操作系統(tǒng)第二章

操作系統(tǒng)概述第二章1/76

操作系統(tǒng)（OperatingSystem,OS）是最重要的系統(tǒng)軟件，本章從OS的作用、發(fā)展史、類型、特征和功能等多方面介紹OS。教學目的2教學要求熟悉操作系統(tǒng)作用和定義，一般了解操作系統(tǒng)的歷史。熟練掌握多道程序設計技術(shù)的概念，掌握批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)及實時系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)基本類型，了解微機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。掌握操作系統(tǒng)并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性等特征，了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征，熟悉操作系統(tǒng)功能。3操作系統(tǒng)OperatingSystem控制應用程序執(zhí)行的程序在應用程序和計算機硬件之間提供接口設計目標方便(Convenience)：

使計算機更易于使用有效(Efficiency)：使計算機系統(tǒng)資源得到最大化利用擴展的能力(Abilitytoevolve)：有效地開發(fā)、測試和引進新的系統(tǒng)功能4操作系統(tǒng)作用

從計算機系統(tǒng)組成觀點――操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件軟件：應用軟件

系統(tǒng)軟件硬件：輸入／輸出（I／O）設備 存儲器(內(nèi)存) 中央處理器(CPU) 5從資源管理程序觀點――操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理者操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理程序，它用于控制和管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源。計算機系統(tǒng)資源：

操作系統(tǒng)模塊：

軟件：文件系統(tǒng)

硬件：I／O設備設備管理存儲器 存儲器管理處理器

處理器（進程）管理6作為資源管理器的操作系統(tǒng)與普通計算機軟件類似，是由處理器執(zhí)行的一段程序或一組程序。操作系統(tǒng)經(jīng)常釋放對處理器的控制，并且依賴處理器的特性重新獲得對處理器的控制權(quán)。實際上，操作系統(tǒng)就是一組程序，在處理器上同樣以指令的方式執(zhí)行。7操作系統(tǒng)控制處理器使用其他系統(tǒng)資源，并通過進程調(diào)度分配處理器給不同的用戶程序使用。kernel,包含操作系統(tǒng)中最常用的功能模塊8從軟件分層、擴充機器的觀點――

操作系統(tǒng)是擴充裸機的第一層系統(tǒng)軟件軟件：語言處理程序虛擬機2軟件：操作系統(tǒng)虛擬機1硬件（裸機）虛擬機：二者結(jié)合變成了功能更強大使用更方便的機器。操作系統(tǒng)是擴展的機器，是虛擬機。9從服務用戶的觀點――

操作系統(tǒng)是用戶與裸機之間接口

用戶接口操作系統(tǒng)裸機系統(tǒng)提供的接口有二類：一類是作業(yè)級接口，它提供一組鍵盤命令，供用戶組織和控制自己的作業(yè)運行。另一類是程序級接口，它提供一組系統(tǒng)調(diào)用，即OS中某個模塊功能，供用戶程序和其它程序調(diào)用。10計算機系統(tǒng)分層和視點普通用戶編程員操作系統(tǒng)設計師計算機硬件操作系統(tǒng)實用程序應用程序程序運行：從進程的觀點－－操作系統(tǒng)是由若干個可以并發(fā)執(zhí)行的進程和一個對進程進行控制和協(xié)調(diào)的核心組成。程序開發(fā)I/O設備管理文件訪問控制系統(tǒng)訪問錯誤檢測和響應審計操作系統(tǒng)提供的服務122.2

操作系統(tǒng)的歷史

1第0代（40年代未－50年代初）無操作系統(tǒng)計算機操作是由程序員采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng)。2第一代（50年代中－50年代未）初級單道批處理系統(tǒng)

它是為了減少人工操作時間和作業(yè)轉(zhuǎn)換時間提高CPU利用率而設計的。系統(tǒng)自動成批處理作業(yè)，這是初級單道批處理系統(tǒng)。3第二代（60年代初－60年代中）多道程序設計共享系統(tǒng)

