第一章(二)实时操作系统的基本概念
实时操作系统知识点
实时操作系统知识点1. 实时操作系统概念- 实时操作系统是一种专门为实时应用而设计的操作系统。
- 主要目标是确保系统能够在特定的时间限制内响应事件或数据,并及时完成相应的处理。
- 常见的应用包括工业控制系统、航空航天系统、军事系统等。
2. 实时系统的特点- 确定性(Determinism):系统能够在保证的时间内响应事件。
- 可响应性(Responsiveness):系统能够快速响应事件。
- 可靠性(Reliability):系统可以持续可靠地运行,不会因故障而停止服务。
- 容错性(Fault Tolerance):系统能够容忍某些类型的故障而继续运行。
3. 实时任务类型- 硬实时任务(Hard Real-Time Task):必须在严格的时间限制内完成,否则将导致系统失败。
- 软实时任务(Soft Real-Time Task):最好在规定时间内完成,但偶尔延迟也是可以接受的。
4. 调度算法- 静态优先级调度(Rate Monotonic Scheduling)- 最早截止时间优先(Earliest Deadline First)- 最短剩余时间优先(Shortest Remaining Time First)5. 中断处理- 中断是实时系统响应外部事件的主要机制。
- 中断处理程序必须快速响应,处理时间确定性。
- 中断优先级和嵌套中断的处理机制。
6. 同步与互斥- 任务之间的同步和互斥是实时系统中的关键问题。
- 常用机制包括信号量、互斥量、消息队列等。
7. 内存管理- 实时系统通常采用静态或基于分区的内存管理策略。
- 避免频繁的内存分配和回收,降低系统开销。
8. 可靠性和容错性- 实时系统需要具备高度的可靠性和容错性。
- 采用冗余设计、监控机制、错误检测和恢复等技术。
9. 实时操作系统示例- VxWorks、QNX、LynxOS、INTEGRITY、RT-Linux等。
以上是实时操作系统的一些关键知识点,涵盖了实时系统的基本概念、特点、任务类型、调度算法、中断处理、同步互斥、内存管理、可靠性和容错性等方面的内容。
《操作系统》教案》课件
《操作系统》教案（第一至第五章）一、教案概述本教案主要针对《操作系统》课程的五个章节进行详细的教学设计，包括教学目标、教学内容、教学方法、教学步骤和教学评价等方面。
通过本教案的学习，学生将掌握操作系统的基本概念、原理和关键技术。
二、教学目标1. 了解操作系统的概念、发展和分类。
2. 掌握操作系统的主要功能和架构。
3. 理解进程管理、内存管理、文件管理和设备管理的基本原理。
4. 学习操作系统的设计方法和实现技术。
三、教学内容第一章：操作系统概述1. 操作系统的概念和发展历程2. 操作系统的目标和功能3. 操作系统的分类和特点第二章：操作系统架构1. 操作系统的主要组件2. 操作系统的层次结构3. 操作系统的接口和API第三章：进程管理1. 进程的概念和特性2. 进程的状态和转换3. 进程调度算法4. 进程同步与互斥5. 死锁与饥饿问题第四章：内存管理1. 内存分配与回收策略2. 内存分页和分段3. 虚拟内存技术4. 页面置换算法5. 内存保护机制第五章：文件管理1. 文件和目录的概念2. 文件系统的组织结构3. 文件存储分配策略4. 文件访问控制5. 磁盘空间管理和文件备份策略四、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和关键技术。
2. 案例分析法：分析实际操作系统案例，加深对原理的理解。
3. 实验法：通过上机实验，巩固理论知识。
4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作能力。
五、教学步骤1. 引导：介绍本章主题，激发学生兴趣。
2. 讲解：详细讲解本章的核心概念和原理。
3. 案例分析：分析实际案例，加深学生对原理的理解。
4. 练习与讨论：布置练习题，组织小组讨论。
5. 总结：对本章内容进行归纳和总结。
六、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况。
2. 练习题：评估学生对知识的掌握程度。
3. 实验报告：评价学生的实践操作能力。
4. 小组讨论报告：评估学生的团队合作和沟通能力。
七、教学资源1. 教材：选用权威、实用的操作系统教材。
