嵌入式原理与应用与应用金伟正jwz@eis.whu.edu.cn操作系统基本理论(一)导论学好操作系统不仅能掌握操作系统的基本理论，而且能具备开发系统软件的技能，建立并行程序设计的思想方法，且为学习数据库系统、计算机网络、分布式系统等课程打下基础。操作系统有如下特点：①内容庞杂、涉及面广它要管理系统中所有的软、硬件资源，控制计算机的工作流程。它在计算机系统中处在裸机与应用层之间，对下直接与硬件接口，对上要提供简单、方便的用户界面。②实践性强操作系统来自在客观需要，现正运行在各种不同类型的机器上。操作系统原理中的概念在实际操作系统中体现，操作系统的实现技术在实际操作系统中实施。操作系统并不是空洞、抽象的理论。操作系统原理与实际系统相结合，应包括二个层次：首先，操作系统的基本概念、原理、实现技术与操作系统实例相结合，通过剖析实例操作系统中某一概念的定义，某一算法的实现，加深对原理的理解。其次，通过实验手段实现操作系统某一功能，进一步还可以通过设计型的课程设计掌握多任务（进程）操作系统的实现技术。第一章绪论一、计算机系统结构与操作系统的关系1．1存储程序式计算机的结构和特点VonNeumann结构：存储程序式计算机可称为VonNeumann计算机，包括五大部件：控制器、运算器、存储器、输入装置、输出装置。这种计算机的模型是顺序过程计算模型，所以它的特点是集中顺序过程控制。哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开结构。CPU主存储器外存接口I/O接口外存接口外存接口1．2计算机结构与操作系统的关系VonNeumann计算机是集中顺序过程控制。早期的单用户操作系统只允许一个用户使用计算机，该用户独占计算机资源，整个系统为他的程序服务。此时，除了CPU和外部设备有可能提供并行操作外，其余都是顺序操作。为了提高资源利用率，人们努力把单处理机系统改造成逻辑上多处理机系统，而且使之能进行并行处理。让多个用户共用一个计算机系统，就必须解决多个用户的算题任务共享计算机系统资源的问题，也需要解决系统如何控制多个算题任务的共同执行。为此提出了多道程序设计技术、分时技术，以及解决资源分配和调度、进程及进程间交互作用等问题的技术。由于计算机系统的计算模型是顺序模型，其特点为集中顺序过程控制，因而导致操作必然具备并发、共享的特点。而这种特征正蕴藏着一对矛盾，既硬件结构是顺序过程计算机模型，而操作系统却是并行处理（计算）模型，这种类型的矛盾，使操作系统变得非常复杂，不易理解，成为一个庞然大物，且其效果并不一定很理想。随着计算机的迅猛发展，操作系统出现了多种形式：批量操作系统、分时操作系统、实时操作系统、单用户磁盘操作系统、计算机网络和分布式操作系统等等。另一方面，人们也在研究与并行计算模型一致的计算机系统结构，流水线机——单指令流多数据流的阵列机，还有多指令流多数据流的多处理机系统，多计算机系统。二、操作系统的形成程发展手工操作阶段批处理执行系统批处理操作系统分时操作系统个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。2．1批处理批量监督程序实现作业建立和作业过渡自动化。监督程序是一个驻留在主存的小的核心代码。包括：联机批处理、脱机批处理、执行系统。2．2多道程序设计技术与批量操作系统中断和通道技术出现以后，I/O设备和中央处理机可以并行操作。从微观上看，一个时刻只有一个程序在处理机上运行；从宏观上看几道程序都处于执行状态，有的在处理机上运行，有的在外设处理，有的在输入数据，它们的工作都在向前推进。对于单处理机而言，多道程序在逻辑上的同时执行称为并发执行，它和多道程序同时在多个处理机上执行是有区别的。前者是逻辑上并行，后者是物理上的并行。特点：A多道B宏观上并行C微观上串行。在批处理系统中，采用多道程序设计形成了多道成批系统。批量操作系统把用户提交的作业(相应的程序，数据和处理步骤)成批送入计算机，然后由作业调度程序自动选择作业运行。其特点是批量。2．3分时技术与分时操作系统分时技术：是把处理机时间划分成很短的时间片(如几百毫秒)轮流分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配的时间片用完之前计算还未完成，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算。此时处理机让给另一个作业使用。这样，每个用户的各次要求都能得到快速响应，给每个用户印象是：独占一台计算机。分时操作系统：采用分时技术的系统一般采用时间片轮的方法，使一台计算机同时为多个终端用户服务。该系统对每个用户都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。特点：①多路调制性：即众多联机用户可以