包括多道批處理系統(tǒng)、采用交互方式的分時系統(tǒng)和以提高瞬時響應時間為特征的實時系統(tǒng)。13操作系統(tǒng)的歷史4第三代（60年代中－70年代中）多模式系統(tǒng)

這一代計算機系統(tǒng)是通用系統(tǒng)，這一代操作系統(tǒng)是多模式系統(tǒng)，即一個系統(tǒng)同時支持批處理、分時處理、實時處理和多重處理。5第四代（70年代中－）網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡上進行信息交換、資源共享和互操作等功能。分布式操作系統(tǒng)將地域上分散的各系統(tǒng)互連成一個具有整體功能的系統(tǒng)，并可將一個任務分布地在各系統(tǒng)上運行，實現(xiàn)分布式處理。14操作系統(tǒng)研發(fā)的過程第一個歷史階段：大型主機時代，操作系統(tǒng)作為硬件的組成部分之一，由硬件開發(fā)商自己設計；第二個歷史階段：個人電腦或小型主機時代，軟件與硬件齊頭并進，其間又經(jīng)歷了兩個階段：基于命令行的DOS操作系統(tǒng)和基于窗口圖形界面的Windows操作系統(tǒng)。第三個歷史階段：WEB時代。微軟公司的．NET技術(shù)與SUN公司的SUNONE平臺?！伴_發(fā)下一代的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”課題列入國家863“十五”計劃中的基礎軟件平臺研發(fā)重點項目2003年以首席科學家陳榕為首的北京科泰世紀科技有限公司開發(fā)“和欣”操作系統(tǒng)1.0的產(chǎn)品。151.串行處理（無操作系統(tǒng)）特點機器在控制臺上運行，控制臺由顯示燈(displaylights)、觸發(fā)器（toggleswitches）、輸入設備和打印機構(gòu)成。用機器代碼編寫的程序通過輸入設備載入計算機；顯示燈指示出程序的執(zhí)行情況；程序輸出結(jié)果在打印機上顯示程序員直接與計算機硬件打交道。計算機系統(tǒng)以串行方式工作。16兩個主要問題調(diào)度(Scheduletime)假設用戶預訂3小時的工作時間，結(jié)果只用了30分鐘就完成了工作，剩下的2小時30分鐘機器不能分配給其他程序使用。存在大量的時間浪費問題。如果用戶程序通過預訂的時間還沒有完成工作，程序?qū)⒈粺o條件終止準備時間：包括在內(nèi)存中加載編譯器和源程序、保存了編譯好的程序（目標程序）、加載目標程序和公用函數(shù)并鏈接在一塊。在這期間出現(xiàn)錯誤，只能重新開始172.批處理系統(tǒng)（BatchSystem）簡單批處理系統(tǒng)目標：為了解決人工操作（無操作系統(tǒng)）嚴重降低了計算機資源利用率的問題，即解決CPU等待人工操作和高速CPU與低速I/O間矛盾等問題。脫機輸入輸出技術(shù)：該技術(shù)利用一臺外圍機，脫離主機先將低速輸入設備（如紙帶機）的數(shù)據(jù)，輸入到較高速大容量的輸入設備（如磁帶）上。典型代表：IBSYS返718

