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1、20092009春季春季操作系统高级操作系统高级Operating Systems Advanced Class 第一讲第一讲 操作系统概述操作系统概述u 操作系统的基本概念操作系统的基本概念u 操作系统的特征操作系统的特征u 操作系统的功能操作系统的功能u 研究操作系统的几种观点研究操作系统的几种观点u 操作系统的技术发展过程操作系统的技术发展过程u 著名的操作系统著名的操作系统u 操作系统的分类操作系统的分类#include int main(int argc,char*argv)puts(hello world);return 0;一、操作系统做什么？一、操作系统做什么？用户告诉操作系统
2、执行用户告诉操作系统执行hellohello程序程序 操作系统找到该程序，检查其类型操作系统找到该程序，检查其类型 检查程序首部，找出正文和数据的地址检查程序首部，找出正文和数据的地址 文件系统找到第一个磁盘块文件系统找到第一个磁盘块 父进程需要创建一个新的子进程，执行父进程需要创建一个新的子进程，执行hellohello程序程序 操作系统需要将执行文件映射到进程结构操作系统需要将执行文件映射到进程结构 操作系统设置操作系统设置CPUCPU上下文环境，并跳到程序开始处上下文环境，并跳到程序开始处 程序第一条指令执行，失败，缺页中断发生程序第一条指令执行，失败，缺页中断发生 操作系统分配一页内存
3、，并将代码从磁盘读入，继续执行操作系统分配一页内存，并将代码从磁盘读入，继续执行 更多的缺页中断，读入更多的页面更多的缺页中断，读入更多的页面二、操作系统的定义二、操作系统的定义操作系统是计算机系统中的一个系统软件，操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合是一些程序模块的集合u它们能以尽量它们能以尽量有效有效、合理合理的方式组织和管的方式组织和管理计算机的软硬件资源理计算机的软硬件资源u合理的组织计算机的工作流程，控制程序合理的组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能的执行并向用户提供各种服务功能u使得用户能够灵活、使得用户能够灵活、方便方便、有效的使用计
4、、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行算机，使整个计算机系统能高效地运行关键词解读关键词解读有效：有效：系统效率，资源利用率系统效率，资源利用率 （如：（如：CPUCPU利用的充足与否，内存、外利用的充足与否，内存、外部设备是否忙碌）部设备是否忙碌）合理：合理：公平与否，如果不公平则会产生公平与否，如果不公平则会产生“饥饿饥饿”；如果；如果不合理可能会产生不合理可能会产生“死锁死锁”方便：方便：两种角度：两种角度：用户界面用户界面 编程接口编程接口操作系统设计者操作系统设计者应用软件设计者应用软件设计者三、操作系统的地位三、操作系统的地位机器语言机器语言微体系微体系/微程序微程序物理
5、器件物理器件个性个性硬件相关（硬件相关（1/31/3）应用程序应用程序-虚机器界面虚机器界面 操作系统操作系统-物理机器界面物理机器界面 硬件硬件假如没有操作系统？怎样将目标代码送给硬件？怎样输出打假如没有操作系统？怎样将目标代码送给硬件？怎样输出打印结果？印结果？人们将对二进制程序操作人们将对二进制程序操作 从二极发光管读答案从二极发光管读答案硬件相关（硬件相关（2/32/3）指实现代码中包含存储器的物理地址，指实现代码中包含存储器的物理地址，包含对设备接口寄存器和设备接口缓包含对设备接口寄存器和设备接口缓冲区的读写等等冲区的读写等等u实现该工作的过程代码和硬件因素密实现该工作的过程代码和硬
