系统操作（精选12篇）
系统操作 篇1
借助庞大的生态系统, 谷歌和苹果目前占据了智能手机操作系统90%以上的市场份额。面对此景, 小众手机操作系统还有机会吗?中国目前自主开发的手机操作系统是何现状?未来之路在哪里?
今年3月, 据外媒最新消息报道, 曾经谋求进入智能手机行业, 并开发出火狐OS操作系统的Mozilla内部已经实施裁员, 并调整项目团队的方向。
失败者不仅仅只是火狐OS, 在去年的Code/Mobile大会上, 黑莓公司CEO程守宗也曾表示, 黑莓会考虑在未来几年逐渐放弃自家Black Berry 10系统, 转而投入Android怀抱。
至于曾经在市场中被誉为是“三足鼎立”之一的Windows Phone操作系统, 如今在全球市场份额大跌到了1%, 业内认为, 微软在手机操作系统的市场中大势已去。
在火狐OS、BB10、Windows Phone纷纷走向衰亡的情形下, 苹果的i OS与谷歌的Android已经实现了两分天下的格局。而国内各家厂商则是纷纷推出了自家定制系统, 通过一些特色功能在市场中构建竞争壁垒。
恶性循环的死局:小众操作系统在衰亡
今年3月, Mozilla方面向媒体证实, 内部曾负责火狐手机和操作系统的研发部门已经裁员, 剩余的一些员工也将调整方向, 开发其他试验性产品。而早在今年2月, Mozilla就正式对外宣布了火狐手机和操作系统项目的失败, 其中火狐OS从2.6版本之后将不再更新。
据了解, 火狐OS诞生于火狐浏览器旗下。早在2012年, 面对全球智能手机市场升温, Mozilla萌生了开发火狐手机的念头。之后该公司推出了基于HTML5技术的火狐OS操作系统, 所有应用软件均用网页技术开发, 与Android和i OS平台相比, 第三方开发者能够大大降低应用软件开发的成本。
当时, 基于网页开发的“轻应用”成为行业探索的方向, 中兴等手机厂商也为此进行过多元化的尝试, 并针对国外市场推出搭载火狐OS的智能手机。只可惜, 火狐OS进场太晚, 体验也不够完善, 在Android和i OS的双重挤压下, 火狐OS生存空间越来越狭窄, 直至今日衰亡。
和火狐OS一样走向衰亡的还有黑莓的BB10。同样是在2012年, 黑莓曾经为适应移动大潮推出自家的操作系统BB10, 并企图以BB10和黑莓手机为阵地, 阻挡住i OS和Android的冲击。只可惜, BB10入局过晚, 生态难以建立, 今天已经沦为苟延残喘的境地。
虽然黑莓CEO程守宗一再声称, 黑莓不会放弃BB10, 但事实上, 黑莓的每一项举动, 都在把BB10推向坟墓。2016年年初, 在提到自家的BB10系统时, 程守宗称:“今年是黑莓的Android年”。而面对大众消费市场时, 黑莓则是直接采用Android系统, 推出新款智能手机, 甚至BB10也在一步一步兼容Android应用。
火狐OS和BB10的处境值得理解。随着Android和i OS独霸全球手机市场, 其他平台或早或晚都将陷入同样的恶性循环。发布商和应用开发人员也更偏好有大量受众和用户的平台。一旦用户放弃某个平台, 应用开发人员也会很快离去。今年3月, Whats App就曾发布博客称, 2017年将不再支持一些移动操作系统, 如Nokia的移动平台、Windows Phone 7.1和Black Berry。
相比于火狐O S和B B10 的衰亡, Windows Phone操作系统的失势则令人充满无奈。早在2010年, 微软曾推出WP7操作系统。Windows Phone当时的诞生给不少用户带来了三分天下的希望。随后的WP8和WP8.1依靠诺基亚硬件产品的不断迭代, 收获了一大批拥趸, Windows Phone在欧美部分国家的市场占有率甚至超过了20%。只可惜, 由于市场战略的摇摆以及生态圈的恶性循环和微软步伐过慢、不尊重用户等一系列复杂原因, Windows Phone至今几乎已经沦落到濒死的境地。
苹果、Android分天下, 两大系统走向趋同
在如此大势之下, Android和i OS已经实现了两分天下的局面。根据市场统计, Android和i OS设备占全球智能手机销量的97.5%, 与2010年38%的市场份额相比翻了近两番, 其他手机操作系统已经名存实亡。
在取得市场绝对霸主地位的同时, Android和i OS无论是功能性还是UI设计上, 却在逐渐趋同。
早在i OS 7开始, 圈内就在谈论, 苹果正走向Android化。例如i OS 7的支持Android早有的上拉菜单和快捷方式;i OS 8的新增延时拍摄、开放第三方输入法系统权限;i OS 9的多任务后台界面、画中画、分屏模式;i OS 9.3的屏幕色温调节等。甚至更有人戏称“苹果顺便把Android的卡顿也抄袭了。”惟一区别是, 由于系统本身存在较大差异, 开源与不开源成为了两大系统最大的不同。
其实, Android和i OS的趋同说明一个道理, 即今天的智能手机行业其实是一个高度同质化的行业, 智能手机领域不同产品乃至操作系统之间其实差异不大, 惟一的区别在于各方生态服务的不同。由于硬件和功能的趋同, 最后的竞争也逐渐变成了两大生态圈之间的竞争。未来谁能够连接更多产品、更多服务, 谁能够通过生态服务将用户牢牢绑定在自家系统之上, 谁就能比对方取得更大的市场。相比而言, i OS在这个层面上更有优势。
市场调研机构Flurry去年圣诞节在美国地区对设备激活量进行的统计, 显示了Android和i OS两大平台之间的生态区别。从公布的数据看, 有一半的Android用户使用大屏手机、35%使用中屏手机、3 % 使用小屏手机。加在一起, 意味着Android平台当中有将近9 0 % 是手机用户。换一个角度来说, Android就是一个几乎纯手机的平台。相比之下, 虽然i OS平台也以i Phone用户占比居多, 但平板电脑用户的份额还是达到了20%, 显得更多元化。
其实, 由于i P hone的价格普遍比Android手机高, i OS用户相对比Android更为高端, 这也决定了两大平台之间, i OS用户更具价值, 也更有价值发掘的空间。
两大巨头阴影下国产系统的复杂竞争
由于“墙”的存在, 国内手机操作系统的市场竞争形成了完全不同的态势。一大批厂商开发了自家基于Android定制的操作系统。较为主流的有MIUI、Flyme、EUI等定制Rom, 而近期也有360OS、氢OS、Smartisan OS等一些新的定制系统。这些定制操作系统虽然算不上真正的操作系统, 但是却呈现出了“占山为王”的态势。
MIUI、Flyme等定制系统通过云服务和功能的丰富与完善, 利用手机的高黏性, 圈得了一大批用户。360 OS则通过“安全”的由头, 在市场中获得了一定的影响力。氢OS和Smartisan OS则利用在设计和审美层面的独到之处, 也获得了一定的市场认可。
除了定制操作系统之外, 国内还有部分独立研发的操作系统。国内的Yun OS因为魅族、朵唯等手机厂商的采用, 成为了市场中的一匹黑马。市场研究机构赛诺此前公布的数据显示, Yun OS在国内市场份额已经增长至7.10%, 成为国内第三大操作系统。而Yun OS在市场中取得一定成绩的原因很大程度上是采用了兼容Android应用的方式, 不必自建应用生态圈, 与Android的操作逻辑几乎无异。
不过从目前看, 国产手机操作系统的整体实力较弱, 尤其是非Android定制系统存在很大的生存难题。总体而言, 在智能手机层面, 国产手机操作系统已经很难有太大的发展空间。
虽然在手机层面上已经很难有大的突破空间, 但在未来的智能家居、物联网领域, 传统硬件企业、互联网企业正借助自身资源、云计算与大数据技术、资本、渠道、影响力等优势, 建立完整的智能硬件生态系统平台。而国产手机操作系统可以利用软件优势和此类厂商进行合作, 发挥更多聚合效应。
目前看, MIUI、Flyme、EUI分别依托小米、魅族、华为终端厂商, 不断与智能家居、智能电视等产品进行连接。Yun OS则是和美的等智能家电厂商展开了合作。国产手机操作系统也和Android、i OS一样, 正走向连接服务的道路。所以在未来的市场竞争中, 无论是定制系统还是自主系统, 竞争的核心都是运营用户, 连接世界, 加强对用户价值的发掘才是致胜之道。
系统操作 篇2
教案
操作系统课程简介
（一）课程性质
本课程是计算机科学与技术专业的核心课程之一，属于必修课程。
“操作系统”是计算机系统不可缺少的软件组成部分，负责对系统中各种资源进行有效的管理和对各种活动进行正确的组织，使整个计算机系统协调一致且高效地工作，指挥计算机系统正常运行。操作系统基于硬件，并对硬件实施管理，并构成对所有软件运行的支持平台，给用户使用计算机提供方便灵活友好的接口。
本课程的先修课为计算机组成原理、微机原理、数据结构、高级语言程序设计；后续课程为数据库系统原理、计算机网络、分布式系统等。
（二）教学目的
通过本课程的学习，使学生在深刻理解计算机系统整体概念的基础之上，掌握操作系统的基本原理及实现方法，掌握操作系统对计算机系统中各种资源的管理和控制功能，从而使学生具备一定的系统软件开发技能，为以后从事的研究、开发工作提供必要的软件基础和基本技能。
（三）教学内容
本课程内容包括：绪论，是对操作系统的一般性描述，包括什么是操作系统，操作系统在整个计算机系统的地位及其发展历史，它的功能、分类等；作业管理和Unix用户接口，介绍作业和操作系统用户接口，包括作业的基本概念和作业的建立过程、Unix介绍和它所提供的用户接口等；进程管理，主要介绍进程和线程的概念、进程控制、进程同步/互斥、死锁、进程间通信、线程等；处理机调度，主要介绍作业调度、进程调度、各种调度算法及其评价等；存储管理，介绍常见存储管理的方法，虚拟存储管理的实现等；Unix进程和存储管理；文件系统，包括文件系统的概念、文件结构和文件存取、文件目录管理、Unix文件管理等；设备管理；面向对象的操作系统。
（四）教学时数 课时:72学时
（五）教材（统编）
张尧学、史美林编著《计算机操作系统教程》，清华大学出版社，2003.2
（六）课程参考书
1.刘振鹏、李亚平、张明编著《操作系统》21世纪高等院校计算机教材 中国铁道出版社 2003.9 2 2.陆松年主编《操作系统教程》原理.应用.系统.网络管理 电子工业出版社
2000.10 3.何炎祥，李飞，李宁《计算机操作系统》，清华大学出版社，2004。4.Tanenbaum AS, Operating System Design and Implementation, Prentice-Hall, 1987。
5.郭玉东，《Unix操作系统结构分析》，西安电子科技大学出版社，2002。6.汤子赢，《计算机操作系统》，西安电子科技出版社，2000。
7.孟静编著《操作系统教程—原理和实例分析》面向21世纪课程教材，高等教育出版社，2001.5 8.蒋静、徐志伟著《操作系统原理.技术与编程》机械工业出版社，2004.7 9.孙钟秀主编《操作系统教程》21世纪课程教材，高等教育出版社，2003.8第三版
10.胡元义、余健明、徐睿琳编著《操作系统课程辅导与习题解析》，人民邮电出版社，2002.10 11.《全国第八届计算机操作系统课程教学研讨暨学术交流会论文集》，2005.10 3
第一讲 操作系统的概念、历史和基本类型
【教学章节】第1章 绪论 1.1 操作系统概念 1.2 操作系统的历史 1.3操作系统的基本类型。【教学时数】2学时
【教学目的】掌握操作系统的概念及其在计算机系统中的作用,了解操作系统的发展历史, 理解批处理系统、分时操作系统、实时操作系统、个人计算机操作系统、网络和分布式操作系统的特点。【教学重点】操作系统的概念，基本类型。
【教学难点】联机批处理，脱机批处理，多道程序系统的特点和引发出的问题。【教学方法与手段】课堂讲授（多媒体形式）【教学过程】
课堂考勤 导入新课
从Windows 2000引入操作系统的概念。
讲授新课
第1章 绪论 1.1 操作系统概念 1.1.1 什么是操作系统
任何一个计算机系统都是由两部分组成：计算机硬件和计算机软件。计算机硬件通常是由中央处理机（运算器和控制器）、存储器、输入设备和输出设备等部件组成。