紙帶機

外圍機

磁帶機

磁帶機卡片機

主機打印機19批處理技術(shù)它利用磁帶容量較大的特點，先將一批作業(yè)按序以脫機方式輸入到磁帶上。主機在監(jiān)控程序控制下，根據(jù)卡片機讀入控制作業(yè)操作信息，逐個從磁帶上讀入作業(yè)到內(nèi)存，調(diào)入?yún)R編／編釋程序?qū)⒃闯绦蚍g成目標代碼，連接裝配后執(zhí)行，結(jié)果輸出打印。執(zhí)行完畢后再調(diào)入下一個作業(yè)，系統(tǒng)就這樣自動地一個一個作業(yè)地進行處理，直至完成。早期單道批處理系統(tǒng)解決了作業(yè)自動轉(zhuǎn)換，從而減少作業(yè)建立和人工操作時間。20磁帶機輸出磁帶卡片簡單批處理系統(tǒng)IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶卡片閱讀機打印機21監(jiān)控程序（Monitors）控制作業(yè)執(zhí)行順序的軟件。用戶不再需要直接與硬件打交道所有作業(yè)按序組織成一批，并放在輸入設備上，供監(jiān)控程序調(diào)度監(jiān)控程序自動地開始加載作業(yè)每個程序結(jié)束后返回到監(jiān)控程序，由監(jiān)控程序自動加載下一個作業(yè)22兩個角度監(jiān)控程序角度控制事件的順序每次從輸入設備上讀取一個作業(yè)作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序把控制權(quán)交給作業(yè)，以便于作業(yè)執(zhí)行當作業(yè)完成后，通過分支指令將控制權(quán)又交還給監(jiān)控程序23處理器角度處理器首先執(zhí)行主存中所存儲的監(jiān)控程序的指令根據(jù)監(jiān)控程序指令功能讀取作業(yè)并存儲到主存中作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序執(zhí)行分支指令，使處理器下一條指令從用戶程序的開始處繼續(xù)執(zhí)行（控制權(quán)交給用戶程序）（如何實現(xiàn)？）處理器執(zhí)行用戶程序的指令，直到遇到結(jié)束指令或錯誤條件處理器從監(jiān)控程序中取下一條指令（控制權(quán)交還給監(jiān)控程序）兩個角度24基本控制卡片是現(xiàn)代作業(yè)控制語言和命令解釋器的先驅(qū)25硬件功能支持依賴于處理器可以從內(nèi)存不同地方取指令的能力。存儲器保護（Memoryprotection）用戶程序不能訪問包含監(jiān)控程序的內(nèi)存區(qū)域計時器（Timer）避免一個作業(yè)獨占系統(tǒng)特權(quán)指令（Privilegedinstructions）只能由監(jiān)控程序執(zhí)行的指令用戶模式/系統(tǒng)模式中斷26單道程序系統(tǒng)利用率計算機96%的時間用于等待I/O設備完成文件數(shù)據(jù)傳送27多道程序設計(Multiprogramming)內(nèi)存空間同時容納兩個或多個用戶程序，當一個用戶程序需要等待I/O設備時，處理器可以分配給另一個用戶程序執(zhí)行2829CPU利用率例題題目：有甲、乙兩道算題，每道需執(zhí)行1小時，其中處理器的工作時間為12分鐘。若它們在單道系統(tǒng)中執(zhí)行，則處理器的利用率為？若在多道系統(tǒng)中執(zhí)行，甲、乙兩道總共需要執(zhí)行80分鐘，則處理器的利用率為？答案：20%30%30現(xiàn)代多道批處理系統(tǒng)目標：為了進一步提高資源利用率，在硬件采用通道和中斷技術(shù)支持并行操作的情況下，引入了多道程序設計技術(shù)，由此引入多道批處理系統(tǒng)。多道程序設計技術(shù)：它是在計算機內(nèi)存同時存放幾道相互獨立的程序，這幾道程序都處于運行過程中，它們先后開始了各自的運行，但都未運行完畢。多道程序在宏觀上并行執(zhí)行，而在微觀上多道程序在某個部件上（如CPU、I/O）是串行的，即多道程序輪流地使用部件，交替執(zhí)行。31兩道批處理系統(tǒng)運行圖（一個CPU和二個I／O設備：磁盤和磁帶）32兩道批處理系統(tǒng)運行圖說明：1.在計算機內(nèi)存同時存放幾道程序(程序A、B和監(jiān)督程序)2.系統(tǒng)各部件（如CPU、IOA、IOB）支持并行工作，在某個時刻各部件可運行不同的程序。3.多道程序(程序A、B和監(jiān)督程序)在某個部件上（如CPU、I/OA、I/OB）是串行工作。4.在多道程序中，監(jiān)督程序(操作系統(tǒng))是控制中心，程序要使用某個部件（CPU、I/OA、I/OB），必須由監(jiān)督程序調(diào)度和分配（根據(jù)一定的算法）。33多道程序批處理系統(tǒng)硬件支持I/O中斷和DMA技術(shù)內(nèi)存管理技術(shù)以管理同時駐留在主存中的用戶程序調(diào)度算法決定到底將處理器或I/O設備分配給哪個進程使用34目標：分時系統(tǒng)的形成和發(fā)展的動力是用戶的需要。用戶希望自己能直接控制程序的運行，及時進行人-機交互，以便能方便地修改程序的錯誤。用戶希望一臺計算機能為多臺用戶共享，解決當時（六十年代）計算機昂貴而缺少的矛盾，方便用戶上機。3.分時系統(tǒng)(Time-SharingSystems)35分時系統(tǒng)實現(xiàn)原理在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，它同時允許許多用戶通過終端以交互方式使用計算機并共享主機中的資源。所謂分時是指多個用戶分時共享使用同一臺計算機，也就是說把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時間）進行時間上分割，即將整個工作時間分成一個個的時間片，每個時間片分給一個用戶使用，這樣將CPU工作時間分別提供給多個用戶使用，每個用戶依次地輪流使用一個時間片。36主機終端37分時系統(tǒng)的實現(xiàn)采用調(diào)進／調(diào)出的單道分時系統(tǒng)