6、件因素密切相关，即需要设置与测试、使用物切相关，即需要设置与测试、使用物理地址、设备接口寄存器等等理地址、设备接口寄存器等等u硬件相关必然复杂繁琐、代码量大硬件相关必然复杂繁琐、代码量大u硬件相关的工作，其实现代码不通用硬件相关的工作，其实现代码不通用共性共性任何一个程序都需要的、最基本的工作任何一个程序都需要的、最基本的工作它们它们 具有共性、工作过程相同、与具有共性、工作过程相同、与具体应用无直接关系（即与用户所关具体应用无直接关系（即与用户所关心的应用目标无直接关系）心的应用目标无直接关系）四、操作系统的特征四、操作系统的特征并发并发(concurrency)(concurrency)：
7、处理多个同时性活动的能力处理多个同时性活动的能力在计算机系统中同时存在多个程序在计算机系统中同时存在多个程序 宏观上：这些程序是同时在执行的宏观上：这些程序是同时在执行的 微观上：任何时刻只有一个程序在执行微观上：任何时刻只有一个程序在执行(单单CPU)CPU)，即微观上这些程序在，即微观上这些程序在CPUCPU上轮流执行上轮流执行并行并行(parallel)(parallel)：(与并发相似，但多指硬件支持与并发相似，但多指硬件支持)由并发引起的问题：活动切换、保护、相互依赖的活由并发引起的问题：活动切换、保护、相互依赖的活动间的同步动间的同步操作系统特征（续）操作系统特征（续）共享共享(s
8、haring)(sharing)：操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源（共享有限的系统资源）统中的资源（共享有限的系统资源）操作系统要对系统资源进行合理分配和使用操作系统要对系统资源进行合理分配和使用 资源在一个时间段内交替被多个进程所用资源在一个时间段内交替被多个进程所用u互斥共享（如打印机）互斥共享（如打印机）u同时访问（如可重入代码，磁盘文件）同时访问（如可重入代码，磁盘文件）问题：资源分配难以达到最优化，保护问题：资源分配难以达到最优化，保护操作系统特征（续）操作系统特征（续）u虚拟化虚拟化 是把计算机的资源，如运算能力、是把计算机
9、的资源，如运算能力、存储空间以及应用程序抽离出来，让存储空间以及应用程序抽离出来，让资源的使用方式更具效率资源的使用方式更具效率操作系统特征（续）操作系统特征（续）随机性：随机性：操作系统必须随时对操作系统必须随时对以不可预测次序以不可预测次序发生的事件进行响应发生的事件进行响应u 进程的运行速度不可预知：多个进程并发执行，进程的运行速度不可预知：多个进程并发执行，“走走停停走走停停”，无法预知每个进程的运行推进快慢，无法预知每个进程的运行推进快慢u 难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）行中的错误）操作系统特征（续）操作系统特征（续）不确
10、定性：不确定性：由共享和并发引起由共享和并发引起u在操作系统中可运行多道用户程序，而每个用在操作系统中可运行多道用户程序，而每个用户程序的运行时间、要使用哪些系统资源、使户程序的运行时间、要使用哪些系统资源、使用多长时间、使用的资源是共享还是独占的，用多长时间、使用的资源是共享还是独占的，操作系统在程序运行前是不知道的操作系统在程序运行前是不知道的u要求操作系统的设计要很好地解决并发和共享要求操作系统的设计要很好地解决并发和共享的问题，否则，将会产生不可重现的错误，这的问题，否则，将会产生不可重现的错误，这种不可重现的错误称为不确定性种不可重现的错误称为不确定性 例子：两个用户共享一台打印机例
11、子：两个用户共享一台打印机五、操作系统作为资源的管理者五、操作系统作为资源的管理者学习操作系统的几种角度学习操作系统的几种角度u作为软件来看的观点作为软件来看的观点u资源管理的观点资源管理的观点u进程的观点进程的观点u虚机器观点虚机器观点u服务提供者观点服务提供者观点资源管理的观点资源管理的观点操作系统操作系统-资源管理者（自底向上）资源管理者（自底向上）操作系统管理一个复杂系统的各个部分操作系统管理一个复杂系统的各个部分硬件资源：硬件资源：CPUCPU，内存，设备，内存，设备(I/O(I/O设备，外存，时钟，网络接口设备，外存，时钟，网络接口等等)软件资源：软件资源：硬盘上的文件，信息硬盘上
