第1章第2节 操作系统的分类

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第2节 操作系统的分类

操作系统是管理整个软硬件系统的软件系统，从不同的角度操作系统可以有很多种划分，比如按与用户对话的界面分类可分为命令行界面操作系统和图形用户界面操作系统，按支持用户数的多少可以分为单用户和多用户操作系统，按功能可以分为嵌入式操作系统和PC机通用操作系统，按调度的方式可分为分时系统和实时系统等。操作系统种类繁多，很难用单一标准统一分类，由于本人知识有限无法详细的介绍各种类型操作系统，也无法为操作系统准确分类。对比PC机使用的操作系统，本手册将讲述的是嵌入式实时操作系统，因此将介绍一下“嵌入式”和“实时”等概念。

 

u 嵌入式操作系统（Embedded Operating System，EOS）

根据IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气与电子工程师学会）的定义，嵌入式系统是控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的结合体，按我个人的理解，嵌入式软件就是“嵌入”到硬件中的软件，而嵌入到硬件中的操作系统就是嵌入式操作系统。这个“嵌入”是相对PC机而言的，PC机是一个通用的系统，有着标准的外设定义，键盘、鼠标、显示器、显卡、声卡、各种标准的插槽，x86的CPU，买台电脑功能都差不多，差的只是性能。而嵌入式设备则五花八门，PSP、MP4、手机、电子称、遥控器等等，什么都有，它们的硬件系统是针对专一功能开发的，它们的软件和操作系统也具有专一性，因此体积小成本低。

我们对比一下使用嵌入式系统和PC机通用系统开发产品，举个例子，如果要做一个计算器，我这里有两个方案，一、用电脑做，买来电脑，装完Windows，在运行窗口敲入“calc”，可以直接调出计数器软件，功能实现了。优点是开发周期短，而且PC机上也有众多的软件可以使用，扩展性强。但缺点也是致命的，成本太高体积太大，不能指望着小商小贩们背着电脑去卖货，这样的产品一定卖不出去。二、使用单片机、LED显示屏等器件自己设计方案开发产品，虽然开发周期相对要长一些，但成本绝对低。再举个例子，如果要开发一种功能丰富的办公系统产品，则最好是基于PC机系统开发的。键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪、传真机、摄像头，这些办公常用的输入输出设备与PC机都有标准的接口，可以直接使用，而且PC机上丰富的软件可以使开发过程容易很多，如果自己另做一套软硬件，这个工作量太大了，几乎无法完成，而且这么大的工作量也会使成本居高不下。

 

本手册所实现的两个操作系统——Wanlix和Mindows都属于嵌入式操作系统，这两个操作系统在设计时都定位为小系统的操作系统，因此具有内核小的特点。Wanlix的内核非常小，定位于非常低端的软硬件系统，Mindows可提供多种操作系统功能，用户也可根据自身需求选取需要的部分，也可在此基础上编写代码增加自己需要的功能，具有可裁剪性。

 

u 实时操作系统（Real-time Operating System，RTOS）

实时是指及时性，实时操作系统具有实时性，能保证及时做出响应。某些领域对数据采集、处理的实时性要求比较严格，时间上的错误可能会造成灾难性的后果，因此需要软件具有很高的实时处理能力。操作系统是控制软件运行的系统，为实现软件的实时性就需要操作系统具有实时性，实时操作系统可以快速响应外界及内部状态的变化，在严格规定的时间内完成相关工作的调度，具有高可靠性。与之相对的分时操作系统则按时间片依次逐个调度任务，实时性不高。实时操作系统是一种抢占式操作系统（Preemptive operating system），所谓抢占式是指高优先级的任务可以中断正在运行的低优先级任务，处理器转而去执行高优先级的任务，由于这种“抢占”可在高优先级任务就绪后立刻发生，因此才保证了操作系统的实时性。

 

Wanlix是非抢占式操作系统，需要由当前运行的任务主动发起任务切换调度，其它任务不可中断其运行，因此实时性不高。Mindows是实时抢占式操作系统，任务支持多种优先级抢占调度，将实时性高的任务设置为高优先级就可以保证软件系统的实时性。