計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四主要內(nèi)容

操作系統(tǒng)概述作業(yè)管理和用戶接口進(jìn)程和處理機(jī)管理存儲管理設(shè)備管理文件系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第一章操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位

1.2操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展

1.3操作系統(tǒng)的功能

1.4操作系統(tǒng)的類型

1.5操作系統(tǒng)特性及性能指標(biāo)

1.6中斷系統(tǒng)

1.7研究操作系統(tǒng)的幾種觀點(diǎn)

1.8WindowsXP的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.1.2操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位1.1.3操作系統(tǒng)的定義1.1操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分硬件系統(tǒng)：組成計(jì)算機(jī)的各種元件、部件和設(shè)備的總稱；軟件系統(tǒng)：機(jī)器運(yùn)行所需的各種程序及其有關(guān)的文檔資料1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)的各種元件、部件和設(shè)備的總稱；軟件系統(tǒng)機(jī)器運(yùn)行所需的各種程序及其有關(guān)的文檔資料軟硬件系統(tǒng)的關(guān)系只有硬件系統(tǒng)，而沒有配套的軟件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)是裸機(jī)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就無法工作。計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)是建立在硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的，只有將硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，才能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用。

1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

功能上，整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)劃分為四個(gè)層次：機(jī)器層、操作系統(tǒng)層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用戶系統(tǒng)層機(jī)器層操作系統(tǒng)層應(yīng)用層圖1-1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的四個(gè)層次第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

機(jī)器層是指裸機(jī)它對外界面由機(jī)器指令系統(tǒng)組成，機(jī)器指令系統(tǒng)與硬件的組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。操作系統(tǒng)及其外層軟件通過執(zhí)行各種機(jī)器指令訪問和控制各種硬件資源。

計(jì)算機(jī)硬件采用馮·諾依曼的“存貯程序控制”原理由五類部件組成：控制器、運(yùn)算器、存貯器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是以CPU為中心缺點(diǎn)：浪費(fèi)大量的CPU時(shí)間現(xiàn)代系統(tǒng)的硬件都是以主存為中心

優(yōu)點(diǎn)：使CPU與I／O設(shè)備充分并行地工作，提高各種硬件資源的利用率。1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-機(jī)器層第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

操作系統(tǒng)基本的系統(tǒng)軟件，它密切地依賴于計(jì)算機(jī)硬件，直接管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各種硬件資源和軟件資源；其主要部分駐留在主存中，稱為操作系統(tǒng)的核心或內(nèi)核操作系統(tǒng)的對內(nèi)界面：管理和控制各種硬件資源(包括CPU、內(nèi)存和外設(shè))

對外界面是：為用戶提供方便服務(wù)的一組軟件程序集合。1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-操作系統(tǒng)層第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)層是指除操作系統(tǒng)以外的所有系統(tǒng)軟件。主要有：匯編程序編譯程序編輯程序用戶編制源程序或某種文本文件的方便工具。調(diào)試程序系統(tǒng)維護(hù)程序指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要不斷地維護(hù)的有關(guān)程序。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和控制的一組軟件。數(shù)據(jù)通訊程序?yàn)楣芾砗涂刂朴?jì)算機(jī)間進(jìn)行通訊而設(shè)計(jì)的程序。1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-系統(tǒng)層第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四應(yīng)用層是指一些直接為用戶服務(wù)和使用的應(yīng)用程序、用戶程序和服務(wù)程序等，它可由用戶或?qū)ｉT的軟件公司編制。它是為了解決某些具體的、實(shí)際的問題而開發(fā)和研制的各種程序。

1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-應(yīng)用層第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的地位是十分重要的操作系統(tǒng)是最基本的、核心的系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)有效地統(tǒng)管計(jì)算機(jī)的所有資源(包括硬件資源和軟件資源)，合理地組織計(jì)算機(jī)的整個(gè)工作流程，以提高資源的利用率，并為用戶提供強(qiáng)有力的使用功能和靈活方便的使用環(huán)境。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)絕不能缺少操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)越復(fù)雜，操作系統(tǒng)就愈顯得重要。1.1.2操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位

第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

從功能角度，即從操作系統(tǒng)所具有的功能來看操作系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)資源管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對計(jì)算機(jī)的全部硬、軟件資源進(jìn)行分配、控制、調(diào)度和回收。從用戶角度，即從用戶使用來看操作系統(tǒng)是一臺比裸機(jī)功能更強(qiáng)、服務(wù)質(zhì)量更高，用戶使用更方便、更靈活的虛擬機(jī)，即操作系統(tǒng)是用戶和計(jì)算機(jī)之間的界面(或接口)。

