【正文】 Bed Embedded Operating System En Em ded 嵌入式操作系統(tǒng) Embedded Operating System 兩個(gè)問題 ? 全球最大的軟件公司 ? Microsoft（微軟） ? 最重要的軟件產(chǎn)品（立家之本） ? 操作系統(tǒng)（ Windows） ? 全球第二大的軟件公司 ? Oracle（甲骨文） ? 最重要的軟件產(chǎn)品（立家之本） ? 數(shù)據(jù)庫(kù)（ Oracle） 課程形式 課堂教學(xué)、習(xí)題課 課后作業(yè) 上機(jī)實(shí)驗(yàn) 第一章 操作系統(tǒng)基礎(chǔ) 關(guān)于操作系統(tǒng) ?加深對(duì)使用的操作系統(tǒng)的理解，有利于深入編程；用戶為了開發(fā)應(yīng)用程序必須與操作系統(tǒng)打交道 ?編程時(shí)借鑒操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和算法 （比如插件開發(fā)、微內(nèi)核） ?操作系統(tǒng)中所用的許多概念和技巧可以推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域 ?存在人們意識(shí)不到的大量 “ 操作系統(tǒng) ” （如 :嵌入式系統(tǒng)－ 家電、手機(jī) ） ?設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)或者修改現(xiàn)有的系統(tǒng) ?選擇購(gòu)買操作系統(tǒng)：因?yàn)槲覀儾⒉豢偸褂?Windows 2022/XP 操作系統(tǒng) 涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)很多領(lǐng)域 ? 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) /硬件 ? 軟件設(shè)計(jì) ? 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 ? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 算法 ? 網(wǎng)絡(luò) 學(xué)習(xí)核心技術(shù)并能在其他地方應(yīng)用 操作系統(tǒng)是目前最復(fù)雜的軟件系統(tǒng)之一 ? 抽象 操作系統(tǒng)具有一種魔力（ magic） 提供了無(wú)限的 CPUs 無(wú)限的內(nèi)存 單一全球計(jì)算能力 等等 ? 思維方式的學(xué)習(xí) 課程的地位及特點(diǎn) ? 課程的特點(diǎn) 實(shí)踐性強(qiáng)（從實(shí)踐總結(jié)出原理） 涉及面廣（并行程序，性能問題，結(jié)構(gòu)問題，程序方法論，軟件工程等等） 錯(cuò)綜復(fù)雜：縱橫交錯(cuò) 如何學(xué)好本課程 ? 理論學(xué)習(xí) ? 實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí) ? 源代碼分析、參與（ Linux） ? 培養(yǎng)分析問題、解決問題的基本能力 重點(diǎn)參考書 ? 任哲等， 《 嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ) 》 ，北京航空航天大學(xué)出版社 本課程課件 參考書 1. 操作系統(tǒng)基礎(chǔ) 屠立德 屠祁 清華大學(xué)出版社 2. 現(xiàn)代操作系統(tǒng) 陳向群等譯 機(jī)械工業(yè)出版社 3. 操作系統(tǒng) 吳企淵 梁燕 清華大學(xué)出版社 4. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 徐甲同等 西安電科大出版社 5. 操作系統(tǒng)教程 孟慶昌 西安電科大出版社 6. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程 張堯?qū)W 史美林 清華大學(xué)出版社 7. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程 周長(zhǎng)林 左萬(wàn)歷 高等教育出版社 8. Windows 操作系統(tǒng)原理 尤晉元、史美林 機(jī)械工業(yè)出版社 9. Operating Systems Principles Lubomir Bic 清華大學(xué)出版社 第一節(jié) 操作系統(tǒng)的概念 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的地位 計(jì)算機(jī)硬件 操作系統(tǒng) 實(shí)用程序 應(yīng)用程序 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者 程序員 終端用戶 操作系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)軟件，它管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件和硬件資源，在計(jì)算機(jī)硬件和用戶之間起到一個(gè)接口作用。 