实时操作系统基本概念
概述1-嵌入式实时操作系统基本特征
进入了被中断状态。
3.多任务系统 10
μC/OS-Ⅱ状态切换的函数： μC/OS-Ⅱ中一些函数提供的服务，这些函数使任务从一种状态变到另一种状态。
3.多任务系统 11
任务切换
Context Switch 实际含义是任务切换，或CPU寄存器内容切换。
概述1-嵌入式实时操作系统特征
教学内容
2
1. 实时操作系统(RTOS)基本特征 2. 前后台系统 3. 多任务系统
1.实时操作系统(RTOS)基本特征 3
基本特征
高效的任务管理
1.支持多任务 2.优先级管理 3.任务调度：优先级的抢占式调度、时间片轮转调度 4.支持快速而确定的上下文切换
快速灵活的任务间通信
任务的优先级低，还暂时不能运行。
运行态：是指该任务掌握了CPU的控制权，正在运行中。
挂起状态：也可以叫做等待事件态 WAITING，指该任务在等待，等待某一事件的发
生， （例如等待某外设的 I/O操作，等待某共享资源由暂不能使用变成能使用状态， 等 待定时脉冲的到来或等待超时信号的到来以结束目前的等任务系统 8
任务的状态 每个任务都处在以下5种状态之一的状态
休眠态 就绪态 运行态 挂起态(等待某一事件发生) 被中断态
3.多任务系统 9
休眠态：相当于该任务驻留在内存中，但并不被多任务内核所调度。
就绪：意味着该任务已经准备好，可以运行了，但由于该任务的优先级比正在运行的
任务切换过程增加了应用程序的额外负荷。CPU的内部寄存器越多，额外 负荷就越重。做任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要入栈。
3.多任务系统 6
操作系统的基本概念、功能、组成及分类
操作系统的基本概念、功能、组成及分类操作系统的概念1、操作系统：负责管理计算机中各钟软硬件资源并控制各类软件运行（他是介于硬件和应用软件系统之间的软件，运行在逻辑上，是人与计算机通信的桥梁）2、进程指进行中的程序，既进程=程序+执行（进程有一定的生命周期，而程序可以长时间的保存）3、线程（提出它的概念主要是为了提高CPU的利用率）（由于CPU处理的速度很快可以理解成多线程是并发的）线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位4、内核态和用户态特权态既内核态：拥有计算机中所有的软硬件资源普通态既用户态：其访问资源的数量和权限均受到限制（由于安全考虑，大多数应用程序时存储在用户态的）操作系统的功能1、控制所有计算机上运行的程序2、管理所有计算机资源a、硬件资源：CPU、内存、外存和输入/输入设备b、软件资源：文件操作系统的组成1、进程管理：系统资源的分配单位（基本单位使进程重点区分一下CPU调度和分派的基本单位线程）2、存储管理：内存分配，存储保护，虚拟存储3、设备管理：管理外设和接口4、文件管理：保存程序和数据等软件信息5、程序接口：提供指令或函数的调用方式，使程序能够调用系统的服务6、用户界面：为用户提供操作环境操作系统的分类1、单用户操作系统：DOS，Windows系列一次只能运行一个用户程序2、批处理操作系统：DOS/VSE（IBM）多个程序或作业同时运行3、分时操作系统（1、经济实惠，可以充分利用计算机的资源2、分时系统的多个用户之间，可以通过文件系统彼此共享数据和共享文件，在各自的终端上协同完成共同的任务）：UNIXCPU时间分片4、实时操作系统（要求计算机对数据进行迅速处理，这种有响应时间要求的快速处理过程，叫实时操作系统）5、网络操作系统（将物理上分散的独立的多个计算机系统互联起来，通过网络协议在不同的计算机之间实现信息交换、资源共享等它们这种提供网络通信，资源共享的操作系统称为网络操作系统）典型操作系统1、服务器操作系统：Windows、Unix、LInux、Netware2、PC操作系统：DOS、Windows、MacOS3、实时操作系统：VxWorks4、嵌入式操作系统：Palm OS。
操作系统重点概念
操作系统重点概念1、进程：进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
2、线程：线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。
它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。
一条指令，必须在一个线程中被执行。
3、进程状态：进程状态是用来表示进程在内存中的状态，包括：新建、就绪、阻塞、运行、终止等状态。
4、进程调度：进程调度是操作系统中最重要的一种调度，也是操作系统提供给用户的唯一接口。
