第1章嵌入式操作系统概述.doc

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1、第1章嵌入式操作系统概述1.1操作系统概述操作系统（OS）是一种为应用程序提供服务的系统软件，是一个完整计算机系统的有机组成部分。从计算机系统层次结构来看，操作系统位于计算机硬件之上、应用软件之下，所以也把它称为应用软件的运行平台。本章主要内容：·操作系统的作用和特征。·操作系统的体系结构。·嵌入式操作系统特点概述。·嵌入式操作系统μC/OS-II的特点。1.1.1操作系统的作用我们可以从不同的角度来分析OS的作用，从一般用户的角度，可把OS看做是用户与计算机硬件系统之间的接口；从资源管理角度，可把OS看做计算机系统资源的管理者。1．OS作为用

2、户与计算机硬件系统之间的接口图1-1OS作为接口的示意图OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口的含义是：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS的帮助下能够方便、快捷、安全可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。应当注意，OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口，如图1-1所示。OS在计算机应用软件与计算机硬件系统之间，它屏蔽了计算机硬件工作的一些细节，并对系统中的资源进行有效的管理。通过提供应用程序接口（API）函数，从而使应用软件的设计人员得以在一个友好的平台上进行应用软件的设计和开发，大大地提高了

3、应用软件的开发效率。2．OS作为计算机系统资源的管理者一个计算机系统就是一组资源，这些资源用于对数据的移动、存储、处理，以及对这些功能的控制，而OS负责管理这些资源。OS对计算机资源的管理有以下几个方面。（1）处理机管理—用于分配和控制处理机。（2）存储器管理—主要负责内存的分配与回收。（3）I/O设备管理—负责I/O设备的分配与操纵。（4）文件管理—负责文件的存取、共享和保护。1.1.2操作系统的特征操作系统的种类很多，不同的操作系统分别具有各自的特征，一般来说，采用了多道程序设计技术的操作系统具有如下4个基本特征。1．并发在处理机系统中，并

4、发是指宏观上有多道程序同时运行，但在微观上是交替执行的。多道程序并发执行能提高资源利用率和系统吞吐量。多个进程的并发执行由操作系统统一控制，为保证并发进程的顺利运行，操作系统提供了一系列管理机制。2．共享共享是指计算机系统中的资源可被多个并发执行的用户程序或系统程序共同使用，而不是被其中某一个程序所独占。共享的原因如下。（1）用户或任务独占系统资源将导致资源浪费。（2）多个任务共享一个程序的同一副本，而不是分别向每个用户提供一个副本，可以避免重复开发。并发和共享是紧密相关的。一方面，资源共享是以进程的并发执行为条件的，若不允许进程的并发执行，就

5、不会有资源的共享；另一方面，进程的并发执行以资源共享为条件，若系统不运行共享资源，程序就无法并发执行。3．异步在多道程序系统中，多进程并发执行，但在微观上，进程是交替执行的，因此进程以“走走停停”的不连续方式运行。由于并发运行环境的复杂性，每个进程在何时开始执行，何时暂停，以怎样的速度向前推进，多长时间完成，何时发生中断，都是不可预知的，此种特征称为异步。4．虚拟虚拟指的是通过某种技术把一个物理实体映射为多个逻辑实体，用户程序使用逻辑实体。逻辑实体是使用户感觉上有但实际上不存在的事物，例如在分时系统中，虽然只有一个CPU，但在分时系统的管理下，

6、每个终端用户都认为自己独占一台主机。此时，分时操作系统利用分时轮转策略把一台物理上的CPU虚拟为多台逻辑上的CPU，也可以把一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，方法是用内存中的输入输出缓冲区来虚拟物理设备，用户程序进行输入输出时，其实是在和缓冲区进行输入输出。1.1.3操作系统的发展操作系统最早产生于1955年，至今已发展了50多年，其发展历程可粗略地划分为4代。第一代操作系统是单任务自动批处理操作系统，通过作业控制语言使多个程序可自动在计算机上连续运行，在上一个程序结束与下一个程序开始之间不需人工装卸和干预，第一代操作系统通过避免

7、手工装卸而大大提高了机器利用率，但程序执行过程中输入输出数据时，主机空闲降低了处理机利用率。第二代操作系统是多任务和多用户操作系统，最大特征是采用并发技术，使得当一个程序在进行I/O操作时，CPU可转去执行其他程序，从而使多个程序并发执行，CPU和I/O并行工作。第二代操作系统通过并发技术大大提高了机器利用率，但并发技术的实现代价是使操作系统的复杂程度和功能规模大大增加，从而增加了操作系统的开发周期和开发成本，并影响了操作系统的正确性和可靠性。第三代操作系统是结构化与小型化，其典型特征是重视操作系统的结构和功能精简。第三代操作系统还具有网络特征

8、。第四代操作系统是网络和开放系统、并行与分布操作系统。总之，操作系统经过几十年的发展，就单机环境下的系统而言，其基本原理和设计方法已趋成熟。出现了许多