12、的文件，信息两种方式实现复用（共享）：两种方式实现复用（共享）：时间时间 及及 空间空间资源管理的目的资源管理的目的u实现资源共享实现资源共享u提高资源利用率提高资源利用率操作系统功能操作系统功能n 进程和线程管理进程和线程管理(CPU管理管理)n 存储管理存储管理n 文件管理文件管理n 设备管理设备管理n 用户接口用户接口处理机管理处理机管理目标：目标：完成处理机资源的分配调度等功能完成处理机资源的分配调度等功能 （处理机调度的单位可为进程或线程）（处理机调度的单位可为进程或线程）u进程控制：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等进程控制：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等主主动改变进程的状态动
13、改变进程的状态u进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共享；享；交换信息能力（弱）交换信息能力（弱）u进程通信：进程之间传送数据，以协调进程间的协作；进程通信：进程之间传送数据，以协调进程间的协作；交换信息能力（强）交换信息能力（强），也可以用来协调进程之间的，也可以用来协调进程之间的推进推进u进程调度：作业和进程的运行切换，以充分利用处理机资进程调度：作业和进程的运行切换，以充分利用处理机资源和提高系统性能；源和提高系统性能；未必是进程控制操作所引起未必是进程控制操作所引起（可能是时间片轮转、（可能是时间片轮转、I/OI/O操作）操
14、作）u公平性、高效率（吞吐量大）、执行周转时间等公平性、高效率（吞吐量大）、执行周转时间等存储管理存储管理u存储分配与回收存储分配与回收u存储保护：保证进程间互不干扰、相互保密；存储保护：保证进程间互不干扰、相互保密；如：访问合法性检查、甚至要防止从如：访问合法性检查、甚至要防止从 垃圾垃圾 中中窃取其他进程的信息窃取其他进程的信息u地址映射（变换）：进程逻辑地址到内存物理地址映射（变换）：进程逻辑地址到内存物理地址的映射地址的映射u内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内存利用率、扩大进程的内存空间存利用率、扩大进程的内存空间目标：目标：提高利用率，方
15、便用户使用，提供足够提高利用率，方便用户使用，提供足够的存储空间，方便进程并发运行的存储空间，方便进程并发运行文件管理（文件系统）文件管理（文件系统）u文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高空间利用率和读写性能高空间利用率和读写性能u目录管理：解决信息检索问题。文件的属性目录管理：解决信息检索问题。文件的属性（如文件名）、单一副本赋予多文件名（如文件名）、单一副本赋予多文件名u文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问题。系统设口令、用户分类、文件权限题。系统设口令、用户分类、文件权限目标：目标：解决软件资源的存
16、储、共享、保密和解决软件资源的存储、共享、保密和保护保护用户接口用户接口u操作系统向上提供两种接口操作系统向上提供两种接口系统命令：供用户用于组织和控制自己的作系统命令：供用户用于组织和控制自己的作业运行。命令行、菜单式或业运行。命令行、菜单式或GUIGUI（联机）；（联机）；命令脚本（脱机）命令脚本（脱机）编程接口：供用户程序和系统程序调用操作编程接口：供用户程序和系统程序调用操作系统功能。系统调用和高级语言库函数系统功能。系统调用和高级语言库函数目标：目标：提供一个友好的用户访问操作系统的提供一个友好的用户访问操作系统的接口接口1.1.历史历史u操作系统历史划分为操作系统历史划分为5 5个
17、阶段个阶段第第1 1阶段阶段 （1948-19701948-1970）硬件昂贵，人工便宜硬件昂贵，人工便宜 更有效地利用硬件资源更有效地利用硬件资源 缺乏用户和计算机之间的交互缺乏用户和计算机之间的交互u控制台：一次一个用户（独占资源）控制台：一次一个用户（独占资源）u批处理：装入程序批处理：装入程序运行运行打印输出（保护：无）打印输出（保护：无）u操作系统必须管理所有程序的交接、运行操作系统必须管理所有程序的交接、运行复杂复杂u数据通道、中断数据通道、中断：I/OI/O和计算重叠和计算重叠u多道程序设计多道程序设计：多个程序同时运行，多个用户共享系：多个程序同时运行，多个用户共享系统（需要存
