操作系统原理基础.pptx

<p>操作系统的作用和地位用户操作计算机的接口配置在计算机硬件上的最基础的软件，其他所有的软件都依赖于它的支持。在计算机系统中起着承上启下的作用，是其它软件和硬件之间的接口管理计算机的软硬件资源郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系操作系统的发展第一代计算机手工操作第二代计算机操作系统产生第三代计算机操作系统形成和完善第四代计算机操作系统的进一步发展郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系操作系统的目标方便性易于使用易于使用有效性组织和管理计算机的软硬件资源组织和管理计算机的软硬件资源组织计算机的工作流程组织计算机的工作流程可扩充性便于增加新的功能模块和修改老的功能模块便于增加新的功能模块和修改老的功能模块开放性易于实现应用程序的可移植性和互操作性易于实现应用程序的可移植性和互操作性郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系操作系统的功能用户与计算机硬件系统的接口命令接口（命令接口（shellshell）系统调用系统调用管理系统软硬件资源处理器管理处理器管理存储管理存储管理设备管理设备管理文件管理文件管理郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系LINUX操作系统的结构郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系处理器管理完成CPU资源的分配调度等功能，以某种预定的策略运行系统中的任务。调度的单位为进程或线程。进程与线程进程与线程进程调度进程调度进程间通信进程间通信同步与互斥同步与互斥郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系进程与线程进程是一个描述程序执行时动态特征的概念。简单的说，执行中的程序就叫进程进程代表了程序的一次执行过程郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系为什么引入进程？提高CPU的利用率，让多个进程共享CPU从用户的角度看，进程独占地使用从用户的角度看，进程独占地使用CPUCPU资源资源郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系线程线程是进程中的一个实体，一个进程可以有多个线程。线程的引入是为了减少进程切换的开销。LINUX不区分线程与进程，线程被当做一种特殊的进程。郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系Linux中的进程郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系Windows的进程/线程信息郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系LINUX进程状态D uninterruptible sleep(usually IO)S sleepingR runnable(on run queue)T stoppedZ a defunct(zombie)process郑灵翔郑灵翔LINUX进程状态转换郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系进程调度进程调度的任务就是按照调度策略合理地为各个进程分配处理机，提高CPU利用率。2.6内核采用了O（1）调度算法，实时性较旧内核有较大提高支持可抢占式调度(preemptible_schedule)(preemptible_schedule)郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系2.4 vs.2.6内核的实时性比较郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系进程间通信系统运行的各个进程间交换信息的机制（Linux）管道和命名管道（管道和命名管道（FIFOFIFO）信号量信号量消息队列消息队列共享内存共享内存套接字套接字郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系进程同步什么是同步？多个相关进程间协调相互间的运行次序，保证多个相关进程间协调相互间的运行次序，保证程序的正确执行程序的正确执行什么时互斥？对于一些只充许独占访问的资源进行保护，保对于一些只充许独占访问的资源进行保护，保证资源得到正确使用。证资源得到正确使用。进程同步的主要任务保证各进程能互斥访问临界资源保证各进程能互斥访问临界资源保证相互合作的进程执行次序的协调保证相互合作的进程执行次序的协调郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系存储管理存储管理是指存储器资源的管理。存储分配和回收存储分配和回收分配和回收算法分配和回收算法相关的数据结构。相关的数据结构。地址变换地址变换动态链接动态链接重定位重定位地址映射地址映射存储共享和保护存储共享和保护郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系Linux中虚拟地址与虚拟地址空间郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系PXA255的物理地址空间郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系地址映射地址映射：将进程中的虚拟地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。此功能由CPU的MMU（Memory Management Unit）单元完成郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系虚拟存储与Linux存储管理郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系静态链接与动态链接在程序编译时将各个目标模块用到的外部调用都变为相对地址，事先链接形成一个完整的可执行文件可执行程序在装入内存时，边装入边链接。在装入时解决外部地址调用问题。共享：多个进程可以共用一个共享库，节省内共享：多个进程可以共用一个共享库，节省内存存便于代码升级和代码重用便于代码升级和代码重用郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系静态链接与动态链接的程序装入静态链接静态链接动态链接动态链接郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系存储共享多个进程共享相同的代码和数据。