5、死锁：死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象。
6、文件系统：文件系统是操作系统在磁盘上组织文件的方法。
7、文件控制块：文件控制块是用来表示文件在磁盘上的存储结构。
8、虚拟内存：虚拟内存是操作系统提供给用户的内存，它使得应用程序认为它拥有连续可用的内存，实际上是被分割到多个不同的物理内存碎片中。
9、中断：中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况而由硬件或者软件引起的计算机执行顺序突然发生改变的现象。
10、中断向量表：中断向量表是用来存放中断处理程序的入口的。
11、系统调用：系统调用是应用程序请求操作系统为其服务的一种方式。
12、作业调度：作业调度是操作系统中用来控制作业进入内存的程序。
13、设备驱动程序：设备驱动程序是用来控制硬件设备的中断处理程序。
14、目录树：目录树是用来组织和管理文件系统中文件的树形结构。
15、文件权限：文件权限是指对文件可以进行读、写、执行等操作的权限控制。
操作系统基本概念操作系统是计算机系统的核心组件，负责管理和控制计算机系统的硬件和软件资源。
它使得计算机能够高效、有序、安全地运行各种应用程序，并提供给用户一个友好、易于使用的操作环境。
一、操作系统的定义和功能操作系统是一种系统软件，它控制计算机的硬件和软件资源，为用户和应用程序提供一个统一、标准的接口。
操作系统的主要功能包括：1、资源管理：操作系统负责分配和释放计算机的各种资源，如CPU、内存、磁盘空间、网络等。
操作系统的基本概念、功能、组成及分类
操作系统的基本概念、功能、组成及分类操作系统的基本概念、功能、组成及分类操作系统是计算机系统中最基础的软件之一，它负责管理和控制计算机的资源，为用户提供一个方便、高效、可靠的工作环境。
本文将详细介绍操作系统的基本概念、功能、组成及分类。
一、基本概念操作系统是指控制和管理计算机硬件与软件资源，合理组织计算机工作流程、提供人机交互界面的一种系统软件。
它作为计算机系统的核心，承担着资源管理、任务调度、文件管理、内存管理、设备管理等重要功能。
二、功能1. 资源管理：操作系统负责管理计算机的各种资源，包括处理器、内存、外部存储设备、输入输出设备等。
通过资源管理，操作系统能够实现资源的分配和调度，提高系统的利用率和响应性能。
2. 进程管理：操作系统通过进程管理功能，实现对应用程序的调度和控制。
它负责创建、终止、挂起、唤醒进程，并分配给它们必要的资源，确保它们能够正常执行。
3. 文件管理：操作系统提供了对文件的管理功能，包括文件的创建、读写、删除等操作。
它能够将文件存储在物理设备上，并通过文件系统提供统一的接口供用户访问。
4. 内存管理：操作系统负责管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收、地址映射等操作。
通过内存管理，操作系统能够为应用程序提供连续的内存空间，提高系统的运行效率。
5. 设备管理：操作系统负责管理计算机的各种输入输出设备，包括磁盘、打印机、键盘、显示器等。
它通过设备管理功能实现对设备的分配、控制和协调，保证用户能够正常地使用这些设备。
三、组成操作系统由内核和外壳两部分组成。
1. 内核：操作系统的核心部分，它负责管理和控制计算机的各种资源。
内核根据用户的需求，进行资源的分配和调度，实现系统的各种功能。
它是操作系统最基本的部分，通常运行在计算机的最高特权级别。
2. 外壳：外壳是操作系统的用户接口，提供给用户与操作系统进行交互的方式。
外壳可以分为命令行外壳和图形化外壳两种形式。
命令行外壳通过命令行界面接收用户的指令，并将其转发给内核执行。
操作系统的基本概念和作用
操作系统的基本概念和作用操作系统是计算机系统中的一个核心组成部分，它是一种控制和管理计算机硬件与软件资源的软件系统。
在计算机科学和信息技术领域，操作系统被广泛认可为整个计算机系统的后台管理者，它充当中间层的角色，使应用程序和计算机硬件之间建立起桥梁，保证计算机系统能够高效地运行。
操作系统的作用主要体现在以下几个方面：1. 资源管理：操作系统负责管理计算机的硬件和软件资源，包括处理器、内存、磁盘、网络等，以及应用程序对这些资源的访问和利用。
操作系统会对资源进行分配、调度和协调，确保资源以合理的方式被应用程序使用，提高资源利用率和系统的整体性能。
2. 进程管理：操作系统管理计算机上同时运行的多个进程，保证它们能够有序地进行调度和执行。
操作系统会为每个进程分配时间片，按照一定的调度算法控制进程之间的切换，使得用户感觉到同时运行的多个程序在同一时间内都在并发执行。
