操作系统原理_方敏_操作系统概论

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三、现代操作系统的特征
并发（concurrence）
并发性：指两个或者多个事件在同一时间间隔内发生。 并行性（parallel）：指两个或者多个事件在同一时刻
发生（同时发生）。
共享（sharing）
系统中有限的资源不在为某个用户独占，而是可供多个
用户共享。共享的方式： 1）互斥共享：一段时间内某一资源只允许一个用户使 用，当使用完后，其他用户才能使用。例如：打印机、 扫描仪等。 2）非互斥共享：一个资源在一段时间内可以供多个用 户“同时”使用。依旧是：宏观上的并行，微观上的串 行。例如CPU, 内存等。
结构：由数万个真空电子管、 插件板、导线组成，体积巨大， 运算极慢，且很不可靠。 操作：程序员提前在墙上的机 时表上预约一段时间，然后到机 房将他的插板插到计算机里，在 接下来的几小时里计算自己的题 目。这个阶段基本上所有的题目 都是数值计算问题。 缺点：系统资源利用率极低。
重量30t, 功率150kW 占地167m2
多道程序设计技术的出现给系统的管理提出了挑战， 例如：内存管理问题、处理机等资源共享问题、文件 检索和存储问题等。为了解决这些问题，系统中必须 设置一套管理软件以方便用户使用，于是便形成了操 作系统。因此我们说：多道程序设计技术是操作系统 形成的标志。 这一时期著名的操作系统有:MIT:CTSS（第一个分时 系统，1963年）；Bell实验室:UNIX。
响应时间长短不同
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五、操作系统的分类
网络操作系统 分布式操作系统 并行操作系统
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五、操作系统的分类
嵌入式操作系统(Embeded Operating System)
定义 IEEE: An Embedded system is the devices used
to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants. 嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不 称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软 硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简 单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体， 类似于 PC 中 BIOS 的工作方式，其软件代码小、自 动化程度高、响应速度快，特别适合于要求实时和多 任务的体系。
单用户微机操作系统 CP/M：早期8位系统(75年)，配置在Intel8080,8085
机器上。 MS-DOS： 81年，16位系统，配置在IBM-PC机上。 OS/2 ：87年， IBM推出，单用户、多任务，运行在 80286，80386机器上。 多用户微机操作系统 MS：Windows系列 UNIX, Linux
五、操作系统的分类
QNX QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，提供了一个 很小的微内核以及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。QNX内核 非常小巧(QNX4.x大约为12Kb)而且运行速度极快。 3Com公司产品，在PDA市场上占有很大的市场份额， 它有开放的操作系统应用程序接口（API），开发商可 以根据需要自行开发所需要的应用程序。 Microwave出品，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。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。 是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统， 遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c标准，支持线 程概念。
Palm OS
OS-9
LynxOS
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五、操作系统的分类
嵌入式系统发展趋势 需要强大的开发工具和操作系统的支持； 联网成为必然趋势； 支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本； 提供精巧的多媒体人机界面。
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六、操作系统的结构
层次结构观点
将系统按照层次结构划分为若干“层”。某一层次上代
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四、操作系统的发展
第二代计算机（1955-1965）：脱机和批处理系统 结构：使用晶体管，体积减小，可靠性提高，可以批
量生产，仅有少数大公司、主要的政府部门和大学买 得起。
早期的批处理系统
典型的操作系统：FMS, IBSYS(7094配备)
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四、操作系统的发展
第三代计算机（1965-1980）：多道程序设计
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及时性
交互性
五、操作系统的分类
实时操作系统
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。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。 实时系统与分时系统的区别
设计目标不同 交互性强弱不同 实时系统多是专用系统，分时系统通常是通用 系统。 实时系统大都是特殊的专用系统，外界操作是 严格控制的，因此交互性弱。分时系统一般都 是通用型很强的系统，允许系统和用户之间有 较强的会话能力，交互性强。 实时系统以控制过程中信息处理能接受的延迟 为标准。分时系统以人能接受的等待时间为标 准。
电脑之父 Charles Babbage （1792－1871）
差分机
虽然这台机器不怎么美观，却和现代电脑一样，拥有记忆体、运 算部门、控制中心和输出输入中心这四部分，可谓历史性的创造。不 过这台机器最终还是没能运行起来，当然它也没有操作系统。
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四、操作系统的发展
第一代电子计算机（1946－1955）：人工操作方式
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五、操作系统的分类
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。 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。 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。 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， 必须有一套开发工具和环境支持。
