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1、操作系统第一章 网络操作系统概论第一章 操作系统概论1.1 什么是操作系统，操作系统的发展过程 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 操作系统的结构 1.5 网络操作系统定义 1.6 网络操作系统体系结构 1.7 网络操作系统功能 1.8 网络操作系统工作模式 1.9 各种网络操作系统的比较 11什么是操作系统？1 操作系统的地位和目标2 操作系统的概念从系统观点：操作系统是对计算机资源管理；这些资源包 括硬件和软件。操作系统向用户提供了高级而调用简单 的服务。从用户观点：操作系统是用户使用计算机的界面。操作系 统是用户与计算机硬件之间的接口，一般可以分为三种
2、 ：命令方式，系统调用，图形界面从软件观点：操作系统是程序和数据结构的集合。操作系 统在计算机系统中的位置：操作系统是计算机硬件的首 次扩展。2 操作系统的概念定义：操作系统是控制和管理计算机和软件资源 、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。3 操作系统的作用和组成操作系统的作用：几种观点(1)OS是计算机硬件、软件资源的管理者。管理对象包括：CPU、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、回收和访问操作，相应管理策略。(2)OS是用户使用系统硬件、软件的接口。系统命令；系统调用；(3)OS是虚拟机(virtual machine)。3 操作
3、系统的作用和组成操作系统的组成 (1)管理模块：针对不同管理对象的程序模块（通 常称为操作系统核心） (2)用户接口：如外壳(shell)、窗口系统 在shell中，通过运行其他程序来完成各种功能操作系统的非形式化定义：系统软件，程序模 块的集合，资源管理和用户接口功能1.2 操作系统的发展历史1.早期的人工操作方式1946 50年代（电子管），集中计算（计算中心 ），计算机资源昂贵；工作方式：手工用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是 计算机专业人员；编程语言：为机器语言；输入输出：纸带或卡片；1.2 操作系统的发展历史计算机的工作特点： 1)用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源利
4、用 率低； 2)CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；CPU利用 率低； 主要矛盾： 1) 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率； 2) 用户独占全机的所有资源；1.2 操作系统的发展历史2. 单道批处理系统(Simple Batch Processing)批处理中的作业的组成：包括用户程序、数据和作业说明书（作业控制语言）“批“：供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处理中使用一组相同的系统软件（系统带）。脱机输入/输入：为了解决输入/输出设备与CPU的速度不匹配的问题，引 入了外围计算机卫星机，让它来处理系统的输入/输 出，把CPU从繁重的I/O处理中解脱出来。1.2
5、操作系统的发展历史两种批处理方式 (1) 联机批处理 慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成；用户提交作业：以纸带或卡片为介质；批作业处理：对批作业中的每个作业进行相同 的处理：从磁带读入用户作业和编译链接程序 ，编译链接用户作业，生成可执行程序；启动 执行；执行结果输出。 问题：输入输出时，CPU处于等待状态。1.2 操作系统的发展历史(2)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 。 卫星机：完成面向用户的输入输出（纸带或卡片），中间 结果暂存在磁带或磁盘上。单道批处理的主要问题：CPU和I/O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
6、业，外设空闲；对I/O为主的作业， CPU空闲；1.2 操作系统的发展历史3 缓冲、中断和通道技术中断：是指CPU在收到外部中断信号后，停止原来工作，转去处理该中断事件，完毕后回到原来断点继续工作。通道：也就是I/O通道技术，他是控制一台或者多台外部设 备的硬件机构，能够使得I/O操作与主机并行工作，相当 于一个I/O处理器。要比DMA技术早。通道用于控制I/O设备与内存间的数据传输。启动后可独 立于CPU运行，实现CPU与I/O的并行。专用的I/O处理器，可与CPU并行工作使 I/O联机处理1.2 操作系统的发展历史SPOOLING技术：如果CPU处理数据的速度比I/O设备要快得多，他要等待
7、 I/O设备把数据送入缓冲区之后才能读取处理，输出也是 如此。开始的时候，CPU可能还可以全速运行，但是不 久所有的系统缓冲区都可能被塞满，此后CPU必须等待 I/O设备取走缓冲区中的数据之后，才可往其中存放新数 据。SPOOLING技术（Simultaneous Peripheral Operating On Line）并行的外围设备联机操作，是以磁盘为缓 冲区来解决低速的I/O设备与高速的CPU之间的速度匹 配问题。1.2 操作系统的发展历史4 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，在任意一个时刻 ，他们都处于开始点和终止点之间
8、。多道批处理的运行特点： 多道：内存中同时存放几个作业； 宏观上并行运行：都处于运行状态，但都未运行完； 微观上串行运行：各作业交替使用CPU；在当前运行的作业需作I/O处理时，CPU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I/O时）13 现代操作系统的类型分时系统(time-sharing system)分时的定义：把计算机的系统资源（尤其是CPU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。(1) 多个用户分时；(2)前台和后台程序(foreground 麻省理工学 院、贝尔实验室和通用电器公司联合开发的分时系统： MU