计算机软件包括系统软件和应用软件。系统软件如操作系统、多种语言处理程序(汇编和编译程序等)、连接装配程序、系统实用程序、多种工具软件等;应用软件为多种应用目的而编制的程序。
没有任何软件支持的计算机称为裸机，它仅仅构成了计算机系统的物质基础，而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。图1.1展示了这种情形。
图1.1 操作系统与硬件软件的关系
操作系统的定义
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。
1.2 操作系统的历史
随着计算机的发展，操作系统经历了如下的发展过程：手工操作阶段(无操作系统)、批处理、执行系统、多道程序系统、分时系统、实时系统、通用操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等。
1.2.1 手工操作阶段
在第一代计算机时期，上机完全是手工操作：先把程序纸带(或卡片)装上输入机，然后启动输入机把程序和数据送入计算机，接着通过控制台开关启动程序运行。计算完毕，打印机输出计算结果，用户取走并卸下纸带(或卡片)。
50年代后期，计算机的运行速度有了很大提高，手工操作的慢速度和计算机的高速度之间形成矛盾。实现作业的自动过渡,出现了批处理。
1.2.2 早期批处理(batch processing)早期的批处理的两种方式 1.联机批处理
慢速的输入输出(I/O)设备是和主机直接相连。作业的执行过程为:(1)用户提交作业：作业程序、数据，用作业控制语言编写的作业说明书;(2)作业被作成穿孔纸带或卡片;(3)操作员有选择地把若干作业合成一批，通过输入设备(纸带输入机或读卡机)把它们存入磁带;5 这种联机批处理方式解决了作业自动转接，从而减少作业建立和人工操作时间。但是在作业的输入和执行结果的输出过程中，主机CPU仍处在停止等待状态，这样慢速的输入输出设备和快速主机之间仍处于串行工作，CPU的时间仍有很大的浪费。
2.脱机批处理
增加一台不与主机直接相连而专门用于与输入输出设备打交道的卫星机。如图1.2所示。
图1.2 早期脱机批处理模型
卫星机的功能是：
(1)输入设备通过它把作业输入到输入磁带；
(2)输出磁带将作业执行结果输出到输出设备。
这样，主机不是直接与慢速的输入输出设备打交道，而是与速度相对较快的磁带机发生关系。主机与卫星机可以并行工作，二者分工明确，以充分发挥主机的高速度计算能力。因此脱机批处理和早期联机批处理相比大大提高了系统的处理能力。
图1.3 监督程序管理下的解题过程
1.2.3 多道程序系统
批处理系统，每次只调用一个用户作业程序进入内存并运行，称为单道运行。图1.4(a)给出了单道程序工作示例。
而图1.4(b)给出了多道程序工作示例。在单处理机系统中，多道程序运行的特点是:(1)多道:计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。
(2)宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。
(3)微观上串行：实际上，各道程序轮流使用CPU，交替执行。
(a)单道程序工作示例(b)多道程序工作示例
图 1.4
(2)随着多道程序的增加，出现了内存不够用的问题，提高内存的使用效率也 7 成为关键。因此出现了诸如覆盖技术、对换技术和虚拟存储技术等内存管理技术。
(3)由于多道程序存在于内存，为了保证系统程序存储区和各用户程序存储区的安全可靠，提出了内存保护的要求。
多道程序系统的出现标志着在操作系统渐趋成熟的阶段先后出现了作业调度管理、处理机管理、存储器管理、外部设备管理、文件系统管理等功能。
1.2.4 分时操作系统 1.2.5 实时操作系统
20世纪60年代中期计算机进入第三代,计算机由于用于工业过程控制、军事实时控制等形成了各种实时处理系统。针对实时处理的实时操作系统是以在允许时间范围之内做出响应为特征的。它要求计算机对于外来信息能以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许时间范围内作出快速响应，其响应时间要求在秒级、毫秒级甚至微秒级或更小。近年来，实时操作系统正得到越来越广泛的应用。特别是非PC机和PDA（个人数字助理）等新设备的出现，更加强了这一趋势。
1.2.6 通用操作系统
多道批处理系统和分时系统的不断改进、实时系统的出现及其应用日益广泛，致使操作系统日益完善。在此基础上，出现了通用操作系统。它可以同时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能，或其中两种以上的功能。例如，将实时处理和批处理相结合构成实时批处理系统。在这样的系统中，它首先保证优先处理任务，插空进行批作业处理。通常把实时任务称为前台作业，批作业称为后台作业。将批处理和分时处理相结合可构成分时批处理系统。在保证分时用户的前提下，没有分时用户时可进行批量作业的处理。同样，分时用户和批处理作业可按前后台方式处理。
1.2.7 操作系统的进一步发展
进入20世纪80年代，一方面迎来了个人计算机的时代，同时又向计算机网络、分布式处理、巨型计算机和智能化方向发展。操作系统有了进一步的发展：
· 个人计算机上的操作系统，例如DOS系统。· 嵌入式操作系统。· 网络操作系统。· 分布式操作系统。· 智能化操作系统。
20世纪90年代后期，由于个人计算机硬件功能的急剧增加和用户对安全性、网络功能的要求增强，个人计算机操作系统也从DOS转向了通用操作系统Windows系列和linux系列。
1.3 操作系统的基本类型
根据其使用环境和对作业处理方式，操作系统的基本类型有：(1)批处理操作系统(batch processing operating system)(2)分时操作系统(time sharing operating system)(3)实时操作系统(real time operating system)(4)个人计算机操作系统(personal computer operating system)(5)网络操作系统(network operating system)(6)分布式操作系统(distributed operating system)
1.3.1 批处理操作系统
现代操作系统大都具有批处理功能。图1.5给出了批处理系统中作业处理步骤及状态。
批处理系统的主要特征是：
(1)用户脱机使用计算机。用户提交作业之后直到获得结果之前就不再和计算机打交道。作业提交的方式可以是直接交给计算中心的管理操作员，也可以是通过远程通讯线路提交。提交的作业由系统外存收容成为后备作业。
(2)成批处理。操作员把用户提交的作业分批进行处理。每批中的作业将由操作系统或监督程序负责作业间自动调度执行。
(3)多道程序运行。按多道程序设计的调度原则，从一批后备作业中选取多道作业调入内存并组织它们运行，成为多道批处理。
多道批处理系统的优点是由于系统资源为多个作业所共享，其工作方式是作业之间自动调度执行。并在运行过程中用户不干预自己的作业，从而大大提高了系统资源的利用率和作业吞吐量。其缺点是无交互性，用户一旦提交作业就失去了对其运行的控制能力；而且是批处理的，作业周转时间长，用户使用不方便。
多重处理系统配制多个CPU，因而能真正同时执行多道程序。
多道程序设计原则不一定要求有多重处理系统的支持。多重处理系统比起单处理系统来说，虽增加了硬件设施，却换来了提高系统吞吐量、可靠性、计算能力和并行处理能力等好处。
1.3.2 分时系统
分时系统一般采用时间片轮转的方式，使一台计算机为多个终端用户服务。对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话能力。具有下述特点。
(1)交互性：首先，用户可以在程序动态运行情况下对其加以控制。其次，用户上机提交作业方便。第三，分时系统还为用户之间进行合作提供方便。
9(2)多用户同时性：多个用户同时在自己的终端上上机，共享CPU和其他资源，充分发挥系统的效率。
(3)独立性：客观效果上用户彼此间感觉不到有别人也在使用该台计算机，如同自己独占计算机一样。
分时操作系统是一个联机的多用户交互式的操作系统。UNIX是最流行的一种多用户分时操作系统。
1.3.3 实时系统
实时系统主要随着计算机应用于实时控制和实时信息处理领域中而发展起来。实时系统的主要特点是提供即时响应和高可靠性。系统必须保证对实时信息的分析和处理的速度比其进入系统的速度要快，而且系统本身要安全可靠。实时系统往往具有一定的专用性。与批处理系统、分时系统相比，实时系统的资源利用率可能较低。
设计实时操作系统要考虑这样一些因素：(1)实时时钟管理(定时处理和延时处理)。
(2)连续的人-机对话，这对实时控制往往是必须的。
(3)要求采取过载保护措施。例如对于短期过载，把输入任务按一定的策略在缓冲区排队，等待调度;对于持续性过载，可能要拒绝某些任务的输入;在实时控制系统中，则及时处理某些任务，放弃某些任务或降低对某些任务的服务频率。
(4)高度可靠性和安全性需采取冗余措施。双机系统前后台工作，包括必要的保密措施等。1.3.4 通用操作系统
批处理系统、分时系统和实时系统是操作系统的三种基本类型，在此基础上又发展了具有多种类型操作特征的操作系统，称为通用操作系统。它可以同时兼有批处理、分时、实时处理和多重处理的功能，或其中两种以上的功能。
1.3.5 个人计算机上的操作系统
个人计算机上的操作系统是一联机的交互式的单用户操作系统，它提供的联机交互功能与通用分时系统所提供的很相似。由于是个人专用，因此在多用户和分时所要求的对处理机调度、存储保护方面将会简单得多。
多媒体技术已迅速进入微型计算机系统，它要求计算机具有高速信号处理、大容量的内存和外存、大数据量宽频带传输等能力，能同时处理多个实时事件。要求有一个具有高速数据处理能力的实时多任务操作系统。
1.3.6 网络操作系统
计算机网络是通过通信设施将物理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互连起来的，实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。它具有这样的特征：
(1)计算机网络是一个互连的计算机系统的群体。
(2)这些计算机是自治的，每台计算机有自己的操作系统，各自独立工作，它们在网络协议控制下协同工作。
(3)系统互连要通过通信设施(硬件、软件)来实现。
(4)系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理，实现多种应用要求。
网络操作系统的研制开发是在原来各自计算机操作系统的基础上进行的。按照网络体系结构的各个协议标准进行开发，包括网络管理、通信、资源共享、系统安全和多种网络应用服务等达到上述诸方面的要求。
由于网络计算的出现和发展，现代操作系统的主要特征之一就是具有上网功能，因此，除了在20世纪90年代初期时，Novell公司的Netware等系统被称为网络操作系统之外，人们一般不再特指某个操作系统为网络操作系统。
1.3.7 分布式操作系统
分布系统也可以定义为通过通信网络将物理上分布的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统互连起来，实现信息交换和资源共享，协作完成任务。但是有这样一些明显的区别应予考虑：
(1)计算机网络的开发都遵循协议，而对于各种分布式系统并没有制定标准的协议。当然，计算机网络也可认为是一种分布式系统。
(2)分布式系统要求一个统一的操作系统，实现系统操作的统一性。(3)分布式操作系统对用户是透明的。但对计算机网络，若一个计算机上的用户希望使用另一台计算机上的资源，则必须明确指明是哪台计算机。
(4)分布式系统的基础是网络。分布式系统已不仅是一个物理上的松散耦合系统，同时还是一个逻辑上紧密耦合的系统。
(5)分布式系统还处在研究阶段。而计算机网络已经在各个领域得到广泛的应用。
20世纪90年代出现的网络计算的趋势和高速网络的出现已使分布式系统变得越来越现实。
【答疑】 【本节小结】