操作系统基本概念
操作系统基本概念操作系统是指计算机系统中的核心软件，它是一组管理计算机硬件与软件资源、控制程序运行、提供用户接口、实现文件管理和网络通信等功能的程序集合。
操作系统的基本概念主要包括四个方面：进程管理、存储管理、文件系统和设备管理。
1.进程管理：进程是指正在运行的程序的实例，它是计算机系统中最基本的运行单位。
操作系统通过进程管理来控制和分配计算机系统中的资源。
进程管理包括进程的创建与撤销、进程状态的转换（就绪、运行、等待）、进程调度和进程间通信等。
进程调度是操作系统的核心功能之一，它决定了计算机系统中各个进程的运行顺序和调度策略。
常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、最高优先级优先（PRIORITY）和时间片轮转（RR）等。
2.存储管理：存储管理是操作系统管理计算机的内存资源，它主要包括内存分配与回收、地址映射和内存保护等。
操作系统通过存储管理来实现程序的加载和运行、保护不同进程的内存空间和实现虚拟内存等功能。
内存分配与回收是存储管理的核心功能之一，它负责为不同的进程分配内存空间，以满足程序的运行需求。
常见的内存分配算法包括首次适应算法（FFA）、最佳适应算法（BFA）和最坏适应算法（WFA）等。
地址映射是操作系统将逻辑地址转换为物理地址的过程，它涉及到页表、分段表等数据结构来实现。
通过地址映射，操作系统能够为进程提供一致性的内存访问，实现虚拟内存等功能。
3.文件系统：文件系统是操作系统管理计算机存储设备上的文件和目录的方法，它通过文件、目录和文件操作来为用户管理和存储数据。
文件系统还提供了对文件的共享、保护和存取控制等功能。
常见的文件系统包括FAT、NTFS（Windows操作系统）、EXT2/3/4（Linux操作系统）等。
文件系统通过将文件组织为目录树的结构，方便用户对文件进行管理和存取。
文件操作是文件系统的核心功能之一，包括文件的创建、删除、读取和写入等。
文件系统通过文件操作接口提供给用户对文件的操作和访问。
实时操作系统RTOS发展概述
（2）抢占式任务调度测试：通过设置不同的优先级，测试RTOS在不同优先 级任务间的切换情况。
（3）静态优先级调度测试：为不同任务分配固定的优先级，测试RTOS在处 理静态优先级任务时的性能。
2、中断处理测试
中断处理是RTOS的重要功能之一，它用于处理外部事件的紧急响应。中断处 理测试的主要目标是评估RTOS在处理外部中断时的响应速度和处理能力。在实际 测试中，可以通过以下方法进行测试：
实时操作系统RTOS发展概述
目录
01 实时操作系统（RTOS） 发展概述
02 参考内容
实时操作系统（RTOS）发展概 述
随着嵌入式系统和物联网技术的飞速发展，实时操作系统（RTOS）在诸多应 用领域变得越来越不可或缺。本次演示将简要回顾RTOS的发展背景和现状，阐述 其定义、特点和应用领域，分析当前的市场前景和主要竞争对手，介绍RTOS的技 术实现方案并列举实际应用案例，最后总结RTOS的发展历程和应用价值，提出未 来的发展趋势和应用前景。
4、可定制性：为了满足不同应用的需求，实时操作系统将提供更多的可定 制选项。用户可以根据自己的需求来选择和配置操作系统，以满足特定的性能和 功能需求。
5、安全性增强：随着系统复杂性和连通性的增加，安全性成为了一个重要 的问题。实时操作系统将越来越注重安全性增强，包括对内存保护、数据加密和 访问控制等功能的支持。
（1）绝对时间戳测试：获取系统当前时间戳，与标准时间进行对比，计算 时间误差。
（2）相对时间戳测试：在不同时间点获取系统时间戳，并计算时间差值， 评估RTOS的时间戳稳定性。
三、结论
实时操作系统实时性能测试技术是评估RTOS性能的重要手段。通过对RTOS的 任务调度、中断处理和时间戳等功能进行全面测试，可以准确评估RTOS的性能， 为相关应用提供参考。在未来的研究中，应该继续深入探讨实时性能测试技术， 提高RTOS的性能评估准确性和效率。
操作系统基本概念与原理
操作系统基本概念与原理操作系统是计算机系统中的核心组成部分，它承担着管理计算机硬件和软件资源的重要任务。
本文将介绍操作系统的基本概念和原理，帮助读者理解操作系统的功能和运行机制。
一、操作系统的定义与作用操作系统是一种控制和管理计算机系统硬件和软件资源的软件系统。
