計算機系統(tǒng)的組成

1、1.1applied operating system concepts(aosc)介紹介紹 1.2one of the following three books would be sufficient to prepare forthe operating systems component of the exam.applied operating system concepts a. silberschatz, p. galvin, and g. gagne. john wiley & sons, inc., 2000.modern operating systems tane

2、nbaum 1 what is an operating system? 2 processes 3-3.6 memory management 4 files systems 5-5.2 input/output 6 deadlock 7 case study: unix (this is an alternative.)operating systems, design and implementation tanenbaum(this is an alternative.) 耶魯大學的耶魯大學的 osos考試參考書考試參考書1.3參考教材參考教材&1.計算機操作系統(tǒng)計算機操作系統(tǒng)

3、 湯子瀛等湯子瀛等 西安電子科技大學出版社西安電子科技大學出版社2.操作系統(tǒng)教程操作系統(tǒng)教程 陸麗娜陸麗娜 齊勇等齊勇等 西安交通大學大學出版社西安交通大學大學出版社3.modern operating system andrew s.tanenbaum4.現(xiàn)代操作系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng) 陳向群等譯陳向群等譯 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社5.計算機操作系統(tǒng)教程計算機操作系統(tǒng)教程 張堯?qū)W張堯?qū)W 史美林史美林 清華大學出版社清華大學出版社1.41: introduction 引論引論what is an operating system?什么是操作系統(tǒng)？什么是操作系統(tǒng)？simple batch syst

4、ems簡單批處理系統(tǒng)簡單批處理系統(tǒng)multiprogramming batched systems多道程序批多道程序批處理系統(tǒng)處理系統(tǒng)time-sharing systems分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)personal-computer systems 個人計算機系統(tǒng)個人計算機系統(tǒng)parallel systems并行系統(tǒng)并行系統(tǒng)distributed systems分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)real -time systems實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)1.51: introduction 引論引論本章學習目標：本章學習目標： 學習操作系統(tǒng)基本原理，要了解其在計學習操作系統(tǒng)基本原理，要了解其在計算機系統(tǒng)中的地位算機系統(tǒng)中的

5、地位 了解此地位的形成過程，即的了解此地位的形成過程，即的發(fā)展歷史發(fā)展歷史 了解了解os的基本特征和功能的基本特征和功能 當前流行的幾種主要操作系統(tǒng)當前流行的幾種主要操作系統(tǒng)1.6the goal of os 引入引入os的目標的目標方便性（用戶的觀點）：方便性（用戶的觀點）：提供良好的、一致的用提供良好的、一致的用戶接口，彌補硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別的不便戶接口，彌補硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別的不便有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點）：有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點）：管理和分配硬管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計算機的工作流程件、軟件資源，合理地組織計算機的工作流程可擴充性和開放性（開放的觀點）：可

6、擴充性和開放性（開放的觀點）：操作系統(tǒng)本操作系統(tǒng)本身的功能和管理策略、硬件的類型和規(guī)模、多個身的功能和管理策略、硬件的類型和規(guī)模、多個系統(tǒng)之間的資源共享和互操作系統(tǒng)之間的資源共享和互操作1.7os是計算機硬件、軟件資源的管理者是計算機硬件、軟件資源的管理者os是用戶使用計算機硬件系統(tǒng)的接口是用戶使用計算機硬件系統(tǒng)的接口os是擴展機是擴展機(extended machine)/虛擬機虛擬機(virtual machine)what is an operating system?什么是操作系統(tǒng)？什么是操作系統(tǒng)？1.8what is an operating system?什么是操作系統(tǒng)？什么是操作