內(nèi)存中只駐留一道程序，其余程序都在外存上。每當內(nèi)存中一個程序運行一個時間片后，便調(diào)至外存（稱為調(diào)出）。再從外存中選一個程序裝入內(nèi)存（稱為調(diào)進）并運行一個時間片，依此方法使所有的作業(yè)都能在一規(guī)定的時間內(nèi)輪流運行一個時間片，這樣便能使所有的用戶都能與自己的作業(yè)交互。在多個作業(yè)的輪流運行過程中，每個作業(yè)往往可能頻繁地調(diào)進調(diào)出多次，開銷大，故使系統(tǒng)的性能較差。38兼容分時系統(tǒng)（CompatibleTime-SharingSystem，CTSS）由MIT研發(fā)的第一個分時系統(tǒng)

控制權(quán)分配給用戶時，該用戶的程序和數(shù)據(jù)被載入；系統(tǒng)每隔0.2秒產(chǎn)生時鐘中斷；

中斷使操作系統(tǒng)重獲控制權(quán)，并將處理器分配給另一個用戶；原用戶程序和數(shù)據(jù)被寫出到磁盤；為簡化設計，用戶程序總是被加載到相同的內(nèi)存單元中。39基于多道程序設計的多道分時系統(tǒng)在內(nèi)存中存放多道作業(yè)排成一個隊列，依次輪流地獲得一個時間片來運行。由于切換作業(yè)就在內(nèi)存，不要花費大量時間用于調(diào)進調(diào)出，故多道分時系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能。作業(yè)調(diào)度算法也不限于時間片不變，次序不變的簡單輪轉(zhuǎn)。象UNIX操作系統(tǒng)對系統(tǒng)中各進程采用可搶占的動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法，它也實現(xiàn)了各作業(yè)分時共享計算機，但時間片大小和輪轉(zhuǎn)次序都在變化。40分時系統(tǒng)的特征多路性：允許在一臺主機上同時聯(lián)接多臺聯(lián)機終端，系統(tǒng)按分時原則為每個用戶服務。宏觀上是多個用戶同時工作，共享系統(tǒng)資源，而微觀上則是每個用戶作業(yè)輪流運行一個時間片。獨立性：每個用戶各占一個終端，彼此獨立操作，互不干擾。因此用戶會感覺到就象他一人獨占主機。交互性：及時性：用戶的請求能在很短時間內(nèi)獲得響應。41分時系統(tǒng)的重要指標――響應時間響應時間是分時系統(tǒng)的重要指標，它是用戶發(fā)出終端命令到系統(tǒng)開始作出響應的時間間隔。系統(tǒng)的響應時間主要是根據(jù)用戶所能接受的等待時間確定的。假設分時系統(tǒng)中用戶數(shù)為n，每個用戶的運行時間片為q，則系統(tǒng)的響應時間為T＝n×q。每個用戶分到的時間片q由二部分組成，用于對換時間S和用于真正處理時間T（處理）。T＝n×qq＝S+T（處理）