從管理者角度，即從機(jī)器管理者控制來看操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)工作流程的自動而高效的組織者，計(jì)算機(jī)硬軟資源合理而協(xié)調(diào)的管理者。利用操作系統(tǒng)，可減少管理者的干預(yù)，從而提高計(jì)算機(jī)的利用率。從軟件角度，即從軟件范圍靜態(tài)地看操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，是由控制和管理系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容構(gòu)成。1.1.3操作系統(tǒng)的定義

第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四綜上所述，我們給出操作系統(tǒng)的定義為：

操作系統(tǒng)是管理和控制計(jì)算機(jī)硬軟資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，方便用戶使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件。1.1.3操作系統(tǒng)的定義

第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.2.1推動操作系統(tǒng)發(fā)展的動力1.2.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1.2操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的形成迄今已有50多年的時(shí)間。不斷提高資源利用率的需要方便用戶操作硬件的不斷更新?lián)Q代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展1.2.1推動操作系統(tǒng)發(fā)展的動力

第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四手工操作階段監(jiān)控程序時(shí)期多道程序與操作系統(tǒng)成熟時(shí)期軟件工程與操作系統(tǒng)發(fā)展時(shí)期1.2.2操作系統(tǒng)的發(fā)展第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四手工操作階段計(jì)算機(jī)有如下特點(diǎn)：程序設(shè)計(jì)全部采用機(jī)器語言，無操作系統(tǒng)在一個(gè)程序員上機(jī)時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)全部資源被其使用，為獨(dú)占資源方式作業(yè)之間采用串行方式運(yùn)行整個(gè)運(yùn)行過程需要人工干預(yù)手工操作本身是直接影響作業(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)間的主要因素1.2.2操作系統(tǒng)的發(fā)展-手工操作階段第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四監(jiān)控程序常駐內(nèi)存，它的主要功能為：自動控制和處理作業(yè)流，提供裝配程序和—組I/O驅(qū)動程序，提供簡單的文件管理功能。1.2.2操作系統(tǒng)的發(fā)展-監(jiān)控程序時(shí)期開機(jī)把監(jiān)控程序裝入內(nèi)存運(yùn)行讀入編程輸入到紙帶或卡片操作員按作業(yè)性質(zhì)分批程序員取結(jié)果成功？運(yùn)行卸帶關(guān)機(jī)結(jié)束否是圖1-2單道批處理系統(tǒng)的操作過程第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四多道程序是在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放多個(gè)程序，這幾個(gè)程序都處于已開始運(yùn)行狀態(tài)。在單處理器系統(tǒng)中，宏觀上多道程序是同時(shí)運(yùn)行的，但微觀上多道程序是串行的，必須輪流交替使用處理器。多道程序設(shè)計(jì)是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存，并啟動進(jìn)行交替運(yùn)行的方法。多道程序系統(tǒng)的特點(diǎn)是并行性和共享性。

1.2.2操作系統(tǒng)的發(fā)展-多道程序與操作系統(tǒng)成熟時(shí)期

第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，計(jì)算機(jī)應(yīng)用逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、分布式和智能化的力向發(fā)展。與此同時(shí)，操作系統(tǒng)也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。各種網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)逐步形成并發(fā)展起來，功能也是日新月異。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展及多媒體、Internet與Web訪問、集群計(jì)算等新的應(yīng)用需求的不斷提出，在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，也改變了傳統(tǒng)的主要考慮如何提高機(jī)器利用率的設(shè)計(jì)模式?，F(xiàn)在操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已越來越重視人的因素，特別是考慮了人的工作效率、人-機(jī)通信技術(shù)等問題。1.2.2操作系統(tǒng)的發(fā)展-軟件工程與操作系統(tǒng)發(fā)展時(shí)期

第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.3.1處理機(jī)管理1.3.2存貯管理1.3.3設(shè)備管理1.3.4文件管理1.3.5作業(yè)管理1.3操作系統(tǒng)的功能第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

處理機(jī)管理的主要任務(wù)：組織和協(xié)調(diào)用戶對處理機(jī)的爭奪使用，管理和控制用戶任務(wù)，以最大限度提高處理機(jī)的利用率。處理機(jī)管理就是提出調(diào)度策略和給出調(diào)度算法，使每個(gè)用戶都能滿意，同時(shí)又能充分地利用CPU。1.3.1處理機(jī)管理

