述NOSNOS具备具备OSOS的四大特征的四大特征：并发、资源共享、虚拟和异步性，除此之：并发、资源共享、虚拟和异步性，除此之外，它还具有开放性、一致性和透明性。外，它还具有开放性、一致性和透明性。开放性开放性, ,是指为了便于把配置了不同操作系统的计算机系统互联起是指为了便于把配置了不同操作系统的计算机系统互联起来形成计算机网络。使不同的系统之间能协调地工作，实现应用的来形成计算机网络。使不同的系统之间能协调地工作，实现应用的可移植性

47、和互操作性；可移植性和互操作性； 一致性一致性, ,是指网络向用户，低层向高层提供一个一致性的服务接口。是指网络向用户，低层向高层提供一个一致性的服务接口。该接口规定了命令该接口规定了命令( (服务原语服务原语) )的类型，命令的内部参数及合法的访的类型，命令的内部参数及合法的访问命令序列等，并不涉及服务接口的具体实现；问命令序列等，并不涉及服务接口的具体实现； 透明性透明性, ,即指某一实际存在的实体的不可见性，也就是对使用者来即指某一实际存在的实体的不可见性，也就是对使用者来说，该实体看起来是不存在的。说，该实体看起来是不存在的。1.7 1.7 网络操作系统综述网络操作系统综述 网络操作系

48、统要用统一的方法管理各主机之间的通信和共享资网络操作系统要用统一的方法管理各主机之间的通信和共享资源的利用。源的利用。 NOSNOS的设计目标应包含内容有：的设计目标应包含内容有： 1 1一个终端用户，一个进程或一个程序员对于网络上的资源一个终端用户，一个进程或一个程序员对于网络上的资源应当有一个统一的观点。不管什么资源，不管它实际上被分布在什应当有一个统一的观点。不管什么资源，不管它实际上被分布在什么地方，用户都好像感到它就在自己的主机上一样，一样的操作命么地方，用户都好像感到它就在自己的主机上一样，一样的操作命令，一样的访问规则。令，一样的访问规则。2. 网络操作系统体系结构2 2NOSN

49、OS应当具有良好的可扩充性。应当具有良好的可扩充性。3 3N0SN0S能把一组硬件软件资源转换为一个抽象的对象能把一组硬件软件资源转换为一个抽象的对象(object)(object)的集合的集合( (进程、文件、等进程、文件、等) )，这说明，它支持对象的命，这说明，它支持对象的命名、访问、共享、保护、同步、出错控制，以及对象之间相互名、访问、共享、保护、同步、出错控制，以及对象之间相互通信。通信。4 4NOSNOS能在多个进程之间对资源进行多路转换和分配。能在多个进程之间对资源进行多路转换和分配。2. 网络操作系统体系结构 对于计算机网络，往往从三个方面对于计算机网络，往往从三个方面( (功

50、能特性、系统构成、功能特性、系统构成、体系结构体系结构) )进行讨论，对网络操作系统的讨论也是如此。目前进行讨论，对网络操作系统的讨论也是如此。目前操作系统的发展操作系统的发展, ,使使NOSNOS在在OSI-RMOSI-RM中的分布大致如中的分布大致如图图1-21-2所示。所示。这种分布并未标准化。这种分布并未标准化。 从分层的角度讲，从分层的角度讲，NOSNOS主要包括主要包括3 3大部分，即：大部分，即：网络驱动程序网络驱动程序网络协议软件网络协议软件应用程序接口软件应用程序接口软件1.2.2 NOS1.2.2 NOS与与0SI0SIRMRM图1-2 NOS在OSI-RM中的分布 1.2

51、.2 NOS1.2.2 NOS与与0SI0SIRMRM1)1)网络网络驱动程序驱动程序 ，网卡驱动程序屏蔽了网络接口接收和发送数，网卡驱动程序屏蔽了网络接口接收和发送数据单元的复杂处理过程，它直接对网络接口板的各种控制据单元的复杂处理过程，它直接对网络接口板的各种控制/状态状态寄存器、寄存器、DMA(DMA(直接存储器存取直接存储器存取) )、I/OI/O(输入输出输入输出)端口进行硬件级端口进行硬件级操作。操作。 2)2)网络协议软件网络协议软件，由于网络协议软件几乎分布在网络的所有层，由于网络协议软件几乎分布在网络的所有层，因此，它直接关系到网络操作系统的性能。因此，它直接关系到网络操作系

52、统的性能。3)应用程序接口（应用程序接口（API）软件）软件，应用层提供多种应用协议和服务，应用层提供多种应用协议和服务，其中应用服务与应用程序之间的接口软件完成本地系统与网络其中应用服务与应用程序之间的接口软件完成本地系统与网络环境的联系。环境的联系。 按照网络操作系统在网络节点上的分布情况，可分为：按照网络操作系统在网络节点上的分布情况，可分为：1)1)对等式网络操作系统对等式网络操作系统。网络操作系统软件可以平等地分布在。网络操作系统软件可以平等地分布在所有网络结点上，特点是信息的处理和控制都是分布的，系统所有网络结点上，特点是信息的处理和控制都是分布的，系统无需设立服务器。这种系统通常由若干个工作站组成；无需设立服务器。这种系统通常由若干个工作站组成；2)