42分時系統(tǒng)中時間片q的選擇是一個復雜而關鍵的任務。時間片選得過大，造成響應時間不變時用戶數(shù)減少，或造成響應時間過長；時間片過小時，在一個時間片內(nèi)切換開銷相對增加，一個進程相對要花費更多的時間片才能運行結(jié)束，一個進程在系統(tǒng)中的周轉(zhuǎn)時間大大增長。最佳的時間片值應既能使分時用戶得到好的響應時間，同時又要使在一個時間片內(nèi)切換開銷相對較小可忽略。

UNIX系統(tǒng)是典型的分時系統(tǒng)，UNIX系統(tǒng)是一個多用戶，多任務操作系統(tǒng)。434.實時系統(tǒng)（Real-TimeSystems）目標：為了提高系統(tǒng)的響應時間，對隨機發(fā)生的外部事件作出及時響應并對其進行處理。分類實時控制系統(tǒng)此類實時控制系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過程的自動控制，實驗數(shù)據(jù)自動采集，武器的控制、包括火炮自動控制、飛機自動駕駛、導彈的制導系統(tǒng)。實時信息處理系統(tǒng)這類系統(tǒng)主要用于實時信息處理，象飛機訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)。44實時系統(tǒng)特征快速的響應時間實時系統(tǒng)的響應時間則是由控制對象所能接受的時延確定的。外部事件往往以中斷方式通知系統(tǒng)，系統(tǒng)有較強的中斷處理能力，實時系統(tǒng)的設計也以“事件驅(qū)動”方式來設計。45有限的交互能力

批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)是“通用系統(tǒng)”，實時系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，它為專門的應用而設計，系統(tǒng)本身就包含有控制某實時過程和處理實時信息的專用應用程序。實時系統(tǒng)（如實時信息處息系統(tǒng)）它能提供人機交互方式，但用戶只能訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務程序，不能象分時系統(tǒng)一般向終端用戶提供多方面服務。高可靠性實時系統(tǒng)中往都采用雙機系統(tǒng)，多級容錯措施來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。實時系統(tǒng)特征465.微機操作系統(tǒng)

（DesktopSystems）常用的有MS-DOS、MSWindows、OS/2、SCOUNIX、Linux等。單用戶單任務操作系統(tǒng)MS-DOSMS-DOS是Microsoft公司開發(fā)的首先在IBM-PC機上使用的微機OS，MS-DOS操作系統(tǒng)現(xiàn)成了事實上的16位微機單用戶單任務操作系統(tǒng)的標準。多任務操作系統(tǒng)MSWindowsWindows98/2000/XP是Microsoft公司開發(fā)的一個圖形用戶界面的多任務、多線程、全32位的操作系統(tǒng)。47Windows操作系統(tǒng)系列略48其他微機操作系統(tǒng)多用戶多任務操作系統(tǒng)SCOUNIX

SCO公司將運行于大、中、小型機上UNIX操作系統(tǒng)移植到微機上，UNIX是多用戶多任務操作系統(tǒng)。LinuxLinux操作系統(tǒng)是一個遵循標準操作系統(tǒng)界面的標準免費操作系統(tǒng)，具有UNIXBSD和UNIXSYSＶ的擴展特性。它的版權(quán)所有者是芬蘭籍的Linus

