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1、操作系统原理基础,郑灵翔 ,操作系统原理基础,操作系统概念 进程、线程与调度 存贮管理 文件管理 设备管理,厦门大学通讯工程系,常见的操作系统,Windows Linux Unix Dos Mac OS X ,厦门大学通讯工程系,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,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,厦门大学通讯工程系,操
2、作系统的目标,方便性 易于使用 有效性 组织和管理计算机的软硬件资源 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 开放性 易于实现应用程序的可移植性和互操作性,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（shell） 系统调用 管理系统软硬件资源 处理器管理 存储管理 设备管理 文件管理,厦门大学通讯工程系,LINUX操作系统的结构,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 进程调度 进程间通信 同步与互斥,厦门大学通讯工程系,进程与线程,进
3、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,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CPU资源,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。,厦门大学通讯工程系,Linux中的进程,厦门大学通讯工程系,Windows的进程/线程信息,厦门大学通讯工程系,LINUX进程状态,D uninterruptible sleep (usually IO) S
4、 sleeping R runnable (on run queue) T stopped Z a defunct (zombie) process,厦门大学通讯工程系,LINUX进程状态转换,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),厦门大学通讯工程系,2.4 vs. 2.6内核的实时性比较,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（FIFO） 信号量 消息队列 共享内
5、存 套接字,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 保证相互合作的进程执行次序的协调,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 分配和回收算法 相关的数据结构。 地址变换 动态链接 重定位 地址映射 存储共享和保护,厦门大学通讯工程系,Linux中虚拟地址与虚拟地址空间,厦门大学通讯工程系,PXA255的物理地址空间,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
6、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,厦门大学通讯工程系,虚拟存储与Linux存储管理,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，节省内存 便于代码升级和代码重用,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 动态链接,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（V
7、MA）实现存储共享,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） 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间）,厦门大学通讯工程系,设备管理,主要任务 管理I/O设备，以提高CPU和I/O设备的利用率 处理用户程序的I/O设备申请并完成其请求的I/O操作 简化I/O设备的使用并提高I/O设备的速度,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,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,厦门大学通讯工程系,虚拟文件系统,为用
8、户程序提供一个通用的文件系统接口 open()、read()、write()、close等,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 专用性 可移植性,厦门大学通讯工程系,常见的嵌入式操作系统,Windows CE PlamOS Symbian VxWorks Nucleus uC/OS II ThreadX ECOS LINUX,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PDA与手机市场 特点： 强大的图形功能 较好的开发工具支持 支持多种CPU 实时性较差 占用较多的系统资源 许可证费用较高,厦门大学通讯工
9、程系,常见的嵌入式操作系统,PalmOS 一款优秀的PDA的操作系统 特点： 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 OS6以前的版本不支持多任务,厦门大学通讯工程系,常见的嵌入式操作系统,SymbianOS Symbian成立于1998年，由爱立信、诺基亚、摩托罗拉和Psion共同出资筹建。,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， 特点: 高安全性与可靠性 内核可裁剪 支持多种CPU 较完善的开发工具 许可证价格昂贵 一般无法得到源码,厦门大学通讯工程系,常见的嵌入式操作系统,Nucleus AT公司开发，
10、多用于低端PDA及网络路由器 特点： 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，用户可以根据需要修改 支持当前流行的大多数RISC、CISC、DSP处理器 它的缺点是实时性不够，定时中断管理不可靠，I/O管理太简单,厦门大学通讯工程系,常见的嵌入式操作系统,uC/OS II 特点: 开放源码 通过美国联邦航空管理局(FAA)认证,稳定性安全性较高 缺点: 过于简单,对于复杂系统开发工作量较大 商用需要许可证,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 占用系统资源低 有较高的实时响应时间 快速的进程切换,厦门大学通讯工程系,常见的嵌入式操作系统,ECOS RED HAT公司开发的嵌入式操作系统 特点： 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 支持多种CPU 比LINUX更高的实时性 良好的开放性，兼容性和可扩展性 简单易学，易于操作,厦门大学通讯工程系,常见的嵌入式操作系统,LINUX 功能强大的嵌入操作系统，广泛用于网络产品，PDA，手机等信息家电领域 特点： 系统稳定，功能强大 支持多种硬件平台 应用软件多，简单易用 开放源码，不存在黑箱技术 不需许可证，使用成本低 文档完善 强大的网络功能 具有软实时性,厦门大学通讯工程系,