本节主要介绍了操作系统的深层概念，操作系统的发展历史、分类，要求深刻理解操作系统的定义，熟悉批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式操作系统的基本特征。
【作业】
1.1 什么是操作系统的基本功能? 1.2 什么是批处理、分时和实时系统?各有什么特征? 1.3 多道程序设计(multiprogramming)和多重处理(multi-processing)有何区别? 【下课】
第二讲 操作系统的功能、相关硬件和研究观点
【教学章节】第1章 绪论 1.4 操作系统的功能 1.5计算机硬件简介 1.6算法的描述 1.7研究操作系统的几种观点 【教学时数】2学时
【教学目的】初步掌握操作系统的处理机管理、存储管理、文件管理、设备管理、用接通接口；掌握计算机的处理器、存储器、输入输出设备、输入输出控制器、总线、各种相关的寄存器等；了解操作系统是计算机资源的管理者观点，用户界面观点，进程管理观点。
【教学重点】操作系统的五大功能。
【教学难点】操作系统的处理机管理、存储管理、文件管理、设备管理、用接通接口，进程管理观点。
【教学方法与手段】课堂教授（多媒体形式）【教学过程】
课堂考勤 导入新课
复习操作系统的定义和基本分类(引入新课)。
讲授新课
1.4 操作系统功能 1.4.1 处理机管理
在多道程序或多用户的情况下，要组织多个作业同时运行，就要解决对处理机分配调度策略、分配实施和资源回收等问题。这就是处理机管理功能。正是由于操作系统对处理机管理策略的不同，其提供的作业处理方式也就不同，例如成批处理方式、分时处理方式和实时处理方式。从而呈现在用户面前，成为具有不同性质功能的操作系统。
1.4.2 存储管理
(1)内存分配。如何分配内存，以保证系统及各用户程序的存储区互不冲突。(2)存储保护。保证一道程序在执行过程中不会有意或无意地破坏另一道程序，保证用户程序不会破坏系统程序。
(3)内存扩充。当用户作业所需要的内存量超过计算机系统所提供的内存容量时，把内部存储器和外部存储器结合起来管理，为用户提供一个容量比实际内存大得多的虚拟存储器。
1.4.3 设备管理
(1)通道、控制器、输入输出设备的分配和管理。设备管理的任务就是根据一定的分配策略，把通道、控制器和输入输出设备分配给请求输入输出操作的程序，并启动设备完成实际的输入输出操作。
(2)设备独立性。输入输出设备种类很多，使用方法各不相同。设备管理应为用户提供一个良好的界面，而不必去涉及具体的设备特性，以使用户能方便、灵活地使用这些设备。
1.4.4 信息管理(文件系统管理)信息管理(文件系统管理)是对系统的软件资源的管理。文件如不能很好管理，就会引起混乱，甚至遭受破坏。这就是管理信息文件需要解决的问题。
信息的共享、保密和保护，也是文件系统所要解决的。如果系统允许多个 用户协同工作，那么就应该允许用户共享信息文件。但这种共享应该是受控制的，应该有授权和保密机制。还要有一定的保护机制以免文件被非授权用户调用和修改，即使在意外情况下，如系统失效、用户对文件使用不当，也能尽量保护信息免遭破坏。也就是说，系统是安全可靠的。
1.4.5 用户接口
操作系统还为用户提供一个友好的用户接口。一般来说，操作系统提供两种方式的接口来为用户服务。
一种用户接口是程序一级的接口，即提供一组广义指令(或称系统调用、程序请求)供用户程序和其他系统程序调用。
另一种接口是作业一级的接口，提供一组控制操作命令(或称作业控制语言，或像UNIX中的Shell命令语言)供用户去组织和控制自己作业的运行。作业控制方式分两大类：脱机控制和联机控制。
1.5 计算机硬件简介 1.5.1 计算机的基本硬件元素 1.5 计算机硬件简介
操作系统管理和控制计算机系统中所有软硬件资源。同时，因操作系统是一个运行于硬件之上的系统软件，我们还必须对操作系统运行的硬件环境有所了解。
1.5.1 计算机的基本硬件元素
构成计算机的基本硬件元素有以下4种：处理器、存储器、输入输出控制与总线、外部设备等。
计算机的基本硬件元素
处理器控制和执行计算机的指令操作。
单处理器也称CPU。存储器用来储存数据和程序。存储器可分为内存与外存，以及用于数据和程序暂时存储用的缓冲器与高速缓存（cache）等。
输入输出控制器与缓冲主要用来控制和暂时存储外部设备与计算机内存之间交换的数据和程序。
外部设备是获取和输出数据与程序的基本单位，包括数字式设备和模拟式设备。计算机系统的各种设备通过总线互相连接。总线是连接计算机各部件的通信线路。计算机系统的总线有单总线和多总线之分。
单总线是指处理机、外部设备、存储器等都连接在一起的总线结构，而多总线则指把系统的CPU和内存分开连接，外部设备和外存等也用其他总线分开连接进行管理和数据传送的总线结构。
不同的总线结构对操作系统的设计和性能有不同的影响。1.5.2 与操作系统相关的几种主要寄存器
寄存器是在处理机中交换数据的速度比内存更快、体积也更小，而价格又更贵的暂存器件。
处理机中寄存的功能分为二类，即用户可编程的寄存器以及控制与状态寄存器。机器语言或汇编语言的程序员可对用户可编程寄存器进行操作，以获得更高的执行效率等。而控制与状态寄存器则被用来对处理机的优先级、保护模式或用户程序执行时的调用关系等进行控制和操作。
典型的用户可编程寄存器包括以下几种： 1.数据寄存器
对数据进行操作的任何机器指令都被允许访问数据寄存器。
根据硬件设置的规定，这些寄存器也可能只被允许进行浮点运算或被其他某些规定所限制。
2.地址寄存器
地址寄存器一般用来存放内存中某个数据或指令的地址，或者存放某段数据与指令的入口地址以及被用来进行更复杂的地址计算。
下面几种寄存器都可被认为是地址寄存器：(1）地址标识位寄存器；
(2）内存管理用各种始地址寄存器；(3）堆栈指针；(4）设备地址寄存器等。3.条件码寄存器
条件码寄存器也称标志寄存器。条件码寄存器的比特位由处理机硬件设置。
典型的控制与状态寄存器包括以下几种： 4.程序计数器PC 程序计数器内装有下一周期被执行指令的地址。5.指令寄存器IR 指令寄存器内装有待执行指令。6.程序状态字PSW 程序状态字寄存器的各个比特位代表系统中当前的各种不同状态与信息。如执行模式是否允许中断等。
7.中断现场保护寄存器
如果系统允许不同类型的中断存在，则会设置一组中断现场保护寄存器以便保存被中断程序的现场和链接中断恢复处。
8.过程调用堆栈
堆栈被用来存放过程调用时的调用名、调用参数、以及返回地址等。1.5.3 存储器的访问速度
硬件厂商提供有不同种类的存储器件，这些存储器件包括：可移动存储介质，例如光盘、磁盘和磁带等；硬盘，磁盘缓存内存，高速缓存以及寄存器等。
容量越大的存储介质，访问速度会越慢，但单位存储的成本越低;如果存储介质的访问速度越高，则它的成本也会越高。
除了上述的寄存器与存储介质之外，与操作系统设计相关的硬件器件还有中断机构、输入输出设备控制部分。
存储介质的访问速度
1.5.4 指令的执行与中断
计算机提供的最基本功能是执行指令。任何应用程序都只有通过指令的执行才能得以完成。执行指令的基本过程分为两步，即处理机从内存把指令读入的过程和执行的过程。其中，读指令是根据程序计数器PC所指的地址读入，而执行的指令则是指令寄存器IR中的指令。
指令的执行涉及到处理机与内存之间的数据传输，或者是处理机与外部设备之间的数据传输等。指令的执行也涉及到数据处理，指令的执行还可以是对其他指令的控制过程。
一条指令的执行可以是上述几种情况的组合。
另外，在指令的执行过程中或一条指令执行结束时，尽管指令地址计数器中已指明了下一条被访问指令的地址，但是，外部设备或计算机内部可能会发来亟须处理的数据或其他紧急事件处理信号。这就需要处理机暂停正在执行的程序，转去处理相应的紧急事件，待处理完毕后再返回原处继续执行，这一过程称为中断，如图1.9所示。
图1.9 中断执行过程
中断给操作系统设计带来许多好处，首先使得实时处理许多紧急事件成为可能；再者，中断可以增加处理机的执行效率；另外，中断还可以简化操作系统的程序设计。
系统发生中断时，处理机收到中断信号，从而不能继续执行程序计数器中所指的原程序。这时处理机将保存当前的执行现场（也就是各寄存器中的值）并调用新的程序到处理机上执行。
1.6 算法的描述
操作系统设计和原理描述中涉及到许多算法。为了描述简单起见，本书定义下述关键词描述算法中有关过程。
begin end Repeat 操作 „ 分别表示算法的开头和结束。
Until 条件 While 条件 表示当“条件”未被满足时重复所描述的“操作”。
do
od
操作 „
表示当“条件”满足时，进行相应的“操作”。关键词“ do” 和“od”分别表示“操作”的开始和结束。
If 条件
Then Else fi 操作 操作
表示满足“if”所指的“条件”时，进行“then”后的相关“操作”，否则完成“else”后的相关操作。关键词“fi”表示条件判断的结束。
例如，图1.8所示指令执行周期可被描述为：
Repeat
IR←M［PC］;PC←PC + 1;Execute［IR］;CPU halt;Until 其中，M［PC］表示地址为PC所示内存单元中的指令内容。另一个例子是：
令p［1：n］为1到n(n>1)的整数置换，设i=1，2，3，4，5，6，7； p［i］=4，7，3，2，1，5，6；
描述p［i］的巡回置换算法。（巡回置换指k∈［1：n］时，k=p［...p［k］...］的置换。）
解：
begin
local x, k;k←1;while k<=7 do x←k;18
end
od repeat
until x=k;k←k+1;
print(x);x→p［x］;1.7 研究操作系统的几种观点
操作系统是计算机资源有效使用的管理者和为用户提供友好的接口。1.7.2 用户界面的观点
对于用户来说，对操作系统的内部结构并没有多大的兴趣，他们最关心的是如何利用操作系统提供的服务来有效地使用计算机。因此操作系统提供了什么样的用户界面成为关键问题，即上节中所提出的程序一级和作业一级的两种接口。
1.7.3 进程管理观点
操作系统调用当前程序运行是一个动态过程，特别是现代操作系统的一个重要特征是并发性。
并发性是指操作系统控制很多能并发执行的程序段。并发执行的程序在多处理机系统中可能是真正并行执行的，但在单处理机情况下则是宏观并行微观顺序执行的。它们可以完全独立地运行，也可能以间接或直接方式互相依赖和制约。并发的程序段不仅会受到其他程序段活动的制约，也会受到系统资源分配情况的制约。
进程是指并发程序的执行。
用进程观点来研究操作系统就是围绕进程运行过程，即并发程序执行过程来讨论操作系统，那么我们就能讨论清楚“这些资源管理程序在系统中进行活动的过程”，对操作系统功能就能获得更多的认识。
【答疑】
【本节小结】本节主要介绍了操作系统功能，研究操作系统的观点。本节是对操作系统的一般性描述。目的是对操作系统的功能有一个全面的了解。建立资源管理的初步概念。初步了解操作系统的用户管理、设备管理、处理机管理、存储管理、文件管理等五大管理。
【作业】
系统操作远离恶意监控 篇3
让上网浏览操作远离监控
使用Windows 7系统自带的IE浏览器上网浏览站点时，用户访问过的任何页面内容，都会被自动缓存到IE浏览缓存中，其他人只要依次选择IE浏览器窗口中的“查看”I“浏览器栏”I“历史记录”命令，就能轻松查看到用户自己以前的上网浏览痕迹，这样自己的上网浏览操作就容易受到恶意用户的非法监控。为了让上网浏览操作远离恶意监控，我们可以启用Windows 7系统自带IE浏览器的隐私浏览模式，来阻止自己的网页浏览记录被浏览器自动缓存下来：
首先打开Windows 7系统自带IE浏览器窗口，单击菜单栏中的“工具”选项，从下拉菜单中选择“InPrivate浏览”选项，随后用户会看到一个新的空白浏览窗口会自动弹出，仔细检查该浏览窗口地址栏中的内容，用户能看到如图1所示的“InPrivate”提示信息，这就说明IE浏览器此时此刻的工作状态已经被切换到隐私工作模式状态了。当IE浏览器处于该模式状态时，用户浏览过的任何网页内容就不会被自动缓存到本地硬盘了，那样其他人也就无法通过“查看”I“浏览器栏”I“历史记录”命令，来监控用户的上网浏览操作了。
让程序运行操作远离监控