B.Toroalds先生和其它開發(fā)人員。Linux可以在基于Intel處理器的個人計算機上運行，它可以將一臺普通的個人電腦變成功能強勁的UNIX工作站。

49Linux操作系統(tǒng)略

506.網(wǎng)絡操作系統(tǒng)（NOS）定義：網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是使網(wǎng)絡上各計算機能方便地進行網(wǎng)絡通信、有效地共享網(wǎng)絡資源，為網(wǎng)絡用戶提供所需各種服務的軟件和有關規(guī)程的集合。功能:高效、可靠的網(wǎng)絡通信對網(wǎng)絡中共享資源有效的管理提供電子郵件、文件傳輸、共享硬盤、打印機等服務網(wǎng)絡安全管理提供互操作能力51現(xiàn)代操作系統(tǒng)特點－－內(nèi)裝網(wǎng)絡現(xiàn)代操作系統(tǒng)已把網(wǎng)絡功能包含到操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，作為操作系統(tǒng)核心功能的一個組成部分。微軟公司的Windows2000，AT&T公司的UNIXSystemV、Sun公司的SunOS、HP公司的HP／OX、IBM公司的AIX、Linux等都已把TCP／IP網(wǎng)絡功能包含在內(nèi)核中。Windows2000把網(wǎng)絡功能作為該系統(tǒng)執(zhí)行體的輸入輸出系統(tǒng)的一部分。NT的I／O系統(tǒng)包含有五部分：輸入輸出管理程序、文件系統(tǒng)、緩沖存儲管理系統(tǒng)、設備驅(qū)動程序、網(wǎng)絡驅(qū)動程序。527.分布式操作系統(tǒng)

（DistributedOperatingSystems

）定義：

分布式操作系統(tǒng)是能直接對分布式計算機系統(tǒng)中各類資源進行動態(tài)分配和管理，有效控制和協(xié)調(diào)諸任務的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元無主、次之分，并向系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、有效的接口的軟件集合。基于兩種環(huán)境:多處理器(CPU)系統(tǒng)或多計算機系統(tǒng)（集群）是網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的更高級的形式，保持了網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的全部功能。53分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的區(qū)別分布性

處理上的分布性是分布式操作系統(tǒng)的最基本特征。網(wǎng)絡雖有分布處理的功能，但網(wǎng)絡的控制功能，則大多集中在某個主機或服務器上，它的控制方式是集中的，分布式系統(tǒng)的處理分布是資源、功能、任務和控制都是分布的。透明性分布操作系統(tǒng)負責全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務劃分、信息傳輸協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個統(tǒng)一的界面，標準的接口，用戶通過這一界面實現(xiàn)所需要的操作和使用系統(tǒng)資源。分布式OS通常很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實現(xiàn)細節(jié)，如對象的物理位置、并發(fā)控制、系統(tǒng)故障等對用戶都是透明的。54分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的區(qū)別統(tǒng)一性分布式系統(tǒng)要求一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性，而網(wǎng)絡系統(tǒng)一般是在各自操作系統(tǒng)基礎上加上負責網(wǎng)絡訪問功能模塊，網(wǎng)絡各系統(tǒng)操作不一致。健壯性由于分布式系統(tǒng)的處理和控制功能是分布的，設備出現(xiàn)故障時，可通過容錯技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，從而仍保持系統(tǒng)的正常運行，因而系統(tǒng)具有鍵壯性，即具有較好的可用性和可靠性。而網(wǎng)絡系統(tǒng)其控制功能大多集中在主機和服務器中，使系統(tǒng)具有潛在的不可靠性。558.嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOS)嵌入式系統(tǒng)是在各種設備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)。通常在電器、電子和智能機械上，嵌入安裝各種微處理器或微控制芯片。它們是一個大設備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個大設備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計算機”。嵌入式操作系統(tǒng)就是運行在嵌入式智能芯片環(huán)境中，對整個智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。通常工作在反應式或?qū)μ幚頃r間有較嚴格要求環(huán)境中。56嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)具有高可靠性、實時性、占有資源少、智能化能源管理、易于連接、低成本等優(yōu)點。嵌入式系統(tǒng)的應用非常廣泛，如手機的通信控制、工業(yè)監(jiān)控、智能化生活空間(信息家電、智能大廈等等)、通信系統(tǒng)、導航系統(tǒng)等等。如汽車上的電子控制設備實際上是一個電腦網(wǎng)絡，一輛現(xiàn)代化的轎車里面可能有數(shù)十個微處理器和相應的操作平臺，它們需要通信，需要監(jiān)控汽車的運行等等。這就構(gòu)成一個嵌入式系統(tǒng)，它包括任務處理、計算、網(wǎng)絡互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、智能控制、人機交互等諸多方面的技術(shù)，而它需要一系列針對應用環(huán)境的操作平臺來控制、協(xié)調(diào)各種系統(tǒng)需求與服務，控制資源配置，這些平臺共同構(gòu)成了這個嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