操作系統(tǒng)的定義 定義： 用以控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源、合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程以及方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序的集合 。 ? 這個(gè)定義具有以下三個(gè)方面的含義： ? 操作系統(tǒng)統(tǒng)一控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所擁有的硬件和軟件資源，使之可以得到更加有效合理的利用。 ? 操作系統(tǒng)能合理地組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作流程，增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力。 ? 操作系統(tǒng)提供了用戶與裸機(jī)之間的接口，使用戶更方便地使用計(jì)算機(jī)。 兩個(gè)簡(jiǎn)單有趣的定義 ? 購(gòu)買 “ 操作系統(tǒng) ” 時(shí)，零售商所裝的所有東西。 ? 一直運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的程序 二、操作系統(tǒng)的特征 并發(fā)性 共享性 異步性 /隨機(jī)性 虛擬性 二、操作系統(tǒng)的特征 并發(fā)性 并發(fā)性是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)存在有多個(gè)程序，從宏觀上看，這些程序是同時(shí)向前推進(jìn)的。 單 CPU環(huán)境下，并發(fā)程序是在 CPU上交替運(yùn)行的。用戶程序與用戶程序；用戶程序和操作系統(tǒng)程序之間并發(fā)執(zhí)行。 在多處理器環(huán)境下，多個(gè)程序的并發(fā)特征，就不僅在宏觀上是并發(fā)的，而且在微觀（即在處理機(jī)一級(jí)）上也是并發(fā)的。 但是，不論是什么計(jì)算環(huán)境，我們所指的并發(fā)都是在一個(gè)操作系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下的并發(fā)。 共享性 是指操作系統(tǒng)程序與多個(gè)用戶程序共享系統(tǒng)中的各種資源。 ? 并發(fā) 和 共享 是操作系統(tǒng)兩個(gè)最基本的特性，它們互為依存。 ? 資源的共享是由于程序的并發(fā)執(zhí)行而引起的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然就不存在資源共享問題。 ? 若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理，必然會(huì)影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至程序無(wú)法并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)也就失去了并發(fā)性，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)效率地下。 隨機(jī)性 /異步性 操作系統(tǒng)的運(yùn)行是在一個(gè)隨機(jī)的環(huán)境中運(yùn)行的，即用戶不能對(duì)所運(yùn)行的程序的行為以及硬件設(shè)備的情況做任何的假定。我們無(wú)法知道一個(gè)運(yùn)行著的程序會(huì)在什么時(shí)候做什么事情，也無(wú)法知道一個(gè)設(shè)備什么時(shí)候向處理器發(fā)出中斷請(qǐng)求，因此我們也無(wú)法知道操作系統(tǒng)正處于什么樣的狀態(tài)之中。 ? 它是把物理上的一個(gè)實(shí)體變成邏輯上的多個(gè)對(duì)應(yīng)物，或者把物理上的多個(gè)實(shí)體變成邏輯上的一個(gè)對(duì)應(yīng)物的技術(shù)。 ? 多道程序設(shè)計(jì)中的 CPU ? Spooling技術(shù) ? 窗口技術(shù) ? 時(shí)分 /頻分多路－物理信道 ? 虛擬存儲(chǔ)器 虛擬性 計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu) 中央處理器 外存儲(chǔ)器 內(nèi)存儲(chǔ)器 輸出設(shè)備 系統(tǒng)總線 輸入設(shè)備 適配器 適配器 適配器 I/O端口 I/O端口 外存儲(chǔ)器接口 控制器 運(yùn)算器 存儲(chǔ)器 三、操作系統(tǒng)的功能 從功能即資源管理的觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)的主要任務(wù)就是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源。 