在Windows 7系统环境中安装运行应用程序时，一些应用程序为了方便用户快速调用，会将对应程序的快捷图标显示在系统托盘区域处。不过，这些应用程序快捷图标在为用户带来方便的同时，也能泄露用户运行隐私，因为日后用户不需要应用程序而将其卸载删除时，这些程序的快捷图标仍然会显示在Windows 7系统的任务栏右下角位置处，这样其他人就能很轻松地查看到用户之前究竟在本地系统安装了哪些应用程序。如果不希望别人监控自己的程序运行痕迹时，可以按照如下操作步骤来设~Windows 7系统，以便将显示在系统任务栏右下角处的无效程序快捷图标删除掉：
首先打开系统的“开始”菜单，选择“运行”选项，切换到系统运行文本框，输入“regedit”命令，单击回车键后，弹出系统注册表编辑窗口；
其次在该编辑窗口左侧显示窗格中，依次展开“HKEY CURRENT USER＼Soft ware＼Classes＼LocalSettings＼Software＼Microsoft＼Windows＼CurrentVersion＼TrayNotify”节点选项。
接着在目标节点下面用鼠标右键单击“IconStreams”键值，从弹出的快捷菜单中执行“删除”命令，将目标键值从系统中删除掉，按照同样的操作方法，将“PastIconsStream”键值也删除掉，最后将计算机系统重新启动一下，这样一来其他人就无法从系统托盘区域处看到用户的应用程序安装运行痕迹了。让系统登录操作远离监控
如果几个人共用一台计算机系统，默认状态下，用户成功登录Windows 7系统后，能看到上一次是哪位用户登录系统的，并且还能看到具体的登录时间、登录账号名称等。之所以会出现这种现象，主要是Windows 7系统默认开启了“在用户登录期间显示有关以前登录的信息”功能，该功能会自动监控上一次登录系统的状态信息。如果希望让系统登录操作远离恶意监控的话，只要按照下面的操作，来调整Windows 7系统默认开启的“在用户登录期间显示有关以前登录的信息”功能，禁止该功能自动对用户的登录行为进行监控：
首先打开系统“开始”菜单，选择“运行”选项，切换到系统运行对话框，输入“gpedit.msc”命令，单击回车键后，弹出系统组策略编辑界面，在该界面左侧显示区域中，逐一展开“计算机配置”I“管理模板”I“Windows组件”I“Windows登录选项”节点；
其次找到目标节点下的“在用户登录期间显示有关以前登录的信息”选项，用鼠标右键单击该选项，点选右键菜单中的“编辑”命令，打开如图3所示的组策略属性对话框，将“已禁用”选项选中，再按“确定”按钮返回，这样日后用户登录系统的操作就不会被他人查看到了。让网络登录操作远离监控
使用笔记本电脑进行无线访问时，只要Windows 7系统接入过一次无线局域网，那么无线网络的访问密码就能被系统自动记忆保存下来，此时其他人要想查看无线局域网的登录密码时，可以打开Windows 7系统的无线网络连接属性设置窗口，选择“安全”选项卡，选中对应选项设置页面中的“显示字符”选项，之后在“网络安全密钥”位置处，就能清楚地获得无线局域网登录密码的明文内容了，窃取了该登录密码后，恶意用户就能随意访问本地无线局域网了。
为了预防他人随意偷窥无线网络登录密码，我们必需启用Windows 7系统的屏幕保护程序，同时为该屏保程序设置复杂的加密密码，保证用户自己即使暂时离开计算机，其他人也无法轻易登录系统查看无线网络密码；而且为稳妥起见，我们还应为Windows 7系统设置开机密码，避免恶意用户随意重新启动Windows 7系统。当然，对于网管员来说，可以通过系统管理员账号登录进入无线路由器后台系统，启用IP地址、MA C地址等过滤功能，以便阻止不信任客户端系统的网络连接。
在上网冲浪的时候，一些在线交易密码也容易被IE浏览器自动记忆，恶意用户可以通过cookie攻击方式来窃取在线交易的密码。为了防范在线登录操作受到恶意用户的监控，我们可以按照下面的操作调整IE浏览器设置，让其在关闭之前自动清空上网交易密码内容：
首先打开本地系统的运行对话框，在其中输入“regedit”命令，单击“确定”按钮后，切换到系统注册表编辑窗口，从该窗口左侧区域依次展开“HKEY LOCAL MACHINE＼SOFTWARE＼Microsoft＼Internet Explorer＼MAIN”注册表分支；
其次找到目标分支下的“Delete Temp Files OnExit”字符串键值，弹出如图4所示的编辑对话框，输入“yes”内容，再执行设置保存操作，同时重新启动计算机系统即可。让脱机共享操作远离监控
为了提高共享访问效率，Windows 7系统新推出了一种
名为脱机共享的访问功能，该功能可以确保用户在上网连接断开的情况下，也能对网络中的共享资源进行轻松访问。然而，这种访问功能常常会被一些恶意用户非法利用，这些恶意用户只要悄悄打开脱机共享文件夹窗口(该文件夹默认路径为“C：＼Windows＼CSC＼v2.0.6＼namespace＼share”，其中“share”为共享主机名称)，就能对用户的共享隐私信息进行偷窥或监控。为了让脱机共享访问操作远离监控，我们不妨加密脱机共享文件夹中的内容，阻止恶意用户随意进入其中监控共享访问内容：
首先在Windows 7系统中依次点击“开始”I“控制面板”选项，双击系统控制面板窗口中的“同步中心”图标，单击其后界面左侧显示窗格中的“管理脱机文件”按钮，如图5所示，打开脱机共享文件管理对话框；
其次选择“加密”选项卡，切换到加密选项设置页面，点击其中的“加密”按钮，Windows7系统就会利用内置的EFS加密技术自动为目标脱机共享文件夹进行加密了。
当然，最安全的方法就是在自己临时离开本地系统时，对共享文件夹取消脱机访问功能，以达到彻底保护共享访问安全的目的。在取消系统脱机共享访问功能时，只要先进入脱机共享文件夹属性设置框，点击“常规”标签，再单击对应标签页面中的“禁用脱机文件”按钮，就可以达到目的了。
让虚拟内存访问远离监控
为了提高数据交换速度，很多人会在本地硬盘中开辟一块空间，作为虚拟缓存使用；不过，虚拟缓存是以页面文件形式出现在硬盘中的，如果他人将页面文件窃取走，那么虚拟内存中的内容就容易被他人偷窥到。为了让虚拟内存访问操作远离恶意监控，我们可以通过设置Windows7系统，来强制该系统在进行关机之前，对虚拟内存中的重要数据内容进行自动清除：
首先打开WindOWS 7系统的“开始”菜单，选择“运行”选项，切换到系统运行文本框，输入“gpedit.msc”命令，单击回车键后，弹出系统组策略编辑界面，在该编辑界面左侧区域逐一展开“计算机配置”I“Windows设置”I“安全设置”I“本地策略”l“安全选项”节点；
其次从目标节点下找到“关机：清除虚拟内存页面文件”选项，并用鼠标右键单击该选项，点选右键菜单中的“编辑”命令，打开如图6所示的选项设置框，选中“已启用”选项，再单击“确定”按钮返回，这样虚拟内存中的重要数据就不会被恶意用户轻易监控到，因为日后Windows 7系统每次关机之前，都会对虚拟内存中的数据进行自动清除。让信息查询操作远离监控
现在的硬盘空间越来越大，要想从中快速找到自己需要的文件，并不是一件容易的事情；有鉴于此，Windows 7系统特意对传统的文件搜索功能进行了强化。然而，在尽情享受强大文件搜索功能带给自己便利的同时，用户的一些隐私信息也容易被轻松查询到，因为该文件搜索功能会将用户以前的搜索痕迹自动保存记忆下来，其他人对自己的搜索操作可以很方便地进行监控。为了让信息查询操作远离恶意监控，我们可以对Windows 7系统进行如下设置操作，让其对搜索痕迹不进行自动记忆：
首先依次单击Windows 7系统桌面中的“开始”l“运行”选项，切换到系统运行文本框，输入“gpedit.msc”命令，单击回车键后，弹出系统组策略编辑界面，在该界面左侧区域逐一展开“用户配置”I“管理模板”I“Windows组件”I“Window s资源管理器”节点；
其次找到目标节点下的“在Windows资源管理器搜索框中关闭最近搜索条目的显示”选项，并用鼠标右键单击该选项，点选右键菜单中的“编辑”命令，打开如图7所示的选项对话框，将“已启用”选项选中，再按“确定”按钮返回，这样Windows 7系统日后就无法对用户的信息查询操作进行自动记忆了，那么恶意用户自然也就无法监控信息查询操作了。让文档访问操作远离监控
默认状态下，用户对Windows 7系统中的文件访问操作会进行自动记忆，并且会将最近的访问痕迹保存到系统“开始”菜单的“我最近的文档”子菜单中，其他人在这里就能很方便地监控到用户的文档访问操作。为了让文档访问操作远离恶意监控，我们可以通过设i~Windows 7系统，强制该系统在关机之前自动将最近访问的文档记录删除干净，下面就是具体的设置步骤：
首先打开Windows 7系统的“开始”菜单，选择“运行”选项，切换到系统运行文本框，输入“gpedit.msc”命令，单击回车键后，弹出系统组策略编辑界面，从该界面左侧区域逐一选择“用户配置”I“管理模板”I“‘开始’菜单和任务栏”节点；
其次找到目标节点下的
“退出时清除最近打开的文档的历史”选项，用鼠标右键单击该选项，点选右键菜单中的“编辑”命令，切换到目标选项的属性对话框中，将“已启用”选项选中，同时按“确定”按钮返回；之后，再从相同的节点下打开“不要保留最近打开文档的历史”组策略属性对话框，选中“已启用”选项，再执行设置保存操作，这样其他人日后就不能对用户的文档访问操作进行恶意监控了。
需要提醒大家注意的是，在Windows XP系统环境中，用户一旦从网上邻居窗口来访问共享文档的话，那么文档共享访问痕迹也会被系统自动记忆保存，这样其他人日后通过网上邻居窗口就能对文档共享访问操作进行恶意监控了。要是我们不希望共享文档访问操作被恶意监控的话，可以按照如下步骤进行设置系统：
首先打开系统运行文本框，在其中输入“regedit”命令，切换到系统注册表编辑窗口，依次展开该窗口左侧区域的“HKEY CURRENT USER＼Software＼Microsoft＼Windows＼CurrentVersion＼Policies＼Explorer”节点选项；
其次从目标节点下手工创建好
系统操作 篇4
目前,国内已有不少地区开始了变电站程序化操作的试点工作[1,2,3,4,5,6,7,8,9],应用范围覆盖从110 k V及以下电压等级到220 k V及以上电压等级的变电站。程序化操作方案主要有3种:集中式方案[2,3]在站控层设立操作服务器,所有的程序化操作都由操作服务器来完成;集中与分布式相结合的方案[2,3,4,5]在站控层设立操作服务器,间隔内的操作由间隔层装置完成,跨间隔的操作由操作服务器来完成;分布式方案[6,7]无需操作服务器,所有的操作都由间隔层来完成。
国内的变电站智能操作票系统的研究已开展多年[10,11,12,13],并在现场得到成熟应用。本文探讨将智能化操作票系统与程序化操作相结合的方式以及需要注意的几个问题。
1 变电站智能操作票系统
变电站智能操作票系统[10,11,12,13]按照给定的操作任务和设备的初始状态,根据变电设备操作逻辑,自动生成满足从设备初始状态到目标状态的一系列操作序列。设备的初始状态可直接从变电站自动化系统获取实时遥信量,使智能操作票系统上模拟图的设备状态与设备的实际状态保持一致,保证智能操作票系统所拟的操作票的正确性。设备的初始状态也可人工设置,便于提前拟写、准备操作票保证倒闸操作的效率和正确性。
2 现有的基于典型操作票模式的程序化操作方案
2.1 集中式方案
集中式方案就是在自动化系统的站控层实现全站所有设备的程序化操作。它在站控层设置程序化操作服务器,统一存放全站的操作票,负责采集站内所有间隔测控和保护装置的相关信息,负责发程序化控制操作、解析操作票,并对程序化操作进行防误闭锁条件的判别,按操作票的内容依次执行程序化操作,并把程序化操作的过程信息及结果上传。具体执行过程如图1所示。
2.2 集中与分布式相结合方案
集中与分布式相结合方案由间隔层设备与程序化操作服务器共同完成程序化操作。单间隔装置内操作的操作票储存在间隔层装置中,而程序化操作服务器储存跨装置操作的组合关系。单间隔装置内的程序化操作在间隔层装置内实现,而跨装置的操作包括跨装置的间隔操作和跨间隔的操作由程序化操作服务器来完成。具体执行过程如图2所示。