第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

存貯管理是用戶與內(nèi)存的接口。主要任務(wù)是對內(nèi)存管理，即內(nèi)存空間的分配和回收，也包括內(nèi)存與外存交換信息的管理，配合硬件做地址轉(zhuǎn)換和存貯保護(hù)的工作，進(jìn)行存貯空間的擴(kuò)充等。當(dāng)多個(gè)用戶程序共用一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，它們往往要共用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲器，如何把各個(gè)用戶的程序和數(shù)據(jù)隔離而互不干擾，又能共享一些程序和數(shù)據(jù)，這就需要進(jìn)行存貯空間分配和存貯保護(hù)。1.3.2存儲管理

第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四設(shè)備管理是用戶與外設(shè)的接口。主要任務(wù)是管理各類外部設(shè)備包括分配、啟動和故障處理等，合理地控制I／O的操作過程，實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備，最大程度地實(shí)現(xiàn)CPU與設(shè)備，設(shè)備與設(shè)備之間的并行工作。操作系統(tǒng)的設(shè)備管理是為用戶方便使用各種設(shè)備提供接口，用戶只需通過一定的命令來使用某個(gè)設(shè)備，并在多道程序環(huán)境下提高設(shè)備的利用率。1.3.3設(shè)備管理

第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

文件管理也稱信息管理主要任務(wù)是負(fù)責(zé)文件的存取和管理，以方便用戶使用，并提供保證文件安全性的措施。文件管理是用戶與外存的接口對于任何文件，都要方便用戶使用，便于存取，而且還要保證文件的安全，還要有利于提高系統(tǒng)的效率和資源的利用率等。1.3.4文件管理

第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

作業(yè)管理是用戶與操作系統(tǒng)的接口。它負(fù)責(zé)對作業(yè)的執(zhí)行情況進(jìn)行系統(tǒng)管理，包括作業(yè)的組織，作業(yè)的輸入輸出，作業(yè)調(diào)度和作業(yè)控制等。在操作系統(tǒng)中，把用戶在一次算題過程中要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所做的一系列工作的集合稱為作業(yè)。作業(yè)管理中提供一個(gè)作業(yè)控制語言供用戶書寫作業(yè)說明書，同時(shí)還為操作員和終端用戶提供與系統(tǒng)對話的命令語言，并根據(jù)不同系統(tǒng)要求，制定各種相應(yīng)的作業(yè)調(diào)度策略，使用戶能夠方便地運(yùn)行自己的作業(yè)，以便提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。1.3.5作業(yè)管理

第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.4.1多道批處理系統(tǒng)1.4.2分時(shí)系統(tǒng)1.4.3實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.4.4嵌入式操作系統(tǒng)1.4操作系統(tǒng)的類型第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四多道批處理系統(tǒng)是多道程序系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)的結(jié)合。

批處理系統(tǒng)成批處理一些程序的系統(tǒng)

批處理分為聯(lián)機(jī)批處理和脫機(jī)批處理兩種聯(lián)機(jī)批處理在聯(lián)機(jī)批處理中，編制了一個(gè)常駐內(nèi)存的監(jiān)督程序，用來控制用戶作業(yè)的運(yùn)行。其處理過程為：用戶將所需解決的問題組成作業(yè)，交給操作員，操作員有選擇地把若干作業(yè)合成一批，并把一批作業(yè)裝到輸入設(shè)備上，然后由監(jiān)督程序控制送到外存，再從外存中將一個(gè)一個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行，直到全部作業(yè)處理完畢。1.4.1多道批處理系統(tǒng)第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四脫機(jī)批處理脫機(jī)批處理系統(tǒng)由主機(jī)和衛(wèi)星機(jī)組成衛(wèi)星機(jī)不與主機(jī)直接連接，只與外部設(shè)備打交道。作業(yè)通過衛(wèi)星機(jī)輸入到磁帶上，當(dāng)主機(jī)需要輸入作業(yè)時(shí)，就把輸入帶從衛(wèi)星機(jī)的磁帶機(jī)上取下，并裝入到主機(jī)的磁帶機(jī)上。由于這種脫機(jī)的批處理方式擺脫了不同用戶作業(yè)之間的大量手工操作，并使主機(jī)與慢速的I／O設(shè)備并行工作，從而提高了主機(jī)的效率。1.4.1多道批處理系統(tǒng)第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.4.1多道批處理系統(tǒng)讀卡機(jī)打印機(jī)衛(wèi)星機(jī)輸入帶輸入帶輸出帶輸出帶主機(jī)圖1-2(b)脫機(jī)批處理輸入機(jī)主機(jī)輸出機(jī)