18、储保护）统（需要存储保护）uSPOOLing技术技术第第2 2阶段阶段 （1970-19851970-1985）硬件便宜，人工昂贵硬件便宜，人工昂贵u交互分时：交互分时：利用便宜的终端利用便宜的终端 多个用户同时与系统交互多个用户同时与系统交互 牺牲牺牲CPUCPU时间时间 用户得到更好的响应时间用户得到更好的响应时间 u用户可以在线工作：开发、调试、编辑等用户可以在线工作：开发、调试、编辑等u问题：增加用户时问题：增加用户时 系统性能降低系统性能降低 （响应时间、抖动）（响应时间、抖动）首次面对重大失败首次面对重大失败uIBM IBM 的的 OS/360 OS/360 发布时发布时 带着已知
19、的带着已知的 1000 1000 个错误个错误uMULTICS MULTICS 于于 1963 1963 年开始年开始 直至直至 1969 1969 年才发布年才发布人月神话人月神话The Mythical Man-Month:Essays on Software Engineering,Anniversary Edition(2nd Edition)（美）Frederick P.Brooks，Jr.成功案例成功案例u一群计算机迷一群计算机迷 在贝尔实验室开发出在贝尔实验室开发出UNIXUNIXu初衷：可以在一台无人使用的初衷：可以在一台无人使用的DEC PDP-7 DEC PDP-7 小型计
20、算机上玩星际探险游戏小型计算机上玩星际探险游戏Ken Thompson，Dennis Ritchie1983年图灵奖获得者年图灵奖获得者1999年年4月月 美国国家美国国家技术金奖技术金奖第第3 3阶段阶段 （1981-1981-）硬件非常便宜，人工非常昂贵硬件非常便宜，人工非常昂贵 面临挑战：面临挑战：如何利用计算机如何利用计算机 充分发挥人的时间充分发挥人的时间个人计算时代个人计算时代u开始开始 PCPC硬件资源有限硬件资源有限 一次运行一个程序一次运行一个程序 OSOS是一个例程库是一个例程库 回归简单回归简单u逐渐逐渐 PCPC资源丰富资源丰富 OSOS又成为一个庞然大物又成为一个庞然
21、大物（大型（大型OSOS）存储保护、多道程序设计又出现存储保护、多道程序设计又出现第第4 4阶段阶段 （1981-1981-）分布式系统分布式系统u网络：允许不同机器很容易共享资源网络：允许不同机器很容易共享资源（打印机、文件服务器、（打印机、文件服务器、WebWeb服务器）服务器）u客户客户/服务器模型服务器模型u解决问题：共享，安全解决问题：共享，安全第第5 5阶段阶段 （1995-1995-）移动计算时代移动计算时代u各种移动设备出现（笔记本、各种移动设备出现（笔记本、PDAPDA、手机、手机等等）等等）u特点：小型、移动、便宜特点：小型、移动、便宜 但但 有限能力有限能力2.2.概念的
22、重用、回归概念的重用、回归技术变化技术变化 导致某些思想过时并迅速消失导致某些思想过时并迅速消失 但但 技术的另一种变化还可能使它们复活技术的另一种变化还可能使它们复活操作系统中的例子操作系统中的例子u磁盘上文件分配磁盘上文件分配连续文件连续文件 CD-ROMCD-ROM文件系统文件系统u动态链接（动态链接（MULTICSMULTICS首先提出）首先提出）u计算服务（计算服务（MULTICSMULTICS，以大量的、附有相对简，以大量的、附有相对简单用户机器的、集中式单用户机器的、集中式InternetInternet服务器形式服务器形式回归）回归）七、操作系统的分类七、操作系统的分类u批处理
23、操作系统（多道批处理）批处理操作系统（多道批处理）u分时系统分时系统u实时操作系统实时操作系统u个人计算机操作系统个人计算机操作系统u网络操作系统网络操作系统u分布式操作系统分布式操作系统u嵌入式操作系统嵌入式操作系统1.1.批处理操作系统批处理操作系统u工作方式工作方式1.1.用户将作业交给系统操作员用户将作业交给系统操作员2.2.系统操作员将许多用户的作业组成一批系统操作员将许多用户的作业组成一批作业，输入到计算机系统中，在系统中作业，输入到计算机系统中，在系统中形成一个自动转接的连续的作业流形成一个自动转接的连续的作业流3.3.启动操作系统启动操作系统4.4.系统自动、依次执行每个作业系