2.3 分布式方案
分布式方案的程序化操作完全由间隔层装置实现,站控层没有设立程序化操作服务器。所有程序化操作票,包括本间隔内的操作票及和本间隔相关的其他间隔的控制操作,都存储在相应的间隔层装置中,间隔层装置是操作票唯一的存储源。装置内的程序化控制操作由装置负责实现,当需要实现跨间隔或跨装置的控制,实现装置之间的闭锁信息传输和控制操作时,闭锁信息的传输在间隔层直接通过装置间的信息交换实现,而控制操作通过向站控层设备发送请求命令间接实现。具体执行过程见图3。
3 变电站智能操作票系统与程序化操作结合方式
3.1 集中式方案的结合方式
集中式的程序化操作方案与智能操作票系统的结合最为简单,把智能操作票系统放在程序化操作服务器中,程序化操作开始前首先读取自动化系统上的实时遥信量,使智能操作票系统上的模拟图与设备的实际状态一致,接着由智能操作票系统根据操作任务拟写好操作票后将操作票发送给程序化操作服务器,然后由程序化操作服务器来完成程序化操作。执行过程流程图如图4所示。
3.2 集中与分布式相结合方案的结合方式
在这种方式中,站控层也有一台程序化操作服务器,智能操作票系统放置在程序化操作服务器中,在程序化操作开始前首先读取自动化系统上的实时遥信量,使智能操作票系统上的模拟图与设备的实际状态一致,然后由智能操作票系统根据操作任务拟写好操作票发送给程序化操作服务器。程序化操作服务器接收到操作票后,首先判断是单间隔单个装置的操作还是跨装置或跨间隔的操作,如果是单间隔单装置的操作则直接将操作票发送给相应间隔的间隔装置,然后由该间隔层装置进行操作;如果是跨装置或跨间隔的操作则由程序化操作服务器来协调完成。执行过程流程图如图5所示。
3.3 分布式方案的结合方式
分布式方案的程序化操作完全由间隔层装置来实现程序化操作,站控层没有设立程序化操作服务器。在这种方式下,在不增加任何计算机的情况下,智能操作票系统只能放置在间隔层装置中,而间隔层装置由于其软硬件的限制目前不支持数据库的应用,在采用远动101、104规约时是无法将智能操作系统放置在间隔层装置中的,所以要想将分布式方案的程序化操作系统与智能操作票系统相结合,只能在站控层增加一台计算机用于放置智能操作票系统,在程序化操作开始前同样需要读取自动化系统上的遥信量,使模拟图与设备的实际状态一致后由智能操作票系统拟票,然后智能操作票系统将拟写好的操作票发送给相应的间隔层装置,由间隔层装置来完成程序化操作。执行过程流程图如图6所示。
3.4 分析
从以上3种程序化操作方案与智能操作票系统的结合方式可看出,智能操作系统先从自动化系统读取实时遥信量,然后形成操作票并校验合格后,根据不同的程序化操作方案来执行操作票内容。集中式方案和集中与分布式相结合的方案都在站控层设立操作服务器,因此只需将智能操作票系统放置在程序化操作服务器中即可,但集中与分布式相结合的程序化操作比集中式的程序化操作对网络的通信依赖较小,且单装置操作时由于信息是直接采集的,快速可靠。分布式方案需要在站控层专门设立一台计算机给智能操作票系统才能将2个系统有效结合。
4 需要考虑的问题
4.1 保证智能操作票和程序化操作正确性的措施
把智能操作票系统与程序化操作相结合后,由于操作票是自动生成的且程序化操作也是自动完成的,必须采取必要的措施来保证程序化操作的正确性和可靠性。可以采取以下措施:
a.操作票执行前进行模拟预演,同时嵌入防误逻辑用以判断操作票的正确性;
b.在程序化操作系统中嵌入在线微机防误,每项操作步骤只有经过在线微机防误的逻辑判断正确后才能开始操作;
c.每项步骤操作完成后用“二元法”验证设备操作到位后才能开始下一步的操作;
d.提供程序化操作急停、暂停及异常终止功能,用于在执行过程中发现异常时暂停或终止操作。
4.2 典型操作票与智能操作票的结合
完全依赖智能操作票的模式并非是最理想的方式,对于一些非常复杂但操作步骤单一、固定的操作可以将其编制成典型操作票预先存储。对于单间隔的简单操作也可以编制典型操作票预先存储,尤其是由间隔层单个装置来完成的操作。比如旁代断路器操作、单个开关的转态操作。这种典型操作票与智能操作票结合的操作票模式在现场实际应用更具合理性和实用性。
4.3 智能操作票系统与程序化操作的闭环控制
在倒闸操作以人工操作的方式进行的情况下,智能操作票系统的模拟图的状态可以人为设置来完成预先拟票的工作。操作人员在开始倒闸操作之前会先核对设备的实际状态,以保证倒闸操作的正确执行。但是,倒闸操作采取程序化操作的方式进行时,它是实时、自动完成的,必须保证操作票的初始状态与实际状态完全一致才能开始程序化操作,所以,当将智能操作票系统与程序化操作结合时,必须保证在程序化操作执行过程中智能操作票系统不能拟票,必须接收到程序化操作执行完毕并且设备的状态满足前一张操作票要求的目标状态后才能开始拟票准备新一轮的程序化操作,即在程序化操作方式下,智能操作票系统模拟图上的设备状态不能通过人工设置,只能实时读取自动化系统上的遥信量。通过这样的闭环控制,智能操作票系统和程序化操作才能有效结合并保证程序化操作不会出现误操作。
5 结语
操作系统总结 篇5
多任务是指用户可以在同一时间内运行多个应用程序,每个应用程序被称作一个任务。像Windows、LINUX就是支持多任务的操作系统。每个任务使用由操作系统分配的短暂的时间片(Timeslice)轮流使用CPU,由于CPU对每个时间片的处理速度非常快,在用户看来好像这些任务在同时执行，这叫做时间片轮转调度法。还有更多的多任务调度方法。
实时系统
（REAL TIME system）是指系统能及时的响应外部时间的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。分为硬实时任务和软实时任务，系统对任务的截止时间有要求否则会出现难以预测的结果，这就是硬实时任务，反之要求不是很严格则为软实时任务。
操作系统的基本特性
并发与并行：并发性是两个或多个事件在同一时刻发生。而并行性是两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
进程：为了使多个程序能并发的执行，系统必须为每个程序建立进程（process）。简单说来~进程是指在操作系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。他是由一组机器指令数据、堆栈等组成的，是一个能独立运行的活动实体。多个进程之间可以并发的执行和交换信息。一个进程在运行时需要一定的资源，如CPU、内存空间、IO设备等。
我的注解：进程很重要。Linux的进程之间的关系可以这样描述：一个完整的main函数运行的时候，在linux里是以进程的形式存在的。系统启动之后运行的第一个进程的进程号是1，叫做init进程，一切进程都从它派生出来，一个父进程可以派生另一个进程，即为子进程，这俩进程为并行关系。子进程也可以创建子进程。
进程的创建在linux里边用fork（）函数它有两个返回值，一个是在父进程中返回，返回的是子进程号，一个是在子进程中返回，如果子进程创建成功，则返回的是0。子进程是父进程的一个拷贝，现代的进程创建都用vfork（）创建子进程之后，并不拷贝全部的进程空间，只有在用到时才拷贝，叫做写时复制技术（copy on write）。
Linux里边这样创建子进程：
pid_t pid=fork();//这里的pid_t是一种数据类型（如int），这里代表进程号（实质上也是个整形变量int）
If(pid==0){这里边就是子进程代码}
Else if(pid>0){这里边是父进程代码，pid的值是子进程的进程号PID}
线程：通常在一个进程中可以包含若干个线程，他们可以利用进程所拥有的资源。在引入线程的操作系统中，一般都把进程作为分配资源的基本单位。而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。优点：运行效率更高。
进程的状态：一般分为就绪状态。执行状态。阻塞状态。
操作系统为“云”护航 篇6
“在云环境下，虚拟化是基础，虚拟化技术是通过对硬件资源进行整合和按需分配，以资源池的形式响应内部IT系统的资源需求。由于虚拟化架构的网络环境是随时可变的，这就对防火墙、IDS等传统信息安全产品带来了新的挑战。”椒图科技常务副总经理李科表示，“在云架构中，操作系统镜像(Guest OS)作为连接底层资源池和上层应用系统的重要枢纽，是虚拟化应用的基石，更需要加强安全防护。”
基于对信息安全相关国家标准和用户实际安全需求的深入理解，椒图科技推出了椒图主机安全环境系统（简称JHSE），该系统推出了双重身份鉴别、敏感标记、入侵防范等安全功能和技术应用模式，帮助用户将服务器操作系统提升至三级安全标准。作为一款通用型安全操作系统，其支持全系列主流商用操作系统，同时产品的安装、运行等都不会改变用户原操作系统上的业务应用的持续正常运行。
李科表示，在产品设计之初，椒圖科技就充分考虑到云的特点，通过增强型RBAC、DTE、BLP三种安全模型重构并扩充操作系统的安全子系统，从而使JHSE能够与每个操作系统镜像紧密结合，并可通过JHSE安全云管理中心对每台部署JHSE的服务器进行集中管理，为云信息系统构建出纵深防御体系。
系统操作 篇7
1 DCS系统故障情况
6月29日18:32, 整个窑尾DCS系统陷入瘫痪, 所有参数均无法显示和调节。包括窑尾高温风机系统、预热器及热风管道、增湿塔、均化库底及出库系统、生料计量和输送、窑尾煤粉计量和输送系统以及窑中主电动机及辅助设备系统。故障发生后, 操作员立即通知电气人员进行处理。检查后, 发现窑尾控制柜温度过高, 使DCS系统CPU无法工作, 导致窑尾DCS死机。处理此次DCS系统故障需要断电后复位, 但断电后大量设备要跳停, 后果无法估计, 再加上窑头及篦冷机系统正常, 通过部分参数还可以监控整个系统的运行状况, 所以窑系统一直在运行。在此期间一直在处理DCS故障, 但均未处理好。直至19:55窑内温度降低, 开始跑生料, 才在操作员的要求下于2008对DCS系统CPU断电, 停窑, 21:21处理好后开窑主传投料。
在DCS系统故障的情况下, 窑系统运行了96min。在整个过程中, 系统在无法监控、无法操作的状态下运行, 对设备运行和人员安全带来了巨大的威胁, 也给生产带来了一定的困难。
2 DCS系统故障中控窑系统操作预案
2.1 DCS一般性系统故障
DCS系统发生一般性故障时窑系统部分设备和参数无法监控和操作, 但不影响整个窑系统运行。应立即通知相关人员进行处理并汇报相关领导, 结合可以监控的信息进行调整操作, 通知现场人员监控中控无法监控的设备, 必要时把部分设备转为现场操作。
2.2 短时间可以处理好的DCS死机
DCS死机但能在30min之内处理好时, 应通知现场巡检人员密切关注各主机设备运行情况并检查输送设备保证料流通畅。待DCS处理好后, 针对系统运行状况进行相应调整操作, 使系统恢复正常运行。
2.3 短时间无法处理好的DCS死机
DCS死机且在30min之内无法处理好时, 应停机处理。具体步骤如下:
2.3.1 人员安排
所有操作均由现场完成。在故障20min后, 通知值班员及现场巡检人员准备停机, 现场到位。具体安排如下:均化库底一人 (巡检工) 、预热器顶一人 (巡检工) 、篦冷机一人 (巡检工) 、窑中窑头一人 (值班员) 、窑尾和窑头电力室各一人 (电工) 。处理过程中所有人员要密切配合, 统一由中控操作员指挥, 合理安排, 减少无效工作, 协调好生料磨及发电操作。
2.3.2 停机步骤
1) 关闭生料秤前手动闸板, 停均化库及生料仓流化风机, 停炉煤及头煤, 开启窑托轮油泵, 停窑主电动机, 待窑不转后开辅传慢转窑。
2) 通知生料操作员和发电操作员进行调风, 预热器人员手动逐步关闭预热器顶热风挡板至10%, 手动打开冷风挡板至100%;同时篦冷机人员把固定端风机风门关到50%左右, 一段关到30%, 二、三段风机停机, 检查破碎机、拉链机、电除尘器运行状况。操作员到窑头观察窑头负压状况, 协调预热器人员和篦冷机人员调风, 避免窑头正压, 预热器人员结合预热器顶负压状况, 关闭气动闸板和收尘蝶阀。
实时操作系统综述 篇8