帶帶圖1-2（a)聯(lián)機(jī)批處理第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四在批處理系統(tǒng)中，作業(yè)運(yùn)行總是要占用一段時(shí)間的CPU，然后作一段時(shí)間的I／O，再占用CPU，再I／O等，這樣交替地進(jìn)行。這種按序單道處理作業(yè)(即串行)的方法，系統(tǒng)效率得不到充分提高。一般會出現(xiàn)以下兩種情況：以計(jì)算為主的作業(yè)(I／O量少)會使外圍設(shè)備出現(xiàn)空閑；以I／O為主的作業(yè)(計(jì)算量少)又會造成CPU的空載。多道程序系統(tǒng)的引入就解決了以上的問題1.4.1多道批處理系統(tǒng)第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四多道程序系統(tǒng)的主要特征：多道性即計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序；宏觀上并行同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過程中，即它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢；微觀上串行內(nèi)存中的多道程序輪流地或分時(shí)地占有CPU，交替執(zhí)行。1.4.1多道批處理系統(tǒng)第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四多道批處理系統(tǒng)有兩個(gè)含義多道指在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放多個(gè)作業(yè)，它們在操作系統(tǒng)的控制下并發(fā)執(zhí)行，而且在外存中還存放有大量的作業(yè)，并組成一個(gè)后備作業(yè)隊(duì)列，系統(tǒng)按一定的調(diào)度原則每次從后備作業(yè)隊(duì)列中選取一個(gè)或多個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行，作業(yè)運(yùn)行結(jié)束并退出，整個(gè)過程均由系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)，從而在系統(tǒng)中形成了一個(gè)自動轉(zhuǎn)接的連續(xù)的作業(yè)流。批處理指系統(tǒng)向用戶提供一種脫機(jī)操作方式，即用戶與作業(yè)之間沒有交互作用，作業(yè)一旦進(jìn)入系統(tǒng)，用戶就不能直接干預(yù)或控制作業(yè)的運(yùn)行。1.4.1多道批處理系統(tǒng)第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

在多道批處理系統(tǒng)中，機(jī)器的利用率很高因?yàn)樽鳂I(yè)的輸入，作業(yè)調(diào)度等完全由系統(tǒng)控制，并允許幾道程序同時(shí)投入運(yùn)行，只要合理搭配作業(yè)，譬如把計(jì)算大的作業(yè)和輸入輸出量的作業(yè)合理搭配，就可以充分利用系統(tǒng)的資源。多道批處理系統(tǒng)不提供交互作用的工作方式這給用戶帶來了很大的不便，人們希望系統(tǒng)提供一種聯(lián)機(jī)操作方式。這不僅能夠縮短程序的開發(fā)周期，而且能夠充分發(fā)揮程序設(shè)計(jì)人員的主觀能動性。這就促使了分時(shí)系統(tǒng)的出現(xiàn)及發(fā)展。1.4.1多道批處理系統(tǒng)第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.4.1多道批處理系統(tǒng)第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四分時(shí)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：協(xié)調(diào)性就整個(gè)系統(tǒng)而言，要協(xié)調(diào)多個(gè)終端用戶同時(shí)與計(jì)算機(jī)交互，并完成他們所請求的工作。獨(dú)占性對用戶而言，各個(gè)終端用戶彼此之間都感覺不到別人也在使用這臺計(jì)算機(jī)，好像只有自己獨(dú)占計(jì)算機(jī)一樣。交互性對系統(tǒng)和用戶而言，人與計(jì)算機(jī)是以對話方式工作的。共享性對資源而言，宏觀上各終端用戶共享計(jì)算機(jī)的各種資源(尤其是CPU)，從微觀上看用戶在分時(shí)(按時(shí)間片)使用許多資源。1.4.2分時(shí)系統(tǒng)第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四分時(shí)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：自然操作方式該系統(tǒng)使用戶能在較短的時(shí)間內(nèi)采用交互會話工作方式，及時(shí)輸入、調(diào)度、修改和運(yùn)行自己程序，因而加快了解題周期。擴(kuò)大了應(yīng)用范圍無論是本地用戶，還是遠(yuǎn)地用戶，只要與計(jì)算機(jī)連上一臺終端設(shè)備，就可以隨時(shí)隨地使用計(jì)算機(jī)。便于共享和交換信息遠(yuǎn)近終端用戶均可通過系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)彼此交流信息和共享各種文件。經(jīng)濟(jì)實(shí)惠用戶只須有系統(tǒng)配備的終端，即可完成各種處理任務(wù)，可共享大型的具有豐富資源的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.4.2分時(shí)系統(tǒng)第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)時(shí)系統(tǒng)主要具有如下特點(diǎn)：對外部進(jìn)入系統(tǒng)的信號或信息應(yīng)能做到實(shí)時(shí)響應(yīng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)較一般的通用系統(tǒng)有規(guī)律，許多操作具有一定的可預(yù)計(jì)性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的終端一般作為執(zhí)行和詢問使用，不具有分時(shí)系統(tǒng)那樣有較強(qiáng)的會話能力。實(shí)時(shí)系統(tǒng)對可靠性和安全性要求較高，常采用雙工工作方式。1.4.3實(shí)時(shí)系統(tǒng)第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是用于實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理的專用操作系統(tǒng)。1.實(shí)時(shí)過程控制：當(dāng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過程的控制形成以計(jì)算機(jī)為中心的控制系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)要求能實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，從而自動地控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使某些參數(shù)能按預(yù)定的規(guī)律變化，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和提高產(chǎn)量。