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五、操作系统的分类
应用：几乎包括了生活中的所有电器设备，典型的如手
机、PDA、汽车、微波炉、数码相机、电梯、工业自动 化设备等。 特点 嵌入式系统通常是面向特定应用的。嵌入式CPU与通 用型CPU的最大不同就是前者大多工作在为特定用户 群设计的系统中，具有低功耗、体积小、集成度高的 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小型化，移 动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。 嵌入式系统是将先进技术(计算机技术, 半导体技术, 电子技术)与各个行业的具体应用相结合后的产物。 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。
《操作系统、实验》
第一章 操作系统概述
操作系统课程组
讨论问题
什么是操作系统？ 我们为什么要使用操作系统？
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一、什么是操作系统？
其实现在并无精确定义 不同的观点
用户角度：操作系统是用户使用计算机的界面。提供用
户与计算机硬件之间的接口，一般可以分为三种：命令 方式，系统调用，图形界面。 软件角度：操作系统是程序和数据结构的集合。它是直 接和硬件相邻的第一层软件，是由大量极其复杂的系统 程序和众多的数据结构集成的。
指在并发环境下程序的执行顺序、开始时间和执行时间 是不确定性（不可准确预知）。 特点：在相同的环境下，无论程序执行的顺序如何，何 时开始执行，也无论执行多少时间，只要输入相同，则 结果总是相同的。
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四、操作系统的发展
操作系统的发展和计算机体系结构有着密切联系
第一台机械计算机：差分机
由英国数学家Charles Babbage设计
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五、操作系统的分类
分时系统
“分时”的定义：指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。 典型的分时系统： 早期：CTSS, MULTICS 现代：Windows, UNIX, Linux 同时性 分时系统 独立性
结构：小规模集成电路芯片，性价比有较大提升，典 型的有IBM360系列，它提出了软件兼容的概念，可 在科学计算和商用计算领域通用。
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四、操作系统的发展
IBM360的操作系统OS/360以失败而告终，但是它提 出了两项非常重要的技术：
1）多道程序设计技术。极大的提高了CPU的利用率。 2）Spooling（Simultaneous Peripheral Operation On Line）技术。
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三、现代操作系统的特征
虚拟（virtual）
一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体－－分时或
分空间。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。
实体
Class 1
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Class 2
Class 3
三、现代操作系统的特征
不确定性（uncertainty）
操作系统的不确定性也称为异步性(asynchronism) ，
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四、操作系统的发展
第四代计算机（1980-1990）：个人计算机
结构：大规模集成电路，体积很小，功能强大。 这一时期操作系统技术日趋完善，典型的有： 1）Microsoft：MS-DOS, windows系列 2）UNIX和Linux ……
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五、操作系统的分类
微机操作系统
现为WindRiver公司产品。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，能在定制的或是商业化的硬件上提供高性 能和高可靠性。 源码公开的实时嵌入式操作系统。
pSOS
μC/OS-Ⅱ
Embedded Linux
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源代码公开，具有较好的兼容，目前嵌入式系统市场的 新宠。
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五、操作系统的分类
嵌入式系统一览表
Windows CE 是Microsoft从整体上为有限资源的平台设计的多线程、 完整优先权、多任务的嵌入式操作系统。它的模块化设 计使得它对从掌上电脑到专用的工业控制器都能进行很 好的支持。基本内核200K。 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、Sun Sparc、Motorola MC68xxx等等)。
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一、什么是操作系统？
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，掩盖了绝大部分硬件设备复杂的特性和差异， 使得用户可以免除大量的乏味的杂务，而把精力集中在 自己所要处理的任务上。 ……
教材中的定义 操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、 合理地组织和管理计算机的工作流程以方面用户 使用的程序的集合。
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五、操作系统的分类
批处理系统
单道批处理系统：早期的操作系统类型，作业排好队，
一个一个运行，一次运行一个。如 IBSYS(IBM7409)。 多道批处理系统：内存中可以同时放入多个作业运行， 作业的执行需要调度，有了进程的概念。如UNIX。 远程批处理系统：依靠网络运行，可以远程处理作业， 是分布式系统的基本条件。 优点：系统吞吐量大，资源利用率高。 缺点：无实时交互能力；作业周转时间长(作业必须一次 运行完)。
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二、为什么要使用操作系统？
计算机系统的结构
研究内容 裸机 core 操作系统 应用程序
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二、为什么要使用操作系统？
OS的地位
位于硬件（裸机）之上，所有其他软件之下。它是对硬
件系统功能的首次扩充。
引入操作系统的目标（特性）
方便：提供一个用户与计算机硬件之间的接口，使计算
机更易于操作； 有效：以更有效的方式使用计算机软硬件资源； 改善性能：合理的组织计算机系统的工作流程，以改善 系统性能； 提供扩展能力：支持可扩展的体系结构，可以方便的引 进新的功能，支持可移植性和互操作性。