早期的嵌入式技术,以功能简单的专用计算机和单片机为处理核心,通过对处理器直接编程完成系统特定工作,由于处理器结构和目标系统功能简单,因此,以处理器基础的嵌入式应用的开发广泛应用与工业制造和控制行业。
计算机硬件的发展和高性能的处理器出现,使高性能和功能复杂应用系统实现成为可能,嵌入式系统开发变得越来越复杂。为了管理复杂的处理器和外围设备,简化开发过程,嵌入式实时操作系统RTOS(Real Time Operation System)开始出现并得到迅速的发展,嵌入式操作系统能运行于各种微处理器上,用于管理嵌入式系统的硬件资源,提供丰富的通用程序库,简化嵌入式系统的开发过程,方便嵌入式产品的升级和移植。
随着微电子技术发展,以芯片技术为核心的嵌入式系统开始出现,今天的集成电路规模能够使复杂的应用系统集成到单一的芯片上,从而形成片上系统(So C:System on Chip),片上系统出现,使嵌入式产品结构越来越小,功能越来越强大。为简化So C的开发过程,提高产品的可靠性和性能,So C产品广泛采用基于嵌入式操作系统开发方法。
1 实时操作系统(RTOS)特点
同传统的操作系统相同,RTOS用于管理嵌入式系统的硬件资源,方便用户式用于开发,典型的RTOS包括CPU管理与调度、存储器管理、设备管理、文件管理和网络访问等。RTOS具有可剪裁性和可扩展性,真正的RTOS内核很小,一般只有十几K甚至几K字节,使用时嵌入在目标代码中。用户根据RTOS移植对象(处理器)和应用程序特点,适当选择RTOS其它的功能组件。目前广泛使用手机和PDA等产品都是典型的基于RTOS嵌入式应用。基于RTOS的嵌入式软件开发具有以下特点:
1)RTOS引入简化了嵌入式系统的复杂性。随着嵌入式系统的功能越来越多样化,性能要求愈来愈高,嵌入式产品开发变得更加复杂。RTOS提供系统各功能模块的标准接口,复杂嵌入式系统通过RTOS接口可以分为各个独立的开发模块,各模块只与RTOS交换信息,与其它模块设计者无关,从而简化了复杂嵌入式系统。使开发过程更易管理。
2)基于RTOS开发的系统,具有很好的移植性。由于RTOS封装硬件部分功能,而嵌入式软件采用基于RTOS开发方式,这样,嵌入式软件的移植工作,只要重写RTOS与处理器有关的代码即可。一般情况下,RTOS与硬件相关的代码占整个RTOS代码量的5%~10%左右,商业化的RTOS一般都提供各种处理器支持,因此代码移植很方便。
3)RTOS的功能重用,缩短开发周期,提高开发效率。RTOS封装CPU调度、I/O访问、定时器等系统资源,把对硬件资源标准调用接口提供给开发者,这样软件开发者不必关心软件-硬件接口部分是如何工作。直接使用标准调用接口,请求系统资源的分配和使用。这样,嵌入式软件的很大部分功能由RTOS完成,从而大幅度提高开发效率。
4)RTOS具有很高的灵活性,系统扩展方便。最小RTOS内核一般只提供一些基本功能,根据用户应用的需要,开发者可在RTOS内核的基础上,扩展RTOS功能,如增加文件管理功能,外围设备驱动功能,TCP/IP协议支持等。
5)RTOS具有可综合特点。软件提供商以软IP核形式固化RTOS代码,将So C所需的RTOS内核软件,如通信协议软件,FAX功能软件等,以标准API方式和IP核形式,供EDA工具调用,并固化到FLASH或ROM。目前一些嵌入式软件供应商纷纷把成熟的RTOS内核和功能扩展件,以软件IP核构件形式出售,如Microtec的VRTXoc for ARM就是典型例子。
目前,我国的大多数嵌入式软件还没有采用基于RTOS下的开发方式,而是采用基于处理器直接编写代码的传统方式,这种对系统软件和应用软件不加区分的开发方式存在很多弊端。随着嵌入时技术的发展,特别是系统芯片So C(System on a Chip)技术的出现,嵌入式应用系统变得越来越庞大、复杂。传统的设计方法已经无法满足日益发展的嵌入式产品设计的需要,目前,嵌入系统设计正趋向于采用软/硬件协调设计(codesign)的方法,作为嵌入式协调设计重要组成部分的软件开发,正在朝着基于RTOS上的应用软件开发方向发展。
2 基于RTOS的嵌入式系统开发
基于RTOS嵌入式系统开发是嵌入式产品开发的发展方向,国内外很多厂商提供基于RTOS的嵌入式系统开发环境和工具。主要包括:
1)交叉编译器,主要是C/C++编译器。目前市场上存在专用和通用的C/C++编译器,通用的C/C++编译器主要是美国自由软件基金会(GNU)提供GCC编译器,它支持目前市场上主流处理器类型,而且可以免费获得,因此被广泛采用。
2)RTOS本身,RTOS是嵌入式系统开发基础和平台,包括实时内核和扩展功能库,为嵌入式应用提供API调用和功能扩展接口。
3)RTOS开发调试工具,提供基于RTOS应用的调试,帮助开发人员更好的完成系统功能。特别多任务实时应用系统,调试工具不可缺少。
4)硬件仿真和模拟器,提供实时在线开发和调试,一般由处理器制造商提供,一些公司还提供类似仿真器和逻辑分析仪的硬件调试工具。
嵌入式系统结构如图1所示,RTOS直接运行于嵌入式芯片之上,用于管理嵌入式芯片硬件资源,提供系统调用接口。嵌入式软件建立于RTOS之上,通过调用RTOS调用接口访问嵌入式芯片资源,这种层次化系统结构大大简化系统开发过程,方便系统维护和后期管理,而且,通过修改少量的RTOS代码,可以用不同类型的芯片实现系统功能,方便系统的移植和硬件的升级。
对于特定芯片的嵌入式应用系统的开发,首先选择合适的实时操作系统RTOS,通过RTOS的功能库函数和调用接口,开发特定功能的应用软件代码。并交叉编译生成面向特定处理器的目标代码,目标代码下载并固化到处理器的存储器,从而形成满足特定功能的嵌入式应用系统。目前广泛应用的掌上电脑和手机都是典型的嵌入式应用。
3 RTOS发展前景
从1981年Ready System发展了世界上第1个商业嵌入式实时内核(VRTX32),到今天已经有近20年的历史。20世纪80年代的产品还只支持一些16位的微处理器,如68k,8086等。这时候的RTOS还只有内核,以销售二进制代码为主。进入20世纪90年代,现代操作系统的设计思想,如微内核设计技术和模块化设计思想,开始渗入RTOS领域。进入20世纪90年代中期,互联网之风在北美日渐风行。网络设备制造商、终端产品制造商都要求RTOS有网络和图形界面的功能。为了方便使用大量现存的软件代码,他们希望RTOS厂家都支持标准的API,如POSIX,Win32等,并希望RTOS的开发环境与他们已经熟悉的UNIX,Windows一致。这个时期代表性的产品有Vxwork,QNX,Lynx和Win CE等。
目前,RTOS已经在全球形成了一个新产业,据美国EMF(电子市场分析)报告,1999年全球RTOS市场产值达3.6亿美圆,而相关的整个嵌入式开发工具(包括仿真器、逻辑分析仪、软件编译器和调试器)则高达9亿美圆。市场上的RTOS产品也趋于成熟,比较流行的实时操作系统:Vx Works、PSOS、QNX、Win CE、Hopen OS等。Vx Works是由美国Wind River System Inc.公司推出的,其产品在高可靠、高性能领域中被广泛应用。成功用于1997年发射的火星探测器“探路者”而声名大噪;PSOS、Vx Works都提供丰富的、适应各种通信协议的驱动程序,特别是用于通信产品的开发。
在我国,嵌入式操作系统开发起步较晚,目前市场上还不存在具有竞争力产品。由北京凯思软件集团开发的嵌入式操作系统Hopen OS,是我国具有自主知识产权的计算机操作系统,虽然由于“女娲计划”而备受瞩目,但目前仍然没有的到广泛的推广和应用。
国外技术垄断严重限制我国信息技术的发展,在嵌入式产品开发方面,昂贵的RTOS使用版税和服务费用,使我国的嵌入式产品成本大大增加,限制产品市场和国际竞争力。而且,资金的短缺和研究经费的不足一直中小科研机构和厂商面临的难题。
自由软件诞生和源代码开放为我国的嵌入式技术带来了新的发展机遇,自由软件最大的特点就是源代码开放,目前广泛流行的Linux操作系统就是其中一例,Linux提供操作系统所具备全部功能,有很高灵活性,用户可以根据要求进行剪裁和重组。RT-Linux(Real–Time Linux)就是利用自由软件Linux进行开发的嵌入式操作系统,由美国新墨西哥州FSM实验室开发。类似公开源代码的嵌入式操作系统还有Cygnus的u/Cos等。
4 小结
在嵌入式产品功能高度复杂的今天,嵌入式产品的开发方式发生了巨大的变化,基于RTOS的嵌入式产品开发方式逐渐成为嵌入式产品的开发的主流,RTOS成为嵌入式产品功能核心和灵魂。为了摆脱对国外RTOS产品的依赖,我们应该开发具有自主版权的实时操作系统。但是,实时操作系统结构非常复杂,即使在软件技术高度发达的今天,要从头设计一个完整的实时操作系统绝非一朝一夕能够完成,我们应该充分利用信息化的网络优势,利用现有的公开源码RTOS,并在此基础上进行功能调整和扩展,最终形成自主版权的RTOS产品。
摘要：目前,以计算机技术、芯片技术和计算机软件技术为核心的数字化技术取得了迅猛发展,现代控制技术、多媒体技术的应用与普及,促使消费电子、计算机、通信一体化趋势步伐加快,嵌入式技术再度成为研究热点。
关键词：嵌入式系统,实时操作系统,RTOS
参考文献
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多核操作系统发展综述 篇9
多核处理器的出现大大提升了系统并行处理能力,使越来越多不同类型的应用可以同时在多核平台上进行高效的并行计算。现有成熟的操作系统经过长期的发展,对目前普通多核处理器大多能够提供较好的支持。但同时,多核处理器的核数迅速增长、结构日益复杂,也为未来多核操作系统的设计与优化带来了巨大的挑战。如何适应未来多核处理器的迅速发展,设计高可用、高并行、高可扩展的多核操作系统,是目前业界共同的奋斗目标。
2 现状与挑战
传统多核操作系统采用宏内核[(Macro Kernel,或称为大内核(Monolithic Kernel)]架构,其中以Linux与Windows操作系统为主要代表。宏内核相当于一个巨大的并发协同的进程组,主要使用单一数据结构,内核本身提供大多数系统服务。在多核处理器核数有限、结构并不复杂的情况下,传统宏内核操作系统基本能够充分利用多核处理器的并行处理能力,对外体现为一个紧耦合、高效的单一操作系统。
随着技术的进步,多核处理器在硬件性能和结构上达到了长足的发展。多核处理器的核心数持续增加,目前已有集成超过100个核心的芯片。同时,多核处理器的结构也越来越多样化,出现了异构多核与类NUMA多核。
多核处理器的核心迅速增长、结构日益多样化,为传统多核操作系统的设计带来了巨大的挑战。尽管操作系统已经针对类SMP、类NUMA处理器结构对部分内核数据结构进行分布化,但它们本身与特定的同步模式以及数据布局紧密相关,其可扩展性受限于锁竞争、数据局部性以及对共享内存的依赖等。传统多核操作系统难以适应多核处理器的发展趋势,具体表现在两个方面。
首先,传统多核操作系统难以适应多核处理器核数的飞速增长。传统操作系统往往通过锁来保护共享数据,随着CPU核数的增加,进入内核的线程也会随之增加,对锁的竞争将更为激烈,影响系统的整体性能。
另外,核数增加时,传统多核操作系统一般通过创建更细粒度的锁来增加内核的并发性,而调整锁粒度是一项异常复杂的工作。未来处理器核心数量指数增长的情况下,重新设计子操作系统的速度难以与之同步。
其次,类NUMA多核处理器以及异构多核处理器的出现给传统多核操作系统设计带来了新的困难。类NUMA微结构多核处理器的特点是,多个核在访问片上数据比如L2Cache的时延是不同的,各个核部分共享L2Cache或者私有L2Cache。访问时延的不一致性使操作系统的设计更复杂,而且,当核数扩展时,为保证数据一致性所占用的操作系统开销将大大增加。异构多核处理器由一个或者多个主核以及其它从核组成,不同类型的核心给操作系统设计以及系统编程开发带来了很大的困难,其可扩展性也难以实现。
3 技术路线
为适应多核处理器的发展,可以利用分布式设计思想,从结构和功能上对传统多核操作系统进行分布式处理优化,将多核硬件划分为不同的子系统,尽可能降低各子系统之间的耦合度,从而提高多核操作系统的可扩展性。