24、统自动、依次执行每个作业5.5.由操作员将作业结果交给用户由操作员将作业结果交给用户卡片卡片早期批处理系统早期批处理系统IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡卡片片阅阅读读机机输出磁带输出磁带打打印印机机批处理操作系统特点批处理操作系统特点u 成批处理成批处理 用户自己不能干预自己作业的运行，一旦发用户自己不能干预自己作业的运行，一旦发现作业错误不能及时改正，并延长开发软件时间，现作业错误不能及时改正，并延长开发软件时间，所以适用于成熟的程序所以适用于成熟的程序u多道多道 内存中同时存放几个作业内存中同时存放几个作业 某个作业占用某个作业占用CPU，若由于某种
25、原因暂时不用，若由于某种原因暂时不用CPU，则系统让第二个作业占用，则系统让第二个作业占用CPUSPOOLingSPOOLing系统（技术）系统（技术）u 19611961年，英国曼彻斯特大学，年，英国曼彻斯特大学，AtalasAtalas机机u Simultaneous Peripheral Operation Simultaneous Peripheral Operation On-LineOn-Line（同时的外围设备联机操作（同时的外围设备联机操作-假脱机技术）假脱机技术）u 思想：利用磁盘作缓冲，将输入、计算、思想：利用磁盘作缓冲，将输入、计算、输出分别组织成独立的任务流，使输出分别
26、组织成独立的任务流，使I/OI/O和计和计算真正并行算真正并行SPOOLingSPOOLing系统工作原理系统工作原理u作业进入到磁盘上的输入井作业进入到磁盘上的输入井u按某种调度策略选择几种搭配得当的作业，并调入内存按某种调度策略选择几种搭配得当的作业，并调入内存u作业运行的结果输出到磁盘上的输出井作业运行的结果输出到磁盘上的输出井u结果从磁盘上的输出井送到打印机结果从磁盘上的输出井送到打印机主机主机通道通道 通道通道卡片机卡片机打印机打印机磁盘磁盘输输入入井井 输输 出出 井井主机主机终终端端分时系统的工作方式分时系统的工作方式2.2.分时操作系统分时操作系统（time-sharing s
27、ystemtime-sharing system）分时操作系统分时操作系统u时间片（时间片（time slicetime slice）操作系统将操作系统将CPUCPU的时间划分成若干个片段，的时间划分成若干个片段，称为时间片称为时间片操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务用户服务每次服务一个时间片每次服务一个时间片 (其特点是利用人的错觉，使人感觉不到其特点是利用人的错觉，使人感觉不到)分时操作系统特点分时操作系统特点u多路性多路性u交互性交互性 u“独占独占”性性u及时性及时性同时有多个用户使用一台计算机同时有多个用户使用一台计算机宏观上：是多个
28、人同时使用一个宏观上：是多个人同时使用一个CPUCPU微观上：多个人在不同时刻轮流使用微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPUCPU用户根据系统响应结果进一步用户根据系统响应结果进一步提出新请求提出新请求(用户直接干预每一步用户直接干预每一步)用户感觉不到计算机为其他人服务用户感觉不到计算机为其他人服务（OSOS提供虚机器，各个用户的虚提供虚机器，各个用户的虚机器互不干扰）机器互不干扰）系统对用户提出的请求及时响应系统对用户提出的请求及时响应追求目标：追求目标：及时响应及时响应(依据是响应时间依据是响应时间)响应时间：响应时间：从终端发出命令到系统给予回答所经历的时间从终端发出命令到系统给予回答
29、所经历的时间通用操作系统通用操作系统u分时系统与批处理系统结合分时系统与批处理系统结合u原则：分时优先，批处理在后原则：分时优先，批处理在后 “前台前台”：需频繁交互的作业：需频繁交互的作业 “后台后台”：时间性要求不强的作：时间性要求不强的作业业3.3.实时（操作）系统实时（操作）系统（real-time real-time systemsystem）是指使计算机能及时响应外部事件的请求，在是指使计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作所有实时设备和实时任务协调一致地工作的