操作系統(tǒng)的功能和目標(biāo) ? 處理機(jī)管理（進(jìn)程管理） ? 存儲(chǔ)器管理（內(nèi)存管理） ? 設(shè)備管理 ? 文件管理 ? 作業(yè)管理 操作系統(tǒng)的功能和目標(biāo) 一、處理機(jī)管理（進(jìn)程管理） 進(jìn)程管理主要是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行管理。 CPU是計(jì)算機(jī)中最寶貴的硬件資源。為了提高 CPU的利用率，操作系統(tǒng)采用了多道程序技術(shù)。當(dāng)一個(gè)程序因等待某一條件而不能運(yùn)行下去時(shí)，就把處理機(jī)占用權(quán)轉(zhuǎn)交給另外一個(gè)可運(yùn)行程序?；蛘?，當(dāng)出現(xiàn)了一個(gè)比當(dāng)前運(yùn)行的程序更重要的可運(yùn)行程序時(shí)，后者應(yīng)能搶占 CPU。 為了描述多道程序的并發(fā)執(zhí)行，就引入了進(jìn)程的概念。通過進(jìn)程管理協(xié)調(diào)多道程序之間的關(guān)系，解決處理機(jī)實(shí)施分配策略，使 CPU資源得到最充分的利用。 正是由于操作系統(tǒng)對(duì)處理機(jī)管理策略的不同，從而呈現(xiàn)在用戶面前的就是具有不同性質(zhì)的操作系統(tǒng)，例如批處理方式、分時(shí)處理方式和實(shí)時(shí)處理方式等。 二、內(nèi)存管理 ? 內(nèi)存 ? 內(nèi)存是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作的中心，內(nèi)存是可以被 CPU和 I/O設(shè)備所共同訪問的數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)。 ? 一個(gè)程序要執(zhí)行的話，它必須先映射成絕對(duì)地址并裝入內(nèi)存 。 ? 存儲(chǔ)器管理主要管理內(nèi)存資源。 它包括以下幾點(diǎn)： ? 1） 內(nèi)存分配： 在內(nèi)存中除了操作系統(tǒng)、其他系統(tǒng)軟件外，還有一個(gè)或多個(gè)用戶程序，操作系統(tǒng)要解決分配問題，使其互不沖突。 ? 2） 存儲(chǔ)保護(hù)： 由于系統(tǒng)中有多個(gè)程序，要保證他們之間互部干擾，保證用戶程序不破壞系統(tǒng)程序。 ? 3） 內(nèi)存擴(kuò)充： 當(dāng)用戶作業(yè)所需要的內(nèi)存量超過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所提供的實(shí)際內(nèi)存容量時(shí)，就要把內(nèi)存和外存結(jié)合起來(lái)，為用戶提供一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存大的多的 虛擬存儲(chǔ)器。 類似于倉(cāng)庫(kù)管理 三、設(shè)備管理 四、文件管理 系統(tǒng)中的信息資源（程序和數(shù)據(jù)）是以文件的形式存放在外存儲(chǔ)器上的，需要時(shí)再將其裝入。文件管理的任務(wù)就是有效支持文件存儲(chǔ)、檢索修改，解決文件共享、保密和保護(hù)，以方便用戶安全、方便地訪問文件。 五、作業(yè)管理 /用戶接口 1）程序級(jí)：提供一組廣義指令供用戶程序調(diào)用。 2）作業(yè)級(jí)：提供一組控制操作指令供用戶去組織、控制自己的作業(yè)執(zhí)行。 基本任務(wù)：使用戶合理調(diào)度運(yùn)行用戶作業(yè) 不同角度看到的操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 整體看 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者 使用者 普通開發(fā)者 第二節(jié) 操作系統(tǒng)視角 ? 打開計(jì)算機(jī)，首先跳入眼簾的是什么？ ? 要拷貝一個(gè)文件，具體的拷貝操作是誰(shuí)完成的？ ? 你需要知道文件存放在何處嗎？ ? 柱面、磁道、扇區(qū)描述什么？ ? 數(shù)據(jù)的搬動(dòng)過程怎樣進(jìn)行 ? 繁瑣留給自己，簡(jiǎn)單留給用戶 ? 操作系統(tǒng)穿上華麗的外衣－圖形界面 ? 操作系統(tǒng)穿上樸素的外衣－字符界面 認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)－ 從使用者的角度看 ? 拷貝命令的 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)片斷 inf=open(“/floppy/TEST”,O_RDONLY,0)。 out=open(“/mydir/test”,O_WRONLY,0600)。 do{ l=read(inf,buf,4096)。 write(outf,buf,l)。 } while(l)。 close(outf)。