目前,面向可扩展多核操作系统的研究主要可分为三种技术路线:1)改进传统宏内核架构,以适应多核体系结构,这是目前最广泛的研究方法;2)基于功能分布思想,将不同的核(或者核组)划分为不同的功能,不同功能之间通过共享内存或消息传递通信,开发功能分布式多核操作系统;3)借鉴分布式系统的数据分布思想以及消息通信机制,创新设计数据分布式多核操作系统。
3.1 改进传统宏内核架构
目前商业上应用最广泛的多核操作系统仍然是Linux、Windows等老牌操作系统。为改善系统的可扩展性,linux等传统操作系统一直没有停止过对多核处理器的优化支持。Linux针对NUMA结构处理器修改了内存分配策略,CPU会优先选择当前节点的物理内存,不够时才寻找附近节点请求物理内存分配。微软的Windows7移除了dispatcher锁,改动涉及50多个文件、6000多行代码。但限制可扩展性的根本因素———锁与共享内存等,依然是传统操作系统的主要运作元素,因此,对于多核的优化,他们还有较大的改进提升空间。
Corey操作系统是MIT等组织在Linux基础上修改操作系统接口实现的,其设计目标是针对当前主流的Cache一致性SMP多核处理器。其设计思想是“应用程序控制数据的共享”,即通过应用程序对内核间共享资源的控制,减少多核之间不必要的资源传递与更新,以达到更高效利用多内核的目的。
Corey在Linux中增加了三个新接口:1)地址范围,允许应用程序编程时决定私有地址与共享地址的范围;2)核心,允许应用程序制定特定的核心执行;3)共享对象,允许应用程序决定哪个对象对其它核心可见。Corey系统相对Linux系统性能提升明显,基于某AMD16核处理器的实验表明,Corey的Map Reduce性能较Linux提高了25%。但是,Corey改变了操作系统接口,普通应用程序需要经过修改才能在其上运行,其兼容性存在一定问题
3.2 功能分布式多核操作系统
传统多核操作系统的不同核心使用相同的宏内核,主要基于数据并行扩展多核性能,锁机制成为限制系统可扩展性的主要因素。功能分布式多核操作系统是一类将多核按照功能划分的操作系统,不同核心(Core)所使用的内核(Kernel)可以是宏内核或微内核。该类操作系统开辟了新的多核性能扩展路线,从原有的数据并行到新的功能分布,由于功能分布对数据的耦合度大大低于数据并行,因此可扩展性显著高于传统多核操作系统。
FOS是MIT开发的一种面向多核与云计算的操作系统,其设计宗旨是可扩展性以及自适应性。FOS的设计原则主要是:1)空间复用取代时间复用,FOS是在命名空间中进行调度,调度的资源是分布的多个核;2)操作系统分解成特定的服务,各操作系统服务分布在各服务器中,各服务器互相协作,彼此通过消息传递进行通信;3)错误自动检测与处理等。图1为FOS的微内核架构,其中每个处理器核运行一个不同的微内核,分别提供不同的操作系统服务或者运行应用程序。应用程序进程通过高效的消息传递获得操作系统服务,不同的服务或进程间的通信也通过消息机制进行。FOS对外提供单一系统映像(SSI,Single System Image),适用于传统操作系统的应用程序无需经过特定修改即可直接在FOS上运行。FOS系统具有良好的兼容性以及可扩展性。
3.3 数据分布式多核操作系统
异构以及类NUMA多核处理器的与传统多核处理器有明显的区别,即核间耦合度大大降低,主要表现在核间共享内存与cache的开销增加以及效率下降。传统紧耦合操作系统抑或Linux类NUMA操作系统,难以很好的发挥新型处理器的特点。考虑到新型处理器的硬件分布式特点,借鉴分布式系统的数据分布思想,创新设计松散耦合的类分布式多宏内核操作系统,对于提高多核操作系统的可扩展性,无疑是另辟蹊径。
Barrelfish系统基于Multikernel体系结构,是由剑桥微软研究院与瑞士苏黎世联邦理工学院联合开发的新型操作系统,其设计目标是高效管理使用异构的硬件资源,适应多核处理器的发展,如图2所示。该系统中每个内核都运行自己的操作系统,很好的支持了内核的异构性。同时它继承了分布式系统的思想,将各内核作为独立的单元,单元通过总线上的消息传递进行通信。这种模型可以带来更好的模块化性能,并使得分布式算法可以直接应用于多内核系统中。
4 结束语
多核处理器的核心迅速增长以及结构日益复杂,给未来操作系统的设计带来了很大的挑战。传统多核操作系统的可扩展性受限于锁竞争与Cache缺失,因而难以适应多核处理器的发展趋势。
目前,面向可扩展多核操作系统的研究主要可分为三种技术路线,分别是改进传统宏内核架构、开发功能分布式多核操作系统以及开发数据分布式多核操作系统。后两者通过利用分布式设计思想,从结构和功能上对传统多核操作系统进行分布式处理优化,将多核硬件划分为不同的子系统,尽可能降低各子系统之间的耦合度,从而提高多核操作系统的可扩展性。因此,功能分布和数据分布是未来多核操作系统的发展趋势。
参考文献
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[2]T.C.Rajkumar Buyya,“Single system image(ssi),”the International Journal of High Performance Computing Applications,vol.15,pp.124-135,2001.
《操作系统》教学策略探讨 篇10
1 操作系统的教学现状
操作系统是一门理论和实践相结合的课程，就理论而言，其中的许多概念、算法较抽象不易理解，目前大部分院校依然采用集中的“灌输式”的课堂授课方式，教学方法和手段相对比较单一，教学效果得不到提高，学生的接受力和理解力受到影响，学习兴趣没有被激发出来。
同时操作系统也是实践性很强的课程，它的许多实现方法都来自于实际需要，因此在教学过程中需要教师将基本概念、原理、技术与操作系统实例相结合。但在实际教学过程中，存在实验课时少，实验内容及方法比较单调，理论与实践脱节的问题。实验往往是学生的薄弱环节，实验的内容及其组织也一直是摆在教师面前的一道难题。长期以来的实验内容大都是针对操作系统原理的一些验证性的实验，学生兴趣不大，收获也不大，因此也就更谈不上对学生动手能力和创新能力的培养。
2 操作系统的教学策略
2.1 重视第一次课
操作系统是学生比较熟悉的系统软件，平常用的比较多，但操作系统这门课程并不是只讲它的使用，而侧重于操作系统功能内核的介绍，因此相对来说概念比较抽象、实践性强但实验很难组织，因此第一次课非常重要，如果成功则能很好带动学生学习这门课的积极性，否则相反。第一次课不必急着讲授理论知识，而可以从学生熟悉的操作或者目前流行的操作系统产品着手，的问题可以介绍流行操作系统的设计团队、使用情况甚至可以讲述操作系统发展历史中的小故事，比如比尔盖茨的人生经历等，另外让学生讨论自己使用过程中遇到的问题，讲述自己所知道的操作系统的发展历程，这样能初步引发学生的学习兴趣，起到抛砖引玉的作用，为以后的课程学习打下良好的基础。
2.2 传统板书和多媒体结合
目前教学中多媒体应用比较广泛，多媒体课件可以图文并茂地表达一个目标，操作系统的许多工作原理结合图或动画的形式能够比较直观的表达出其实现思想，但大部分课件都只是只是知识点的简单罗列，只是省却了教师课堂上手写的麻烦，但事实表明有些概念、算法直接罗列出来，学生不但印象不深，而且随着幻灯片的播放，还会时有走神的现象，多媒体的真正意义并未体现出来，因此在内容的组织和表现形式上需要教师花功夫琢磨如何提高多媒体课件的质量。在必要的时候如重要概念的介绍，重点算法的推理等方面还应采用传统板书的方式，如操作系统中的银行家算法的实现，如果通过多媒体演示加上板书一步一步写出推算过程的方式，学生基本都能理解。因此实践证明采用板书和多媒体结合的教学模式，有助于学生对理论知识中的重点和难点的理解，不但提高了教学质量，而且记忆深刻，教学效果良好。
2.3 引导式、案例式、互动式等多方位教学方式结合
针对操作系统理论性强的特点，如果在课堂上始终采用“满堂灌”的方式，势必效果欠佳，很难引起学生的学习兴趣，相反还会引发学生的厌学情绪。因此在课堂教学时应适当采用引导式教学方法，来调动学生的学习积极性。例如，在存储器管理这一章中的分页管理地址转换机制的讲解，若用引导式教学方式，就会达到很好的教学效果。比如首先通过提问分区式存储管理方式的缺点是什么，从而引出分页式管理方式的实现思想，再从其逻辑地址结构引出物理地址结构。
另外合理地应用案例教学会使抽象的理论知识明朗化。若光是介绍理论，学生会觉得枯燥无味，学习积极性得不到提高。若在讲解理论的同时，辅以实例教学，就会使学生理解起来更加容易，印象也会加深，而且加强了学生的知识应用能力。例如在讲解进程管理时，可以把任务管理器调出来，通过打开或关闭一个应用程序来理解进程的相关概念以及进程的动态生命周期。
课堂教学应该是以学生为主体，如果没有学生的积极参与，即使内容讲的再多，再生动，也达不到应有的效果。因此我们提倡“互动式”教学，在教学过程中加入必要的学生参与，比如通过提问、讨论、鼓励学生勇敢发表自己对某问题的看法等方式，不但可以活跃课堂气氛，而且可以培养学生的思维能力，加强学生的参与意识，加深对知识的理解程度。例如在讲到虚拟存储器这一段内容时，就可以让学生思考虚拟存储器是如何实现的，并讨论自己在使用具体操作系统的过程中遇到的一些关于虚拟内存的问题，如何解决等。
2.4 理论联系实际、加强实践教学
目前操作系统课程都配备了一定课时的实验课加强学生的实践动手能力。在讲解理论知识的同时加强实践教学，把理论的内容应用到实际中，可以使抽象的知识变得清晰、形象、直观，提高学生的学习兴趣。所以教师要在实验内容的组织上下功夫，实验内容可以分成两大部分，一部分是操作系统的应用包括配置和管理，这部分内容主要是操作系统的实际应用，另一部分是用高级语言来模拟实现操作系统的某些主要功能，这部分内容可以加深学生对操作系统核心原理的理解。
学生一般对操作系统的应用比较感兴趣，那么对实验内容的安排可以从易到难，从学生最熟悉的内容着手，例如在介绍操作系统的概念后，增加一次实验课，让学生练习安装操作系统，并应用安装后的操作系统执行查看资源管理器、任务管理器、设备管理器、清理磁盘等操作。这样学生能从资源管理角度对操作系统有一个很直观的认识，也就是操作系统管理外存空间、内存、CPU等硬件资源，也由它来管理硬盘上存储的文件、内存中运行或等待运行的文件等软件资源。还可安排与操作系统相关的虚拟机的知识，让学生自己去网上搜索虚拟机软件并进行安装使用，在其上安装Linux等操作系统并且掌握其使用。另外也可安排操作系统的配置与管理方面的内容让学生操作，如文件服务器、FTP服务器、IIS服务器等的配置与管理，这方面的内容比较实用，因此可以大大激发学生的学习兴趣、提高其动手能力。
另一方面通过让学生上机模拟实现操作系统某些功能来进一步培养学生学习操作系统的兴趣。要求学生采用高级语言编写调试一个简化了的操作系统功能模块，比如进程管理中的生产者与消费者问题，内存管理中的动态分区管理、虚拟存储器管理，设备管理中的SPOOLing系统的模拟实现等，同时要求学生对程序流程、实验运行结果、心得体会、遇到的问题及解决的方法等撰写相应实验报告，针对学生的反馈信息再做总结，从而保证实验的完整性。通过模拟这些算法的实现不但可以使学生对操作系统的原理理解得更加透彻，而且也会相应地提高学生的程序设计和编程能力，学生在做这些实验的过程中才会体会到学习操作系统的乐趣。
学生通过完成以上设计内容不但对操作系统的实际应用有更熟悉的掌握，而且可以基本理解多道环境下操作系统的主要功能模块的设计思想，对操作系统课程中所介绍的原理部分的内容会有进一步的掌握。
3 结束语
操作系统是一门抽象的课程，掌握最新操作系统原理、提高现代操作系统的实践应用能力，依赖于教、学双方的不懈努力和教学方法的不断创新。以上提出的教学策略是对操作系统课程教学的一些有益的探索，在具体实践教学中取得了一些很好的效果，今后还应在实践中继续探索新的教学方法，促进操作系统课程教学改革的进一步发展。
参考文献
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[3]薛安荣.操作系统教学改革和创新人才培养[J].考试周刊, 2009 (38) :209.
