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四、嵌入式操作系统

在各种电器、电子和智能机械上,嵌入安装着各种微处理器或微控制芯片。嵌式操作系统( Embedded Operating System)就是运行在嵌入式芯片环境中,对整个芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。嵌入式操作系统具有高可靠性、实时性、占有资源少、智能化能源管理、易于连接、低成本等优点。嵌入式操作系统的功能可针对需求进行裁剪、调整和生成,以便满足最终产品的设计要求。

嵌人式操作系统通常配有对应的嵌人式操作系统开发环境,在开发环境中提供了源码级可配置的系统模块设计、多种的同步原语、可选择的调度算法、可选择内存分配策略、定时器与计数器、多方式中断处理支持、多种异常处理选择、多种通信方式支持、标准C语言库、数学运算库和开放式应用程序接口。用户可以使用嵌入式操作系统开发环境,设计开发出符合各种应用要求的定制嵌入式操作系统。

嵌入式操作系统是嵌入式系统( Embedded System)的控制中心,而嵌人式系统则是嵌人式操作系统、相应设备环境与应用环境的结合,是一个很宽的概念。从字面理解好像“嵌人”就应该很小,实际上并不是这样的,小到手机的通信控制,大到一枚导弹,都可以视为嵌入式系统。或许将它理解为其他更大系统的构成子系统更合理一些。

嵌入式操作系统在工业监控、智能化生活空间(信息家电、智能大厦等)、通信系统、导航系统等领域中的应用非常广泛,也极为重要。举个简单的例子,一辆现代化的轿车里面可能有数十个微处理器,它们监控汽车发动机和各个部件的运行,彼此通信,组成一个嵌入式系统网络。这些嵌入式微处理器要接受驾驶员通过驾驶操纵装置发来的各种控制汽车运行的命令,控制汽车发动机转速的高低、喷射量的大小、转向的角度和快慢以及刹车减速的力度等。这些嵌入式微处理器还要接受汽车上大量传感器发来各种数据,如进入发动机空气流量的大小,燃油的燃烧状态(废气中CO的含量、CO2的含量以及氧的含量)等。所有的数据釆集、实时计算、智能控制、网络通信、数据管理和人机交互等诸多方面的功能,以及计算资源的分配等都需要嵌入式操作系统进行控制、协调。系统的任何故障,小则会引起汽车发动机工作不正常、浪费燃油,重则会引起汽车驾驶操纵失控、引发事故。

五、个人计算机操作系统

个人计算机操作系统( Personal Computer Operating System)是一种单用户多任务的操作系统。个人计算机操作系统主要供个人使用,功能强,价格便宜,在几乎任何地方都可安装使用。它能满足一般人操作、学习、游戏等方面的需求。个人计算机操作系统的主要特点是:计算机在某一时间内为单个用户服务;采用图形界面人机交互的工作方式,界面友好;使用方便,用户无须具备专门知识,也能熟练地操纵系统。

六、网络操作系统

为计算机网络配置的操作系统称为网络操作系统。网络操作系统( Network OperatingSystem)是基于计算机网络的、在各种计算机操作系统之上按网络体系结构协议标准设计开发的软件,它包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。

网络操作系统把计算机网络中的各个计算机有机地连接起来,其目标是相互通信及资源共享。通过网络操作系统,用户可以使用网络中其他计算机的资源、实现相互计算机间的信息交换,从而扩大了计算机的应用范围。

计算机网络有不同的模式。在集中式模式中,运算处理在主计算机里发生,终端仅作为输人/输出设备使用,通过连接两台或更多主机的方式构成计算机网络。在分布式模式中,每台计算机都有运算处理能力,多台计算机通过网络交换数据并共享资源和服务。在分布式模式中,网络环境中的计算机不仅能共享数据、资源及服务,还能够共享运算处理能力。

七、分布式操作系统

将大量的计算机通过网络连结在一起,可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。这样一种系统称作为分布式系统( Distributed System)。为分布式系统配置的操作系统称为分布式操作系统( Distributed Operating System)。分布式操作系统是网络操作系统的更高级形式,分布式操作系统除了保持了网络操作系统的各种功能之外,还具备如下的特征。

(1)分布式操作系统是一个统一的操作系统,在系统中的所有主机使用的是同一个操作系统。

(2)实现资源的深度共享。在网络操作系统中,由于各个主机使用不同的操作系统,不能随意地将一个计算任务从一台主机迁移到另一台主机执行。而在分布式系统中,通过统的操作系统的调度,在某台主机上的一个计算任务可以迁移到另一台主机上执行,真正实现了处理器资源的共享。

(3)透明性。即在用户眼里整个分布式系统像是一台具有强大功能的计算机系统。用户并不知道该分布式系统运行在多少台计算机上,各个主机地理位置上的差异对用户来讲是透明的,分布式操作系统屏蔽了这种差异。相应地,在网络操作系统中,用户能够清晰地感觉到本地主机和非本地主机之间的区别。

(4)自治性。即处于分布式系统中的各个主机都处于平等的地位,各个主机之间没有主从关系。一个主机的失效一般不会影响整个分布式系统。

分布式系统把系统中的所有计算机构成一个完整的、功能更加强大的计算机系统。分布式操作系统可以使系统中的计算机相互协作,共同完成一个大型计算任务,即把一个计算任务分解成若干可以并行执行的子任务,让每个子任务分别在不同的计算机上执行。可见分布式操作系统可以充分利用各种资源,从而使计算机系统处理能力增强,速度更快,可靠性更高。

分布式系统的优点在于它的分布式,分布式系统可以以较低的成本获得较高的运算性能。分布式系统的另一个优势是它的可靠性。由于有多个计算机系统,当一个计算机系统发生故障时,整个分布式系统仍旧能够工作。对于髙可靠的环境,如核电站等,分布式系统是有其用武之地的。

机群( Cluster)是分布式系统的一种,一个机群通常由一群处理器密集构成,机群操作系统专门服务于这样的机群。在机群操作系统的指挥下,可以用低成本的微型计算机和以太网设备等产品,构造出性能相当于超级计算机运算性能的机群。

网络操作系统与分布式操作系统在概念上的主要不同之处,在于网络操作系统可以构架于不同的操作系统之上,也就是说它可以在不同的本机操作系统上通过网络协议实现网络资源的统一配置。在网络操作系统中并不要求对网络资源透明的访问,即需要显式地指明资源位置与类型,对本地资源和异地资源访问区别对待。分布式操作系统强调单一操作系统对整个分布式系统的管理、调度。在这种操作系统中,网络的概念在应用层被淡化了,所有资源,无论是本地的还是异地的,都用同一的方式管理与访问,用户不必关心资源所在的真正物理位置,或者是如何存储的。