57嵌入式操作系統(tǒng)的應用智能卡移動通信計算機外設機頂盒零售設備印刷機復印機互聯(lián)網(wǎng)服務器電話交換設備582.3操作系統(tǒng)發(fā)展的主要成就進程（Processes）存儲器管理（MemoryManagement）信息保護和安全（Informationprotectionandsecurity）調(diào)度和資源管理（Schedulingandresourcemanagement）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（Systemstructure）59多道程序設計的主要問題不正確的同步（Impropersynchronization）信號機制設計出錯會導致兩個進程之間沒法保證同步性失敗的互斥（Failedmutualexclusion）不確定的程序操作（Nondeterminateprogramoperation）程序的結(jié)果可能取決于多個程序的執(zhí)行先后順序死鎖（Deadlocks）60進程一段可執(zhí)行的程序計算機中正在運行的程序的一個實例可以分配給處理器并由處理器執(zhí)行的一個實體61進程包含三個部分：一段可執(zhí)行的程序程序所需的相關數(shù)據(jù)（變量、工作空間、緩沖區(qū)等）程序執(zhí)行的上下文操作系統(tǒng)用于管理和控制進程所需的所有數(shù)據(jù)（如PC,數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容,進程優(yōu)先級,進程狀態(tài)等）62進程進程列表，由操作系統(tǒng)創(chuàng)建和維護基址寄存器和界限寄存器，限定了進程所占用的內(nèi)存范圍63內(nèi)存管理進程隔離：保證進程的獨立性自動分配和管理：根據(jù)需要動態(tài)地分配存儲空間支持模塊化程序設計：分段機制支持程序員動態(tài)地修改程序的模塊大小保護和訪問控制：實現(xiàn)內(nèi)存空間的保護和共享長期存儲：文件系統(tǒng)滿足數(shù)據(jù)斷電后的長期保存64虛擬內(nèi)存允許程序員從邏輯的角度訪問存儲器，而不需要考慮物理主存上可用的空間數(shù)量和數(shù)據(jù)所存儲的實際物理地址程序員使用虛地址訪問內(nèi)存，通過地址映射機制（通常由硬件實現(xiàn)）將虛地址動態(tài)映射為主存中的實地址一個進程被分成若干個塊（分頁和分段），每一塊都可以放置在主存中用戶空間的任何地方進程執(zhí)行時，只需要一部分塊在內(nèi)存中即可。當訪問的塊不在內(nèi)存中時，產(chǎn)生缺頁中斷，將所要訪問的塊從磁盤調(diào)入內(nèi)存65信息保護和安全可用性(Availability)確保系統(tǒng)正常可用機密性(Confidentiality)確保用戶不能訪問未授權(quán)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)完整性(Dataintegrity)保護數(shù)據(jù)不被未授權(quán)修改認證(Authenticity)用戶身份的認證數(shù)據(jù)的合法性66調(diào)度和資源管理公平性（Fairness）平等、公平地訪問資源有差別的響應性（Differentialresponsiveness）根據(jù)進程的不同優(yōu)先級差別對待有效性（Efficiency）最大化吞吐量最小化響應時間盡可能容納更多的用戶67系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次化、模