系统操作 篇11
你可以通过点击窗口左上角的“切换到分类视图”或是“切换到经典视图”在两种控制面板的显示方式之间进行切换。如果窗口左边显示的是树形结构，通过点击工具栏的“文件夹”按钮，可以将“切换到”选项调出来。如果浏览器的工具栏没有显示出来，可以点击“查看”→“工具栏”→“标准”按钮将工具栏调出来。
你还可以通过“开始”中的“控制面板”层叠显示对各个子项进行设置。右键点击“开始”，点击“属性”，选择“[开始]菜单”标签项下的“自定义”，在弹出的对话框中选择“高级”标签项，在下方的菜单项目选项中选择控制面板的显示方式：“不显示此项目”、“显示为菜单”或是“显示为链接”。
这些访问“控制面板”的方法有利有弊：经典视图和菜单视图可以让你更直接地访问各项设置，但其中很多选项和子文件夹都是平时很少用得到的。在分类视图中则往往需要猜一猜、试一试才能找到深藏于若干层树形结构内的选项。我们是否能够设置一个自己的精简版控制面板，既有“经典视图”带来的直接访问能力而又不会因选项繁杂而找不到所需选项呢?你可以先打开控制面板窗口，再点击“开始”→“所有程序”，在程序菜单点击右键添加新文件夹。然后将先前打开的“控制面板”窗口中的某个图标拖到这个新建的文件夹中即可。
浅谈《操作系统》的教学 篇12
一、操作系统的重要性
作为一门专业必修课, 操作系统是一门涉及较多硬件知识的计算机系统软件课程, 在整个计算机及其相关各个专业的课程设置上, 起着承上启下的作用, 并且为学生继续学习、深造打下坚实的基础。学好操作系统能够帮助我们更快更好的接受、掌握新的操作系统, 能够帮助我们更准确的处理计算机系统中遇到的故障, 能够有助于我们向计算机深层次研究。因此, 老师和学生都应予以重视。
二、操作系统难学的原因
许多师生反映操作系统课程枯燥、难讲、难学。三方面原因:一是操作系统课程本身具有理论抽象、设计面广、错综复杂等特点;二是操作系统课程实践性强但试验却很难组织, 使学生有“看不见, 摸不着”的感觉, 甚至感受不到操作系统的一系列功能;三是已出版的教材, 大多数偏重于理论的所谓“深入浅出”类的教材, 比较忽视实际的应用。这些都使得老师难讲, 学生难学, 更不用说深入理解了。
三、如何讲好操作系统
如何才能使这门课变得生动有趣, 如何才能把抽象的理论讲得通俗易懂, 如何选择合适的教材, 如何才能把试验安排的适当、有效果, 这些都是我们所要考虑的。
1、使枯燥、难懂的理论变得生动、易懂
为了让枯燥的操作系统理论变得生动, 使抽象的概念变得易懂, 我们可以尝试采用以下方法:
(1) 上好第一堂课, 激发学生兴趣。操作系统的开始部分大多数讲述的是操作系统的发展史、操作系统的类型、当今流行的操作系统等问题, 对于这样一些常规的叙述问题, 如果按照教材顺序讲述, 学生会觉得老师在“照本宣科”, 很无聊。所以可以将这些内容串联起来以讲科普故事的方式进行, 并且穿插一些名人简历和公司创业史等, 同时还可以让学生参与进来, 讲述一些他们所知的相关信息。这样不仅使学生在故事中记住了一些知识, 调动了学生的积极性, 同时也使学生摆脱了对操作系统的第一印象——枯燥、抽象。
(2) 采用通俗易懂的语言介绍相关理论、概念。操作系统课程中有许多抽象的概念, 直接去讲述很难理解, 可以采用打比方、拟人化等方式, 将抽象化通俗。
(3) 结合多媒体课件。尽量采用图片、动画、照片等形式介绍关键内容, 利用源于生活的例子讲述抽象难懂的原理, 特别是重要问题及其解题方案, 抽象而重要的概念和算法等。
(4) 讲授各章节内容时尽量前后联系。操作系统是个复杂的、涉及面很广的系统软件, 现在的教材大部分按照操作系统管理资源的功能进行章节安排, 一章或几章讲述一方面的功能, 显得很独立, 使学生很难注意到各部分的联系。因此会对一些问题理解不深甚至容易偏颇, 不能够整体把握。这时, 老师应提醒学生将相关内容联系起来。
(5) 提高学生分析问题、解决问题的基本能力, 培养创新型人才。当今计算机硬件在不断更新, 教材中当前一些问题的解法未必是最好的, 在把现有内容尽量讲具体、讲清楚的前提下, 与学生大胆讨论一些问题的创新型解法。虽然我们的想法可能有许多的纰漏, 也不实用, 但这种做法不仅可以激发学生的学习兴趣, 还可以引导学生独立分析问题、解决问题, 从而提高自身的创新意识, 为今后的工作打基础。
2、合理安排教学计划, 选择合适的教材
(1) 操作系统这门课程的特点就是涉及面广, 内容包括软、硬件中许多方面的知识, 因此在安排教学计划时, 应注意其先修课程是:“计算机组成原理”、“C程序设计”、“数据结构”, 有了这三门课程的基础, 可以帮助学生理解操作系统中相关原理、实现技术的方法。比如说死锁问题的解决。
(2) 对于教材, 我们要结合自己学校的情况而定。比如, 现在大多数学校采用的操作系统是Windows, 而并非Linux、Unix等。所以我们首先应选择以学校硬件平台为基础而编排的教材, 根据我校情况应尽量去选取以Windows为平台讲述原理的教材及其参考资料, 这样便于学生学习, 方便组织实验;其次, 选择的教材应结合实际系统的使用说明操作系统中的概念、原理, 并且配有适当的例题及实训, 使学生在“知其然”的同时, 尽量“知其所以然”;再次, 教材应尽可能跟得上硬件的革新, 兼顾传统原理和最新技术两个方面, 使学生既能学会最新的操作系统的使用技术, 直接应用于实际工作, 同时又能掌握操作系统发展中相对不变的概念和原理;最后, 操作系统有大量的习题, 因此所选教材应配有适当的习题, 以巩固学习的效果, 方便学生自学。
3、通过丰富、切实的实验, 加强理论理解, 提高实践能力
操作系统是一门理论性与实践性都很强的课程, 通过实践学习操作系统是最佳途径, 但实验内容如何编排成为许多学校的教学难题。就拿我们学校来说, 由于本身硬件环境的限制, 只能单纯从操作系统的概念、原理的角度去分析、讲述, 根本无法安排相应实验, 导致理论与时间严重脱节, 使学生很难理解抽象的概念, 更不用说学懂、学深了。
为改变现状, 并且在现有的环境下尽量安排合适的实验, 发挥实验课的教学作用和效果。结合本校的实验室硬件设备条件, 我们可以尝试对实验课的内容重新调整, 精心安排, 以达到提高学生兴趣, 充分理解理论知识的效果。
(1) 实际操作题:结合我校当前所使用的Windows2000和Windows XP系统, 可以开辟Windows2000和Windows XP系统的安装和配置实验, 对用户和组进行管理的设置, 在Windows2000Server中安装活动目录, 磁盘管理中磁盘管理器的使用等等。
(2) 模拟操作题:操作系统中许多经典算法都可以模拟实现, 可以通过多媒体手段演示给学生, 并鼓励学生自己去实现。这种做法, 不仅能使学生理解算法, 也可以培养学生解决问题的能力。
(3) “读”操作题:这里的“读”主要指读操作系统的源代码。通过“读”一些开放的源代码, 使学生认识到操作系统的真面目, 理解操作系统是一个系统软件, 是一段代码, 并且进一步理解操作系统功能的实现, 从中学习一些优秀的编码思想及经验。
四、如何学好操作系统
对于学生怎样才能更好的掌握这门课程呢?我认为应注意一下几点:
1、用好教材:
一般的教材都讲述清楚明了, 浅显易懂, 并配有适当的例题、实验及习题, 预习或自学时用好教材也就成功了一半。
2、重视实验:在掌握理论的基础上加强实践, 才能加深理解, 学以致用。尤其对于操作系统这门课程实验就更为重要了。
3、不断巩固:与学习其他课程一样, 学习过程中应注重思考、分析, 不断提高自己。
以上只是我对《操作系统》这门课程教学的一些粗浅的看法和理解, 随着社会的进步, 文明程度的提高, 计算机的应用会越来越普及, 学好、用好、教好计算机操作系统事在必行。
摘要：本文从教师的观点出发, 简述了如何将《操作系统》这门枯燥的学科内容变得生动一些, 如何合理选择教材, 如何适当组织实验, 使得学生能够更好的掌握操作系统, 应用于实践。
关键词：操作系统,系统软件,Windows
参考文献
[1]柳青, 成秋华, 陈立德, 编.操作系统原理与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2005.