它的作用主要包括以下几点：1.资源管理：操作系统负责对计算机的硬件资源进行统一管理，包括处理器、内存、磁盘、输入输出设备等。
它通过分时、分配、调度等技术，合理利用这些资源，为用户提供高效的计算环境。
2.进程管理：操作系统负责对进程的创建、调度和终止进行管理。
它将计算机的处理能力分时分配给各个进程，以保证它们能够正常运行。
3.内存管理：操作系统负责对内存资源进行管理，包括内存的分配、回收和保护。
它通过虚拟内存技术，为每个进程提供独立的内存空间，实现进程间的隔离和保护。
4.文件管理：操作系统负责对文件进行管理，包括文件的创建、读写、删除和保护等。
它提供了文件系统接口，方便用户对文件进行操作。
5.设备管理：操作系统负责对计算机的输入输出设备进行管理，包括设备的分配、控制和维护等。
它通过设备驱动程序，为用户提供方便的设备访问接口。
二、操作系统的基本原理操作系统的运行基于以下几个基本原理：1.并发原理：多个进程可以同时运行，操作系统需要保证它们之间的公平竞争和资源分配。
通过引入进程调度、互斥锁等机制，操作系统实现了进程间的并发执行。
2.共享原理：多个进程可以共享同一资源，操作系统需要确保资源能够被合理共享。
通过引入访问控制机制，操作系统实现了资源的共享和保护。
3.虚拟化原理：通过虚拟化技术，操作系统为每个进程提供了独立的虚拟机，使它们可以独立运行，互不干扰。
同时，操作系统还可以通过虚拟内存、虚拟设备等技术，将有限的物理资源虚拟化为更多的逻辑资源。
4.持久化原理：操作系统需要将进程的数据和程序保存到永久存储介质中，以便在系统重启后能够恢复。
通过文件系统和存储管理技术，操作系统实现了数据的持久化存储。
实时操作系统基本概念
第一章实时操作系统基本概念操作系统是管理计算机硬件、软件资源，提高资源利用率，方便用户应用计算机的最基本的系统软件。
操作系统一般具有存储管理、进程管理、设备管理、文件管理、作业管理等五项基本功能，表现出并发、共享、虚拟等特征。
按追求的目标和所适应的环境，操作系统分为多道批处理系统、分时系统和实时系统。
实时系统是指计算机对特定的输入作出快速反应，以控制发出实时信号的对象。
实时控制系统应用的操作系统是典型的实时操作系统，它要求系统可靠性高，反应速度快，响应速度在ms级甚至ns级。
实时系统大都是具有特殊用途的专用系统，只允许访问有限的专用程序及实现通用操作系统的部分功能，以换起可靠性和实时性。
实时系统有软实时系统和硬实时系统之分。
软实时系统要求各任务尽快地执行，在规定的时间内都执行完，而不要求某一具体任务在特定时间内完成。
硬实时系统不仅要求各任务在规定的时间内必须完成，而且每个任务必须准时执行。
多数实时系统都是嵌入式的，计算机建在系统内部，用户看不到。
应用程序是一个无限的循环，循环中调用有关函数以完成相应的操作，这部分看成后台行为（background）；中断复合程序处理异步事件，这部分看成前台行为（foreground）。
后台叫作任务级，前台叫作中断级。
时间相关性很强的操作一般靠中断服务来保存（前台操作），但中断服务产生的信息要交给后方应用程序处理。
当后方运行到处理该信息时，才能得到处理。
从前台中断到后台任务处理所产生的时差称作任务级响应时间。
多任务运行的实现靠的是CPU（中央处理单元）在许多任务之间转换和调度。
CPU只有一个，轮番服务于一系列任务中的某一个。
在实时应用中，多任务化的最大特点是，开发人员可以将很复杂的应用程序层次化。
使用多任务，应用程序将更容易设计与维护。
一个任务，也称作一个线程，是一个简单的程序，该程序认为CPU完全只属于自己。
实时应用程序的设计包括如何把问题分割成多个任务。
每个任务都是整个应用程序的一部分，都被赋予一定的优先级，有自己的一套CPU寄存器和伐空间（如图F2.2所示）。
(计算机基础知识)操作系统基本概念
(计算机基础知识)操作系统基本概念操作系统基本概念操作系统（Operating System，简称OS）是计算机系统中的核心软件之一，它负责管理和协调计算机硬件、软件资源，提供用户与计算机硬件之间的接口，为应用程序的执行提供环境。
在计算机基础知识中，操作系统是一个重要的概念，下面将从操作系统的定义、功能和分类等方面展开论述。
一、操作系统的定义操作系统是指控制和管理计算机硬件及各种软件资源，合理分配计算机系统资源，为用户提供良好的使用环境的系统软件。