9、LTICS(Multiplexed Information and Computing Service)13 现代操作系统的类型3 实时系统(Real Time Operating System)实时操作系统主要用于过程控制、事务处理等有实时要求 的领域,其主要特征是实时性和可靠性。实时系统的概念：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；用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括实时控制、实时信息处理要求：响应时间短，在一定范围之内；系统可靠性高13 现代操作系统的类型实时系统的特征(1)实时时钟管理：提供系统日期和时间、定时和延
10、时等时 钟管理功能；(2)过载保护：缓冲区排队，丢弃某些任务，动态调整任务 周期；过载是指进入系统的任务数目超出系统处理能力(3)高度可靠性和安全性容错能力（如故障自动复位） 和冗余备份（双机，关键部件）；13 现代操作系统的类型实时系统与批处理系统和分时系统的区别专用系统：许多实时系统是专用系统，而批处理与分时系统通常是通用系统。实时控制：实时系统用于控制实时过程，要求对外部事件的迅速响应，具有较强的中断处理机构。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。如双机系统。可与通用系统结合成通用实时系统：实时处理前台作业，批处理为后台作业。13 现代操作系统的类型嵌入式实时操
11、作系统(Embeded Real-Time Operating System) 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 ： (1)嵌入式系统通常是面向特定应用的 嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工 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、集成度高等特点，能够把通用CPU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。 (2)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技术密集、资金密集、高度分散、 不断创新的知识集成系统。 13 现代操作系统
12、的类型(3)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，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争 力。 (4)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，具有较长的生命周期。 (5)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。 (6)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 须有一套开发工具和环境才能进行开发。 13 现代操作系统的类型嵌
13、入式操作系统一览：(1)Windows CE Microsoft Windows CE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 200K的ROM。 13 现代操作系统的类型(2)VxWorks VxWorks是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、POWER PC等等。大多数的VxWorks API是专有的。采用GNU的编译和调试器。1
14、3 现代操作系统的类型(3)pSOS ISI公司已经被WinRiver公司兼并，现在pSOS属于WindRiver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。 13 现代操作系统的类型(4)QNX QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循 POSIX相关标准，如：POSIX.1b实时扩展。它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其内
15、核仅提 供4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。所有其它OS 服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX内核非常小 巧(QNX4.x大约为12Kb)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 嵌入式操作系统或是包括几百个处理器的超级虚拟机操 作系统。 13 现代操作系统的类型(5)Palm OS 3Com公司的Palm OS在PDA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用程序。 (6)OS-9 Microwave的OS-9是为微处理器的关键实时任务而设计的操作
16、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 。 13 现代操作系统的类型(7)LynxOS Lynx Real-time Systems的LynxOS是一个分布式、嵌入 式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循POSIX.1a、 POSIX.1b和POSIX.1c标准。LynxOS支持线程概念，提 供256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 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开发工具。 (8) C/OS-源码公开的实时嵌入式操作系统13 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13 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13 现代操作系统的类型嵌入式系统发展趋势：(1)嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作 系
