嵌入式软件工程师-嵌入式系统开发-内核编程_操作系统内核结构与设计原理.docx

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操作系统内核概览

1操作系统的定义与功能

1.1定义

操作系统（OperatingSystem,OS）是计算机系统的核心软件，它管理计算机硬件与软件资源，为其他应用程序提供基础服务。操作系统是用户与硬件之间的桥梁，通过它，用户可以高效、安全地使用计算机资源。

1.2功能

进程管理：控制程序的执行，包括进程的创建、调度、同步和通信。

内存管理：管理计算机的主存储器，包括内存的分配、回收和保护。

文件系统管理：提供文件的存储、检索和更新机制，包括目录管理、文件访问控制和文件系统结构。

设备管理：控制外部设备的使用，包括设备的驱动、分配和控制。

网络管理：处理网络通信，包括网络协议的实现和网络资源的管理。

2内核的演化与分类

2.1演化

操作系统内核的演化经历了以下几个阶段：1.单体式内核：所有操作系统服务都在内核空间运行，如早期的Unix系统。2.微内核：只在内核空间运行最基本的服务，其他服务在用户空间运行，如Mach内核。3.模块化内核：内核可以动态加载和卸载模块，如Linux内核。4.混合内核：结合了单体式内核和微内核的优点，如WindowsNT内核。

2.2分类

操作系统内核主要可以分为以下几类：1.单体式内核：所有系统服务都在内核中实现，效率高但灵活性差。2.微内核：核心服务在内核中，其他服务在用户空间，灵活性高但效率较低。3.模块化内核：允许动态加载和卸载内核模块，既保持了效率又提高了灵活性。4.实时内核：专门设计用于实时系统，保证在限定时间内响应外部事件。

2.3示例：进程调度算法

进程调度是操作系统内核的重要功能之一，下面以简单的轮转调度算法（RoundRobin,RR）为例，展示其原理和实现。

#includestdio.h

#includestdlib.h

//定义进程结构

typedefstruct{

intid;

intburst_time;

intremaining_time;

}Process;

//轮转调度算法实现

voidround_robin(Process*processes,intn,intquantum){

inti,time=0;

Process*p;

//创建一个队列，用于存储就绪进程

Process*queue=(Process*)malloc(n*sizeof(Process));

if(queue==NULL){

printf(Memoryallocationfailed\n);

exit(1);

}

//初始化队列

for(i=0;in;i++){

queue[i]=processes[i];

queue[i].remaining_time=queue[i].burst_time;

}

//调度进程

while(1){

intdone=1;

for(i=0;in;i++){

p=queue[i];

if(p-remaining_time0){

done=0;

if(p-remaining_timequantum){

time+=quantum;

p-remaining_time-=quantum;

}else{

time+=p-remaining_time;

p-remaining_time=0;

printf(Process%dcompletedattime%d\n,p-id,time);

}

}

}

if(done)break;

}

free(queue);

}

//主函数

intmain(){

Processprocesses[]={

{1,24},

{2,3},

{3,