3. 内存管理：操作系统管理计算机的内存资源，将内存划分为若干个区域，为进程分配可用的内存空间，并提供内存的分配和回收机制。
操作系统还负责虚拟内存管理，将部分不常用的数据暂时保存在磁盘上，以空间换时间，从而提高内存的利用率。
4. 文件系统管理：操作系统管理计算机上存储的文件和目录，提供对文件的创建、读写、删除和管理等操作。
操作系统还负责文件的存储组织、磁盘空间的分配和回收，以及文件的共享和保护等功能，确保文件系统的可靠性和安全性。
5. 设备管理：操作系统管理计算机的各种硬件设备，包括键盘、显示器、鼠标、打印机等，通过设备驱动程序与硬件进行交互。
操作系统负责设备的初始化、配置和控制，使应用程序能够方便地使用各种硬件设备。
6. 用户界面：操作系统提供了与计算机系统交互的用户界面，使用户能够通过输入输出设备与计算机进行信息交流和操作。
用户界面可以是命令行界面、图形用户界面或者其他形式，通过操作系统提供的接口，用户可以运行程序、管理文件、设置系统参数等。
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。
2017年湖北省技能高考新增考点系列之：计算机操作系统基本概念
操作系统基本概念操作系统基本概念之总预览（零）1、操作系统的概述2、操作系统的发展3、操作系统的分类4、操作系统的特征5、操作系统的功能6、操作系统的接口7、操作系统的观点操作系统基本概念之操作系统的概述（一）下面描述的是计算机系统的一些基本概念：1、操作系统的定义a)操作系统是现代计算机系统中不可缺少的系统软件，是其他所有系统软件和应用软件的运行基础。
操作系统控制和管理整个计算机系统中的软硬件资源，并为用户使用计算机提供一个方便灵活、安全可靠的工作环境。
2、计算机系统的组成a)组成：一个完整的计算机系统，不论是大型机、小型机还是微型机，都由两大部分组成：计算机硬件和计算机软件。
b)裸机：没有配置软件的计算机称为裸机（即计算机硬件）；c)虚拟机：覆盖了软件的机器称为虚拟机（即扩展机）。
3、计算机硬件a)定义：计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械、电气、光学和磁学等元器件构成的各种部件和设备，这些部件和设备依据计算机系统结构的要求组成一个有机整体。
b)组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
i.运算器：主要功能是对数据进行算术运算和逻辑运算；ii.控制器：主要功能是按照机器代码程序的要求，控制计算机各功能部件协调一致地工作。
即从存储器中取出程序中的指令，对该指令进行分析和解释，并向其他功能部件发出执行该指令所需要的各种时序控制信号，然后再从存储器中取出下一条指令执行，如此连续运行下去，直到程序执行完为止。
iii.存储器：主要功能是存储二进制信息；iv.输入设备：主要功能是将用户信息变换为计算机能识别和处理的二进制信息形式；v.输出设备：主要功能是将计算机中二进制信息变换为用户所需要并能识别的信息形式；vi.中央处理机；是控制器和运算器的集成，称为中央处理机。
4、计算机软件a)定义：计算机软件是指由计算机硬件执行以完成一定任务的程序及其数据。
b)组成：系统软件和应用软件i.系统软件包括操作系统、编译程序、编辑程序、数据库管理系统等；ii.应用软件包括为各种应用母的而编制的程序，比如医疗系统、电子商务等。
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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）。
典型的实时应用程序，每个任务都是一个无限的循环，都可能处在以下5种状态之一——休眠态、就绪态、运行态、挂起态（等待某一事件发生）及被中断态（参见图F2.3）。
休眠态相当于任务驻留在内存中，但不被多任务内核所调度；就绪态意味着任务已经准备好，可以运行，但由于该任务的优先级比正在运行的任务的优先级低，还暂时不能运行；运行态是指任务掌握了CPU的使用权，正在运行中；挂起态也叫做等待事件态（waiting），指任务在等待某一事件的发生（例如等待某外设的I/O操作，等待某共享资源由暂不能使用变成使用状态，等待定时脉冲的到来，或等待超时信号的到来，以结束目前的等待，等等）；发生中断时，CPU提供相应的中断服务，原来正在运行的任务不能运行，就进入了被中断状态。
当多任务内核决定运行另外的任务时，它保存正在运行任务的当前状态（constorage area）（保存到正在运行任务自己的栈区之中，见图（F2.2）。
