嵌入式系统原理与设计 教学课件 作者 蒋建春 主编 第6章 嵌入式操作系统.pptVIP

6.1.1操作系统的基本概念 1．操作系统的定义 操作系统有效的组织和管理计算机系统的各种软件、硬件资源，合理的组织计算机系统的工作流程,控制程序的执行，并向用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。 （1）操作系统是计算机系统的资源管理者 （2）改善人机界面，为用户提供友好的工作环境 对计算机系统而言，操作系统是对所有系统资源进行管理的程序集合，对用户而言，操作系统提供了对系统资源进行有效利用的简单抽象方法。 2. 操作系统的结构 驱动程序 内核 接口库 外围 6.1.2 操作系统主要功能 操作系统的五大管理功能：进程管理、文件管理、存储管理、设备管理和作业管理。 1．进程与CPU管理 操作系统对进程的管理包含如下几个方面： （1）进程控制 创建任务、撤销任务以及控制任务在运行过程中的状态转换。 （2）任务调度 从任务就绪队列中，按照一定的算法选择一个任务，使其得到CPU控制权，开始运行。在任务完成后，放弃CPU。 （3）任务同步 设置任务同步机制，协调各任务的运行。 （4）任务通信 提供任务间通信的各种机制。 2 存储器管理 存储器管理的主要任务是为多任务的运行提供高效稳定的运行环境。一般包含： （1）地址重定位 在多任务环境下，每个任务动态创建，任务的逻辑地址必须转换为主存的物理地址。 （2）内存分配 为每个任务分配内存空间，使用完毕后收回分配的内存。 （3）内存保护 保证每个任务都在自己的内存空间内运行，各程序互不侵犯，尤其是保护操作系统占用的内存空间。 （4）存储器扩展 通过建立虚拟存储系统来对主存容量进行逻辑扩展。虚拟存储器允许程序以逻辑方式寻址，而不用考虑物理内存的大小。当一个程序运行时，只有部分程序和数据保存在内存中，其余部分存储在介质上。 3 文件系统 文件系统对用户文件和系统文件进行管理，保证文件的安全性，实现信息的组织、管理、存取和保护。文件管理的主要任务是： （1）目录管理：所有的目录项构成一个目录文件。目录管理为每个任务创建其目录项，并对其进行管理。 （2）文件读写管理：文件系统根据用户的需要，按照文件名查找文件目录，确定文件的存储位置，然后利用文件指针进行读写操作。 （3）文件存取控制：为了防止文件被非法窃取或者破坏，文件系统中需要建立文件访问控制机制，保证数据的安全。 （4）存储空间管理：文件存储管理提高存储空间的利用率，优化文件操作的速度。 常见的文件系统有FAT16，FAT32，NTFS等。 4 设备管理 设备管理的主要目的是屏蔽设备硬件特性、提高设备的利用率。除CPU和内存外，计算机系统的其他硬件都属于外部设备。设备管理主要包括以下几个方面。 （1）缓冲管理 由于CPU与I/O设备的速度相差很大，通常设备管理需要建立I/O缓冲区，并对缓存区进行有效管理。 （2）设备分配 用户提出I/O设备请求后，设备管理程序对设备进行分配，使用完成后收回设备。 （3）设备驱动 设备驱动程序提供CPU与设备控制器间的通信。CPU向设备发出I/O请求，接收设备的中断请求，并能及时的响应。 5 作业管理 操作系统屏蔽了硬件操作的细节，用户通过操作系统提供的接口访问计算机的硬件资源。操作系统提供系统命令一级的接口，供用户用于组织和控制自己的作业运行 （1）命令接口 分为联机命令接口和脱机命令接口。联机命令接口为联机用户提供，由一组命令和解释程序构成。脱机命令为批处理系统的用户提供。 （2）程序接口 用户获得操作系统服务的唯一途径，由一组系统调用组成。在高级语言中如C语言，提供与系统调用一一对应的库函数，应用程序通过调用库函数来完成操作。 （3）图形接口 图形接口提供对屏幕上的对象进行操作，完成程序控制和操作，方便用户对软硬件资源的使用GUI的主要构件是窗口、菜单和对话框。 6.1.3 操作系统的分类 1．分时操作系统 分时操作系统将CPU的工作时间划为许多很短的时间片，轮流为各个终端的用户服务。分时系统具有以下儿个基本特征： （1）多路性。一台主机可连接多台终端，多个终端用户可以同时使用计算机，共亨系统的硬软件资源。 （2）独立性。各个用户的操作互不干扰，每一个用户都认为整个计算机系统被他所独占，为他服务。 （3）交互性。用户能与系统进行对话。在一个多步骤作业的运行过程中，用户能通过键盘等设备输入数据或命令，系统获得用户的输入后作出响应，显示执行的状况或结果。 （4）及时性。系统一般能在一秒钟内接受和响应用户的输入命令或数据，在数秒内显示命令的执行结果。 2．实时系统 实时操作系统是一种能在限定的时间内对输入进行快速处理并作出响应的计算机处理系统。根据对响应时间