30、操作系统系统分类：分类：u第一类：实时过程控制第一类：实时过程控制 工业控制，军事控制，工业控制，军事控制，.u第二类：实时通信（信息）处理第二类：实时通信（信息）处理 电讯（自动交换），银行，飞机订票电讯（自动交换），银行，飞机订票 股市行情股市行情实时操作系统实时操作系统追求目标：追求目标：u对外部请求在严格时间范围内作出反应对外部请求在严格时间范围内作出反应u高可靠性高可靠性特征：特征：关键参数关键参数 是是 时间时间 例子：工业过程控制系统例子：工业过程控制系统汽车装配线汽车装配线u硬实时系统（例子？）硬实时系统（例子？）某个动作绝对必须在规定的时刻或时间范围完成某个动作绝对必须在规定
31、的时刻或时间范围完成u软实时系统（例子？）软实时系统（例子？）接受偶尔违反最终时限接受偶尔违反最终时限4.4.个人计算机操作系统个人计算机操作系统(单用户多任务单用户多任务)u计算机在某一时间内为单用户服务计算机在某一时间内为单用户服务u追求目标：追求目标：界面友好，使用方便界面友好，使用方便 丰富的应用软件丰富的应用软件5.5.网络操作系统网络操作系统基于计算机网络基于计算机网络 在各种计算机操作系统上在各种计算机操作系统上 按网络体系结构协议标准开发的软件按网络体系结构协议标准开发的软件u包括网络管理，通信，安全，资源共包括网络管理，通信，安全，资源共享和各种网络应用享和各种网络应用u目标
32、：相互通信，资源共享目标：相互通信，资源共享网络操作系统网络操作系统u通常操作系统的功能：处理机管理、存储器管通常操作系统的功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理等理、设备管理、文件管理等u网络通信功能：通过网络协议进行高效、可靠网络通信功能：通过网络协议进行高效、可靠的数据传输的数据传输u网络资源管理：协调各用户使用网络资源管理：协调各用户使用u网络服务：文件和设备共享，信息发布网络服务：文件和设备共享，信息发布u网络管理：安全管理、故障管理、性能管理等网络管理：安全管理、故障管理、性能管理等u互操作：直接控制对方比交换数据更为困难互操作：直接控制对方比交换数据更为困难6.6.分布
33、式操作系统分布式操作系统u分布式系统：处理和控制的分散（相对于集中分布式系统：处理和控制的分散（相对于集中式系统）式系统）u分布式系统是以计算机网络为基础的，它的基分布式系统是以计算机网络为基础的，它的基本特征是处理上的分布，即功能和任务的分布本特征是处理上的分布，即功能和任务的分布u分布式操作系统的所有系统任务可在系统中任分布式操作系统的所有系统任务可在系统中任何处理机上运行，自动实现全系统范围内的任何处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载务分配并自动调度各处理机的工作负载分布式操作系统的特征分布式操作系统的特征1.1.是一个统一的操作系统是一个统一的操作系
34、统 若干个计算机可相互协作共同完成一项任务若干个计算机可相互协作共同完成一项任务2.2.资源进一步共享资源进一步共享3.3.透明性透明性 资源共享，分布对用户来讲是不知道的资源共享，分布对用户来讲是不知道的4.4.自治性自治性 处于分布式系统的多个主机处于平等地位，无处于分布式系统的多个主机处于平等地位，无主从关系主从关系5.5.处理能力增强、速度更快、可靠性增强处理能力增强、速度更快、可靠性增强智能卡智能卡移动通信移动通信计算机外设计算机外设机顶盒机顶盒零售设备零售设备印刷机印刷机复印机复印机互联网服务器互联网服务器电话交换设备电话交换设备7.7.嵌入式操作系统嵌入式操作系统什么是嵌入式系统