它是计算机系统的核心组成部分，负责处理硬件与软件之间的交互，并提供各种服务，如进程管理、内存管理、文件管理、设备管理等。
二、操作系统的功能1.进程管理：操作系统负责创建、调度和终止进程，保证多个进程在计算机资源上合理高效地共享。
2.内存管理：操作系统管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收和虚拟内存的管理，确保各个进程能够得到足够的内存空间。
3.文件管理：操作系统负责管理计算机上的文件系统，包括文件的存储、读写、保护和共享等，提供对文件的操作和管理。
4.设备管理：操作系统管理计算机的各种输入输出设备，包括设备的初始化、分配、控制和处理设备的中断等。
5.用户接口：操作系统为用户提供与计算机硬件交互的接口，包括命令行界面、图形用户界面和网络接口等，使用户可以方便地操作计算机。
三、操作系统的分类根据计算机系统的结构和特点，操作系统可以分为以下几类：1.批处理操作系统：批处理操作系统是最早的一种操作系统，它按照用户提交的作业顺序，自动进行作业的运行，无需用户交互。
2.分时操作系统：分时操作系统允许多个用户同时使用计算机系统，每个用户分配到一定的时间片来执行程序。
3.实时操作系统：实时操作系统要求在特定的时间限制内完成任务，常用于对时间要求较高的实时应用领域，如工业控制和航空航天等。
4.网络操作系统：网络操作系统是在分布式计算环境下运行的操作系统，多台计算机通过网络连接，在操作系统的管理下协同工作。
嵌入式实时操作系统简介
嵌入式实时操作系统简介嵌入式实时操作系统简介一：引言嵌入式实时操作系统（RTOS）是一类特殊的操作系统，用于控制和管理嵌入式系统中的实时任务。
本文将介绍嵌入式实时操作系统的基本概念、特点和应用领域。
二：嵌入式实时操作系统的定义1. 实时操作系统的概念实时操作系统是一种能够处理实时任务的操作系统。
实时任务是指必须在严格的时间约束内完成的任务，例如航空航天、工业自动化和医疗设备等领域的应用。
2. 嵌入式实时操作系统的特点嵌入式实时操作系统相比于通用操作系统具有以下特点：- 实时性：能够满足严格的时间要求，保证实时任务的及时响应。
- 可靠性：具备高可用性和容错能力，能够保证系统的稳定运行。
- 精简性：占用资源少，适应嵌入式系统的有限硬件资源。
- 可定制性：能够根据具体应用需求进行定制和优化。
三：嵌入式实时操作系统的体系结构1. 内核嵌入式实时操作系统的核心部分，负责任务和资源管理、中断处理和调度算法等。
- 任务管理：包括任务的创建、删除、挂起和恢复等。
- 资源管理：包括内存、文件系统、网络资源等的管理。
- 中断处理：负责中断的响应和处理。
- 调度算法：根据任务的优先级和调度策略进行任务的调度。
2. 设备管理嵌入式实时操作系统需要与各种外设进行通信和交互，设备管理模块负责管理设备驱动、中断处理和设备的抽象接口等。
3. 系统服务提供一系列系统服务，例如时钟管理、内存管理和文件系统等，以支持应用程序的运行。
四：嵌入式实时操作系统的应用领域嵌入式实时操作系统广泛应用于以下领域：1. 工业自动化：用于控制和监控工业设备和生产过程。
2. 航空航天：用于飞行控制、导航和通信系统。
3. 交通运输：用于车辆控制和交通管理。
4. 医疗设备：用于医疗仪器和设备控制和数据处理。
附件：本文档附带示例代码和案例分析供参考。
注释：1. 实时任务：Real-Time Task，简称RTT。
2. 嵌入式系统：Embedded System，简称ES。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
答：
20 15 10 0.807
70 80 30
n(n 2 1) 3(3 2 1) 0.777
不满足公式要求，所以三个进程是不可调度的
对于截止期优先算法或最小裕度算法，若满足下列 条件：
n Ci 1
P i1 i
则这个进程集被称为可调度的。 式中：C为若干个进程的周期；P为它们任务所需的
式中：prio为进程的优先级别；k为比例系数； T为进程的周期
例2－1 一个事件发生周期为T＝200ms，一般 需要运行50ms才完毕。试按RM算法确定该 进程的优先级别prio
答：如果取k=1,根据T=200ms=0.2S,则
prio k 1 T
结果：5
2.截止期限最早优先算法
2.2.3实时调度
.实时操作系统的调度器必须采用基于优先级的调 度算法.
