ch1操作系统教程概论1.2-1.5.ppt

操作系统的分类 批处理系统 分时操作系统 实时操作系统 微机操作系统 并行操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 嵌入式操作系统 7.嵌入式操作系统 嵌入式(计算机)系统硬件不是以物理上独立的装置或设备形式出现，而是大部分甚至全部都隐藏和嵌入到各种应用系统中。在嵌入式(计算机)系统硬件中需要相应的软件支持，这类软件称为嵌入式软件。 嵌入式操作系统指运行在嵌入式(计算机)环境中，对整个系统及所有操作的各种部件、装置等资源进行统一协调、处理、指挥和控制的系统软件。嵌入式操作系统是嵌入式软件的基本支撑，是现代操作系统的一个类别。 嵌入式操作系统具有通常操作系统的功能，包括：与硬件相关的底层软件、操作系统核心功能（文件系统、存储管理、设备管理、进程管理、处理器管理和中断处理）、功能强大的还提供图形界面、通信协议、小型浏览器等设施。 主要内容： 操作系统的构件和结构 操作系统的运行模型 Windows 2003客户/服务器结构 1.4 操作系统结构和运行模式 操作系统的结构设计概述(1) 1.操作系统结构设计概况 操作系统设计呈现出以下特征： 一是复杂程度高，二是生成周期长，三是正确性难保证 。 例如： CTSS约有32000行程序； IBM OS/360超过百万条机器指令，共有4000个模块组成，花费5000人年； Multics 达到千万条机器指令； Windows 2000 超过3200万行语句，有2500个主要开发人员参与开发。 Linux 4500 C语言和汇编文件，270个子目录，200万行组成 操作系统的结构设计概述(2) 一个操作系统即使开发完成，仍然是无生命的，必须开发该系统下运行的大量的应用程序；待应用程序开发问世后，用户还必须通过文件、培训及实践去学会操作和使用。 这意味着用户拥有并使用的是10年或20年前的操作系统技术。而计算机硬件却在不断地更新换代，刚刚开发完成的操作系统又需要升级。 要求： 正确、高效、可扩充、可移植、可伸缩、分布计算、认证安全、POSIX标准 操作系统的结构设计概述(3) 2.操作系统结构设计有三层含义 一是研究操作系统的整体结构 如功能如何分块 相互之间如何交互 构造过程和方法 二是研究操作系统程序的局部结构 数据结构 控制结构 三是操作系统运行时的组织 如系统是组织成进程还是线程 在系统空间还是用户空间运行 采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统 一、操作系统的构件(1) 操作系统的构件-----通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。 操作系统的构件主要有：内核、进程、线程、类程、管程等。 1.内核 (1)概念 内核不是进程，而是提供支持系统运行的基本功能的一组程序模块，内核运行于核心态，具有访问硬件设备和主存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序。 一、操作系统的构件(2) (2)分类 可分为微内核和单内核。 单内核：内核具有较多功能，运行时是一个大的二进制映像，模块间的联系通过函数或过程调用实现。——整体式结构、层次式结构 UNIX、Linux是单内核操作系统。 微内核：内核很小，仅具有极少的必须功能，其它功能都在核外实现。通过微内核提供的消息传递机制完成其余功能模块间的联系。内核和核外服务程序的开发是分离的。——微内核结构OS Windows、Mach是微内核操作系统。 一、操作系统的构件(3) (3)内核的功能 内核提供以下三方面功能： 1）资源抽象 用软件抽象硬件资源，屏蔽低层的物理细节，简化操作。 2）资源分配 把所抽象的各种资源分配给进程，并负责回收。 3）资源共享 根据资源的类型和特性，提供不同的机制以确保进程获得所需资源，允许进程共享资源并提供资源共享的同步和互斥机制 Linux内核由六个部分组成：进程调度与管理、主存管理与虚存管理、设备管理、网络接口和通信。 一、操作系统的构件(4) (4)内核执行的属性 内核的执行有以下属性： 1）内核是由中断驱动的。只有当发生中断事件后由硬件交换程序状态字才引出操作系统的内核进行中断处理，且在处理完中断事件后内核自行退出。 2）内核的执行是连续的（不可抢占）。在内核执行的进程（或模块）不能被抢占，除非自愿放弃CPU。保证了内核数据结构的一致性 3）内核在屏蔽中断状态下执行。在处理某个中断时，为避免中断的嵌套可能引起的错误，必须屏蔽该级中断。中断屏蔽时间尽量短 4）内核可以使用特权指令。现代计算机都提供常态和特态等多种机器工作状态，有一类指令称为特权指令，只允许在特态下使用，规定这类指令只允许内核使用，可防止系统出现混乱。 一、操作系统