35、？什么是嵌入式系统？u在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统u它们是一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、它们是一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、装置或系统可以不是装置或系统可以不是“计算机计算机”u通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境中通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境中u由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此称为嵌由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此称为嵌入式系统入式系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统u嵌入式操作系统（嵌入式操作系统（Embedded Operating Syst
36、emEmbedded Operating System）是运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系是运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源统以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件 嵌入式操作系统嵌入式操作系统 具有某些实时系统的特征具有某些实时系统的特征 但有限制条件但有限制条件 大小、内存、能源大小、内存、能源操作系统的另一种分类操作系统的另一种分类（TanenbaumTanenbaum）u主机操作系统主机操作系统u服务器操作系统服务器操作系统u多处理机操作系统多处理机操
37、作系统u个人计算机操作系统个人计算机操作系统u实时操作系统实时操作系统u嵌入式操作系统嵌入式操作系统u智能卡操作系统智能卡操作系统主机操作系统主机操作系统u数据中心数据中心 大型电子商务服务站大型电子商务服务站u与个人计算机比较与个人计算机比较 I/OI/O处理能力处理能力u操作系统提供三类服务操作系统提供三类服务 批处理、事务处理、分时处理批处理、事务处理、分时处理uOS/390 OS/390 智能卡操作系统智能卡操作系统u智能卡：一种包含有一块智能卡：一种包含有一块CPUCPU芯片的信用卡芯片的信用卡u特点：特点：非常严格的运行能耗和存储空间的限制非常严格的运行能耗和存储空间的限制 有些智
38、能卡只有单项功能，诸如电子支付有些智能卡只有单项功能，诸如电子支付u专用的操作系统专用的操作系统u有些智能卡是面向有些智能卡是面向JavaJava的。其含义是在智能卡的的。其含义是在智能卡的ROMROM中中有一个有一个JavaJava虚拟机解释器。虚拟机解释器。Java Java 小程序被下载到卡中小程序被下载到卡中并由并由JVMJVM解释器解释。有些卡可以同时处理多个解释器解释。有些卡可以同时处理多个Java Java 小程序，这就是多道程序，并且需要对它们进行调度。小程序，这就是多道程序，并且需要对它们进行调度。在两个或多个小程序同时运行时，资源管理和保护就在两个或多个小程序同时运行时，资
39、源管理和保护就成为突出的问题。这些问题必须由卡上的操作系统处成为突出的问题。这些问题必须由卡上的操作系统处理理智能卡操作系统智能卡操作系统n 在读写器与智能卡之在读写器与智能卡之间通过间通过“命令命令-响应对响应对”方式进行通信和控制方式进行通信和控制n 读写器发出操作命令，读写器发出操作命令，智能卡接收命令智能卡接收命令n 操作系统对命令加以操作系统对命令加以解释，完成命令的解密解释，完成命令的解密与校验与校验n 操作系统调用相应程操作系统调用相应程序来进行数据处理，产序来进行数据处理，产生应答信息，加密后送生应答信息，加密后送给读写器给读写器 作业作业u你如何看待操作系统的标准化问题？请你如何看待操作系统的标准化问题？请以以LinuxLinux为例，总结该操作系统标准化发为例，总结该操作系统标准化发展进程展进程u讨论智能卡操作系统的发展及其应用讨论智能卡操作系统的发展及其应用