软件工程-基础课程-操作系统_嵌入式操作系统.docx

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操作系统基础

1操作系统的概念与功能

在计算机科学中，操作系统（OperatingSystem，简称OS）是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序。它是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统的主要功能包括：

进程管理：控制和管理进程的创建、执行、调度和终止，确保多个进程能够高效地共享处理器资源。

存储管理：管理内存资源，包括内存的分配、回收、地址映射和内存保护等。

文件管理：提供文件的创建、删除、读写、打开、关闭等操作，以及文件系统的组织和管理。

设备管理：控制和管理各种硬件设备，如磁盘、打印机、网络设备等，实现设备的驱动和资源的分配。

用户接口：提供用户与操作系统交互的界面，包括命令行界面和图形用户界面。

2操作系统的发展历程

操作系统的发展经历了以下几个阶段：

无操作系统阶段：早期的计算机没有操作系统，程序员直接与硬件交互，编写机器语言程序，效率低下且难以管理。

单道批处理系统：为了解决程序员直接与硬件交互的问题，出现了批处理系统，它能够自动、连续地处理作业，但一次只能处理一个作业。

多道批处理系统：进一步发展，多道批处理系统允许多个作业同时在内存中运行，提高了系统的资源利用率。

分时操作系统：随着用户对交互式操作的需求增加，分时操作系统应运而生，它允许多个用户通过终端同时使用计算机，操作系统将CPU时间分成很短的时间片，轮流分配给各个用户，使得每个用户都感觉像在独占计算机。

实时操作系统：实时操作系统用于需要对事件做出及时响应的场合，如工业控制、军事系统等，它保证在规定的时间内完成任务。

网络操作系统：随着网络技术的发展，网络操作系统能够管理网络资源，提供网络服务，如文件共享、打印服务等。

分布式操作系统：分布式操作系统管理分布在不同地理位置的多个计算机，使得它们能够像一个系统一样协同工作。

嵌入式操作系统：嵌入式操作系统用于嵌入式系统，如手机、汽车、家电等，它通常具有体积小、功耗低、实时性强等特点。

3操作系统的分类

操作系统可以根据不同的标准进行分类，以下是几种常见的分类方式：

按用户接口分类：可以分为命令行操作系统和图形用户界面操作系统。

按任务处理方式分类：可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网络操作系统。

按硬件平台分类：可以分为单机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

按操作系统结构分类：可以分为单体操作系统、微内核操作系统和层次结构操作系统。

按操作系统用途分类：可以分为通用操作系统、嵌入式操作系统和专用操作系统。

3.1示例：进程管理中的进程调度

在进程管理中，进程调度是一个关键的环节，它决定了进程在CPU上的执行顺序。下面是一个简单的进程调度算法——先来先服务调度算法（First-Come,First-Served，简称FCFS）的Python实现示例：

#进程调度算法：先来先服务调度算法（FCFS）

deffcfs(processes):

先来先服务调度算法实现

:paramprocesses:进程列表，每个进程是一个字典，包含进程ID、到达时间、执行时间

:return:进程的执行顺序

#按照到达时间排序进程

processes.sort(key=lambdax:x[arrival_time])

#初始化执行顺序列表

execution_order=[]

#当前时间

current_time=0

#遍历进程列表

forprocessinprocesses:

#如果当前时间小于进程的到达时间，更新当前时间

ifcurrent_timeprocess[arrival_time]:

current_time=process[arrival_time]

#更新当前时间，加上进程的执行时间

current_time+=process[execution_time]

#将进程ID添加到执行顺序列表中

execution_order.append(process[process_id])

returnexecution_order

#进程列表

processes=[

{process_id:1,arrival_time:0,execution_time:3},

{process_id:2,