2.

實(shí)時(shí)信息處理：通常，我們把要求對信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。1.4.3實(shí)時(shí)系統(tǒng)第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的主要差別表現(xiàn)在：交互能力分時(shí)系統(tǒng)：交互能力較強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)：大都是具有特殊用途的專用系統(tǒng)，其交互能力受到一定的限制。響應(yīng)時(shí)間分時(shí)系統(tǒng)：一般都是以人能接受的時(shí)間來確定的，其響應(yīng)時(shí)間一般在秒數(shù)量級；實(shí)時(shí)系統(tǒng)：要求視應(yīng)用場合而定，主要以控制對象或信息處理過程所能接受的延遲而定，可能是秒級，也可能是毫秒級甚至微秒級。1.4.3實(shí)時(shí)系統(tǒng)第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的三種基本類型。但一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)往往兼有它們?nèi)呋蚱渲袃烧叩墓δ埽@就出現(xiàn)了通用操作系統(tǒng)，使之具有更強(qiáng)的處理能力和廣泛的適用性。批處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)相結(jié)合，當(dāng)系統(tǒng)有分時(shí)用戶時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)地對他們的要求給出響應(yīng)，而當(dāng)系統(tǒng)暫時(shí)沒有分時(shí)用戶或分時(shí)用戶較少時(shí)，系統(tǒng)處理不太緊急的批處理作業(yè)，以便提高系統(tǒng)資源的利用率。批處理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)相結(jié)合，有實(shí)時(shí)請求則及時(shí)進(jìn)行處理，無實(shí)時(shí)請求時(shí)則進(jìn)行批處理。1.4.3實(shí)時(shí)系統(tǒng)第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOperatingSystem，EOS）EOS負(fù)責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制和協(xié)調(diào)并發(fā)活動，它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。1.4.4嵌入式操作系統(tǒng)第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四特點(diǎn)：可裝卸性強(qiáng)實(shí)時(shí)性統(tǒng)一的接口操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其它協(xié)議強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性固化代碼更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性1.4.4嵌入式操作系統(tǒng)第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.5.1操作系統(tǒng)的特性1.5.2操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.5操作系統(tǒng)的特性及性能指標(biāo)第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

由于多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)，使CPU與I／O設(shè)備以及其它資源得到充分利用，但也由此帶來不少新的復(fù)雜問題。在討論操作系統(tǒng)的特性時(shí)，往往討論支持多道程序的操作系統(tǒng)所具有的一些特性。并發(fā)性共享性不確定性1.5.1操作系統(tǒng)的特性第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)是對系統(tǒng)性能和特征的描述，它與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能有著密切的聯(lián)系。主要的性能指標(biāo)：系統(tǒng)的RSARSA是指系統(tǒng)的可靠性、可維修性和可用性三者的總稱?？煽啃?R)：指系統(tǒng)能正常工作的時(shí)間的平均值可維修性(S)：通常用平均故障修復(fù)時(shí)間MTRF來度量，它指從故障發(fā)生到故障修復(fù)所需要的平均時(shí)間?？捎眯?A)：指系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)的任意時(shí)刻能正常工作的概率。1.5.2操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)