入栈工作完成之后，就把下一个将要运行的任务的当前状况从该任务的栈中重新装入CPU的寄存器，并开始运行，这一过程叫做任务切换。
任务切换过程增加了应用程序的额外负荷，CPU的内部寄存器越多，额外负荷就越重。
任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要入栈。
实时内核的性能不应以每秒能做多少次任务切换来评价。
多任务系统中，内核（kernel）负责管理各项任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务间的通信。
内核提供的基本服务是任务切换。
使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。
内核本身也增加了应用程序的额外负荷，因为内核提供的服务需要一定的执行时间。
额外负荷的量取决于用户多久调用一次这类服务。
单片机一般不能运行实时内核，因为单片机的RAM很有限。
通过提供必不可少的系统服务，诸如信号量管理、邮箱、消息队列及时间延时等，实时内核使得CPU的利用更为有效。
用实时内核做过系统设计以后，将决不会再想返回到前/后态系统。
调度（schedulers），是内核的主要职责之一，就是决定该轮到哪个任务运行了。
多数实时内核是采用优先级调度法。
每个任务根据其重要程度的不同，被赋予相应的优先级。
CPU 总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。
何时高优先级任务掌握CPU的使用权，由使用的内核的类型确定。
基于优先级的内核有2种类型：不可剥夺型和可剥夺型。
不可剥夺型内核（non-preemptive kernel）要求每个任务主动放弃CPU的使用权。
不可剥夺型调度法也称作合作型多任务调度法，各任务彼此合作共享一个CPU。
异步事件由中断服务来处理。
中断服务可使一个高优先级的任务由挂起态变为就绪态，但中断服务以后，
使用权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃CPU的使用权，一个新的高优先级的任务才能获得CPU的使用权。
不可剥夺型内核的一个优点是响应中断快。
在任务级，不可剥夺型内核允许使用不可重入函数。
每个任务都可以调用不可重入函数，不必担心其他任务可能正在使用该函数，从而造成数据的破坏，因为每个任务运行到完成时，才释放CPU的使用权。
当然该不可重入函数本身不得有放弃CPU使用权的企图。
不可剥夺型内核的另一个优点是，几乎无须使用信号量保护共享数据，运行着的任务占有CPU，而不必担心被别的任务抢占；但这也不是绝对的，再某种情况下，信号量还是用得着的。
处理共享I/O设备时，仍须使用互斥性信号量。
当系统响应时间很重要时，须使用可剥夺型内核。
最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的使用权。
当一个比运行着的任务优先级高的任务进入就绪态时，当前任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，更高优先级的任务立刻得到了CPU的使用权。
使用可剥夺型内核，最高优先级的任务何时可以执行，何时可以得到CPU的使用权，这些是可知的。
可剥夺型内核使得任务级响应时间得以最优化。
可重入函数可以被一个以上的任务调用，而不必担心数据被破坏。
可重入函数任何时候都可以被中断，一段时间以后又可以运行，而相应的数据不会丢失。
可重入函数使用局部变量，即变量保存在CPU寄存器中或堆栈中；使用全局变量，则要对全局变量予以保护。
当2个或2个以上任务有同样的优先级时，内核允许1个任务运行事先确定的一段时间，这段时间叫做时间额度（quantum），然后切换给另一个任务。
这个过程叫做时间片轮番调度。
内核在满足以下条件时，把CPU使用权交给下一个就绪态的任务：
●当前任务已空闲；
●当前任务在时间片还没有结束时已经完成了；
●时间片结束。
每个任务都有其优先级。
任务越重要，赋予的优先级相应越高。
就大多数内核而言，每个任务的优先级是由用户决定的。
许多系统中，并非所有的任务都至关重要。
不重要的任务优先级可以低一些。
实时系统大多综合了软实时和硬实时2种需求。
软实时系统要求任务执行得尽量快，并不要求在某一特定时间内完成；硬实时系统不但要求任务执行无误，还要准时完成。
单调执行率调度法RMS（Rate Monotonic Scheduling），用于分配任务优先级。
这种方法基于任务执行的次数（或者称为任务的执行率），执行最频繁的任务优先级最高。
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