两种类型: 1.静态优先级调度算法 2.动态优先级调度算法
1.单调速率RM（Rate-Monotonic)算法 属于静态算法,主要是用来处理周期性实时进程的， 它根据进程执行周期的长短来决定进程的优先级 别。
进程优先级别公式： prio k 1 T
判断进程是否有可能超出截止期限的算法如下：
d D (t1 E) 0
式中：D为进程的截止期限；t1为系统当前时间； E为设计时估算的时间；d为进程的截止裕度
2.2.4实时进程的可调度性
实时进程的可调度性是指多个实时进程是否可 经过适当的调度使它们都能正确地完成工作。
对于RM算法，若满足下列条件：
2.2.1实时操作系统 1.实时操作系统必须是多任务系统 2.实时操作系统内核应该是可剥夺型的 3.进程调度的延时可预测并尽可能小 4.系统提供的服务时间可预知 5.中断延时尽可能小
• 可剥夺式:当一个进程正在被处理器所运行 时,其他就绪进程可以按照事先规定的规定 的规则,强行剥夺正在运行进程的处理器使 用权,而使自己获得处理器使用权并得以运 行
单片机
CPU寄 存器组
随机读写 存储器 (RAM)
程序存储 器(闪存)
逻辑磁 盘
(U盘,CF 卡,SD卡, 闪存IDE 盘等)
2.2.7实时系统与普通系统的比较
.
小结
.实时系统 .实时系统的基本要求:1.功能正确2.时间正确 .实时操作系统
时间
例2－3 假如有三个同时发生的周期型进程；进程1， 进程2，进程3，周期分别为 P1=70ms,P2=80ms,P3=30ms,它们完成任务的 时间分别为：C1=20ms,C2=15ms,C3=10ms。 试判断该进程是否为可调度的。
答：
20 15 10 0.807
70 80 30
n Ci n(n 2 1)
P i1 i
则这个进程集被称为可调度的。 式中：C为若干个进程的周期；P为它们任务所
需的时间
例2－2 假如有三个同时发生的周期型进程；进 程1，进程2，进程3，周期分别为 P1=70ms,P2=80ms,P3=30ms,它们完成任务
的时间分别为： C1=20ms,C2=15ms,C3=10ms。试判断该进 程是否为可调度的。
2.1.2实时系统的特点
1.实时任务具有确切的完成时限 . 必须在有限的时间内完成的任务称实时任务. . 用来完成实时任务的系统称实时系统. .相对来说,如果系统完成任务的期限要求不十
分严格,这种系统称软实时系统.
2.实时任务的活动是不可逆的 3.实时任务大多数由外部事件激活的
2.2计算机实时操作系统
第一章 (二) 实时操作系统的基本概念
2.1实时系统及其特点
2.1.1什么是实时系统
如果一个系统能及时响应外部事件的请求, 并能在规定的时间内完成对事件的处理,这 种系统称实时系统.
对实时系统的两个基本要求:
1.实时系统的计算必须产生正确的结果,称为 逻辑或功能正确.
2.实时系统的计算必须在预定的时间内完成. 称为时间正确.
1
满足公式要求，所以三个进程是可调度的
2.2.5实时系统的时钟
1.实时时钟在系统中的重要意义 .在按时间片实施调度的实时系统中,时钟中断
控制进程调度,实现并发运行 .在每次中断服务程序中,通过时钟对进程状态
进行切换处理.
2.实时时钟的精度
2.2.6实时系统的存储管理
.一般不采用硬盘 .随机读写存储器RAM .闪存(Flash Memory) .逻辑磁盘(RAMDisk)例如U盘,CF卡,SD卡,等.
该算法认为，进程截止期限越近，则该进 程紧急程度越高。因此，在确定系统中进 程优先级别时是按照进程截止期限的远近 来确定的，在具体实现时也按照优先级来 排队。
进程A运行 进程B运行
进程C运行
Da
Db
Dc
0 t1
t
3.可达截止期限最早优先算法 在调度时，先观察所有被激活的进程里是否有 进程在该进程的截止期限内干不完的事情，如 果有，那么这种进程就不运行了，而去运行那 些能把工作做完的进程