LINUX采用虚拟内存区域（VMA）实现存储共享郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系存储保护存储保护的目的：保护系统程序区不被用户侵犯（有意或无意的）保护系统程序区不被用户侵犯（有意或无意的）不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数据（系统区地址空间，其他用户程序的地址空据（系统区地址空间，其他用户程序的地址空间）间）郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系设备管理主要任务管理管理I/OI/O设备，以提高设备，以提高CPUCPU和和I/OI/O设备的利用率设备的利用率处理用户程序的处理用户程序的I/OI/O设备申请并完成其请求的设备申请并完成其请求的I/OI/O操作操作简化简化I/OI/O设备的使用并提高设备的使用并提高I/OI/O设备的速度设备的速度郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系设备管理功能 缓冲管理 设备分配 设备处理 虚拟设备（逻辑设备）功能 郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系文件管理 文件存储空间的管理 目录管理 文件读、写管理文件保护 郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系虚拟文件系统为用户程序提供一个通用的文件系统接口open()open()、read()read()、write()write()、closeclose等等郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系嵌入式操作系统支持嵌入式应用的操作系统软件实时性实时性专用性专用性可移植性可移植性郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统Windows CEWindows CEPlamOSPlamOSSymbianSymbianVxWorksVxWorksNucleusNucleusuC/OS IIuC/OS IIThreadXThreadXECOSECOSLINUXLINUX郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统Windows CE微软的嵌入式操作系统，主要面向微软的嵌入式操作系统，主要面向PDAPDA与手机与手机市场市场特点：特点：强大的图形功能强大的图形功能较好的开发工具支持较好的开发工具支持支持多种支持多种CPUCPU实时性较差实时性较差占用较多的系统资源占用较多的系统资源许可证费用较高许可证费用较高郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统PalmOS一款优秀的一款优秀的PDAPDA的操作系统的操作系统特点：特点：有较好的图形界面有较好的图形界面较高的系统效率，可在低端处理器上运行较高的系统效率，可在低端处理器上运行OS6OS6以前的版本不支持多任务以前的版本不支持多任务郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统SymbianOSSymbianSymbian成立于成立于19981998年，由爱立信、诺基年，由爱立信、诺基亚、摩托罗拉和亚、摩托罗拉和PsionPsion共同出资筹建。共同出资筹建。郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统VxWorks(美国风河公司)广泛用于通信、军事、航空等领域，广泛用于通信、军事、航空等领域，特点特点:高安全性与可靠性高安全性与可靠性内核可裁剪内核可裁剪支持多种支持多种CPUCPU较完善的开发工具较完善的开发工具许可证价格昂贵许可证价格昂贵一般无法得到源码一般无法得到源码郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统NucleusATAT公司开发，多用于低端公司开发，多用于低端PDAPDA及网络路由器及网络路由器特点：特点：只需一次性购买许可只需一次性购买许可内核和网络协议都以源码的形式提供，用户可以根内核和网络协议都以源码的形式提供，用户可以根据需要修改据需要修改支持当前流行的大多数支持当前流行的大多数RISCRISC、CISCCISC、DSPDSP处理器处理器 它的缺点是实时性不够，定时中断管理不可靠，它的缺点是实时性不够，定时中断管理不可靠，I/OI/O管理太简单管理太简单郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统uC/OS II特点特点:开放源码开放源码通过美国联邦航空管理局通过美国联邦航空管理局(FAA)(FAA)认证认证,稳定性安全性稳定性安全性较高较高缺点缺点:过于简单过于简单,对于复杂系统开发工作量较大对于复杂系统开发工作量较大商用需要许可证商用需要许可证郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统ThreadX（Express Logic)一个高效、健壮、无版权税的实时操作系统一个高效、健壮、无版权税的实时操作系统占用系统资源低占用系统资源低有较高的实时响应时间有较高的实时响应时间快速的进程切换快速的进程切换郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统ECOSRED HATRED HAT公司开发的嵌入式操作系统公司开发的嵌入式操作系统特点：特点：具有良好的可配置能力，提供了图形化的配置工具具有良好的可配置能力，提供了图形化的配置工具开放源代码，完全免费开放源代码，完全免费支持多种支持多种CPUCPU比比LINUXLINUX更高的实时性更高的实时性良好的开放性，兼容性和可扩展性良好的开放性，兼容性和可扩展性简单易学，易于操作简单易学，易于操作郑灵翔郑灵翔郑灵翔郑灵翔厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系厦门大学通讯工程系常见的嵌入式操作系统LINUXLINUX 功能强大的嵌入操作系统，广泛用于网络产品，功能强大的嵌入操作系统，广泛用于网络产品，PDAPDA，手机等信息家电领域，手机等信息家电领域 特点：特点：系统稳定，功能强大系统稳定，功能强大支持多种硬件平台支持多种硬件平台应用软件多，简单易用应用软件多，简单易用开放源码，不存在黑箱技术开放源码，不存在黑箱技术 不需许可证，使用成本低不需许可证，使用成本低文档完善文档完善强大的网络功能强大的网络功能具有软实时性具有软实时性</p>