第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)吞吐率指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所處理的信息量。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間指從給定系統(tǒng)輸入到開始輸出這一段時(shí)間間隔。系統(tǒng)資源利用率在給定的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)的某一資源的實(shí)際使用時(shí)間所占的比例?？删S護(hù)性主要有兩層含義：一是指在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不斷排除系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遺留下來的錯(cuò)誤；二是對系統(tǒng)的功能做某些修改或擴(kuò)充，以適應(yīng)新的環(huán)境或新的要求。可移植性可移植性是指把一個(gè)操作系統(tǒng)從一個(gè)硬件環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)硬件環(huán)境所需要的工作量。1.5.2操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)

第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.6.1什么叫中斷1.6.2中斷裝置1.6.3管態(tài)和目態(tài)1.6.4中斷分類1.6.5中斷屏蔽1.6.6中斷優(yōu)先級1.6.7中斷處理1.6中斷系統(tǒng)第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

中斷是指當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生某一事件后，CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行該事件的處理程序，待該事件處理完后再回到暫停的程序處繼續(xù)執(zhí)行。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，引入中斷主要有下列原因：中斷的首先引入是為了解決慢速的I／O設(shè)備與快速的CPU之間的矛盾。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過中斷進(jìn)行驅(qū)動。

中斷系統(tǒng)具有兩個(gè)主要的作用：一是能充分發(fā)揮處理機(jī)的使用效率；二是提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理能力。1.6.1什么叫中斷第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

由于中斷是隨機(jī)事件，為了寄存、檢測中斷，便于中斷處理，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所設(shè)置的裝置，稱為中斷裝置。中斷寄存器為了區(qū)分和不丟失每個(gè)中斷信號，通常對應(yīng)每個(gè)中斷源都分別用一個(gè)固定的觸發(fā)器來寄存中斷信號。并常規(guī)定其值為1時(shí)，表示該觸發(fā)器有中斷信號；其值為0時(shí)，表示無中斷信號。這些寄存中斷信號觸發(fā)器的全體稱為中斷寄存器。中斷掃描機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)通常在每條機(jī)器指令執(zhí)行周期內(nèi)的最后時(shí)刻掃描中斷寄存器，查看是否有中斷信號到來。若無中斷信號，CPU繼續(xù)執(zhí)行程序的后繼指令；若有中斷信號，則停止CPU的后繼指令執(zhí)行，無條件轉(zhuǎn)去執(zhí)行操作系統(tǒng)內(nèi)的中斷處理程序。1.6.2中斷裝置第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU執(zhí)行著兩類性質(zhì)不同的程序。一類是用戶程序或系統(tǒng)外層的應(yīng)用程序另一類是操作系統(tǒng)程序。后一類程序是對前一類程序的管理和控制者。在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)標(biāo)志觸發(fā)器，取值1或0，用于標(biāo)志正在運(yùn)行的屬于哪一類程序。若規(guī)定標(biāo)志觸發(fā)器取值為1表示處于系統(tǒng)程序運(yùn)行狀態(tài)，則稱為管態(tài)，或稱為系統(tǒng)態(tài)；若標(biāo)志觸發(fā)器取值為0表示處于用戶程序運(yùn)行狀態(tài)，則稱為目態(tài)，或稱用戶態(tài)。在管態(tài)下運(yùn)行的程序稱為管理程序在目態(tài)下運(yùn)行的程序稱為目的程序1.6.3管態(tài)和目態(tài)第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四在實(shí)際系統(tǒng)中，為了處理上的方便，通常用不同的分類方法把系統(tǒng)內(nèi)的所有中斷信號分成若干類。根據(jù)中斷信號的含義和功能，把中斷分為：機(jī)器故障中斷程序中斷外部中斷輸入輸出中斷訪管中斷1.6.4中斷分類第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四對于以上的中斷，也有的將其分為兩類，前四種稱為強(qiáng)迫性中斷，第五種中斷稱為自愿性中斷。根據(jù)中斷信號的來源，把中斷一般分為兩類：外中斷，指來自CPU以外事件的中斷。內(nèi)中斷，指來自CPU內(nèi)部事件的中斷。1.6.4中斷分類第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四中斷屏蔽指使某些中斷暫時(shí)不起作用的措施中斷屏蔽與禁止中斷不同前者表明硬件已接受了中斷請求只是暫時(shí)不響應(yīng)，等中斷屏蔽撤消時(shí)，再響應(yīng)該中斷，并作適當(dāng)?shù)奶幚?。后者是連中斷請求也不讓提出，當(dāng)然更談不上響應(yīng)與處理了。中斷屏蔽和禁止中斷都是由程序安排的指令然后通過硬件中斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。1.6.5中