7、系統(tǒng)？os是計算機硬件、軟件資源的管理者是計算機硬件、軟件資源的管理者 管理對象：管理對象：cpu、存儲器、外部設備、信息（數(shù)、存儲器、外部設備、信息（數(shù)據(jù)和軟件）；據(jù)和軟件）； 管理的內(nèi)容：資源的當前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況管理的內(nèi)容：資源的當前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、資源的分配、回收和訪問操作，相應管理策）、資源的分配、回收和訪問操作，相應管理策略（包括用戶權限）。略（包括用戶權限）。 os的主要功能也正是針對這四類資源進行有效管的主要功能也正是針對這四類資源進行有效管理，即：處理機管理、存儲器管理、理，即：處理機管理、存儲器管理、i/o設備的管設備的管理以及文件管理。理以及文件管理。1.9計

8、算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)的組成圖圖.1計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)的組成計計算算機機系系統(tǒng)統(tǒng)資資源源系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件資源資源系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件資源資源指構成計算機指構成計算機系統(tǒng)所必須配系統(tǒng)所必須配置的那些置的那些“硬硬的的”設備設備主機主機中央處理機中央處理機cpu內(nèi)存內(nèi)存外部設備外部設備是一個計算機系統(tǒng)是一個計算機系統(tǒng)必須配置的必須配置的程序和程序和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的集合的集合,即信息即信息系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)、語言編譯器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）、語言編譯器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）應用軟件應用軟件 （cad、mis、用戶自己開發(fā)的系統(tǒng)等）、用戶自己開發(fā)的系統(tǒng)等）工具軟件（軟、硬件檢測診斷程序）工具

9、軟件（軟、硬件檢測診斷程序）i/o設備（鍵盤、顯示器、打字機、鼠標）設備（鍵盤、顯示器、打字機、鼠標）存儲設備（硬盤、軟盤、光盤、磁帶）存儲設備（硬盤、軟盤、光盤、磁帶）其它設備（其它設備（modem、通信口）、通信口）1.10what is an operating system?什么是操作系統(tǒng)？什么是操作系統(tǒng)？os是擴展機是擴展機(extended machine)/虛擬機虛擬機(virtual machine) 在裸機上添加：設備管理、文件管理、存儲管理（針對內(nèi)存在裸機上添加：設備管理、文件管理、存儲管理（針對內(nèi)存和外存）、處理機管理（針對和外存）、處理機管理（針對cpu） “虛擬機虛擬

10、機”：一個裸機在每加上一層軟件后，就變成了一個一個裸機在每加上一層軟件后，就變成了一個功能更強的機器，把這功能更強的機器，把這“新的功能更強的機器新的功能更強的機器”稱作虛擬機稱作虛擬機。 從操作系統(tǒng)結構出發(fā)，把操作系統(tǒng)分成若干個層次，每一層從操作系統(tǒng)結構出發(fā)，把操作系統(tǒng)分成若干個層次，每一層次都對上一層次擴充形成一個虛擬機；高層次屏蔽低層次的次都對上一層次擴充形成一個虛擬機；高層次屏蔽低層次的功能細節(jié)，低層向高層提供服務功能細節(jié)，低層向高層提供服務, 整個操作系統(tǒng)由若干個虛擬整個操作系統(tǒng)由若干個虛擬機疊加而成。機疊加而成。 os的地位的地位：緊挨硬件層的第一層軟件，對硬件進行首次擴充緊挨硬件

11、層的第一層軟件，對硬件進行首次擴充，同時又是其他軟件運行的基礎。，同時又是其他軟件運行的基礎。1.11what is an operating system?什么是操作系統(tǒng)？什么是操作系統(tǒng)？os是用戶使用計算機硬件系統(tǒng)的接口是用戶使用計算機硬件系統(tǒng)的接口 系統(tǒng)命令（命令行、菜單式、圖形用戶接口系統(tǒng)命令（命令行、菜單式、圖形用戶接口gui）；）； 系統(tǒng)調(diào)用（形式上類似于過程調(diào)用，在應用編程中使用）。系統(tǒng)調(diào)用（形式上類似于過程調(diào)用，在應用編程中使用）。用戶應用程序系統(tǒng)調(diào)用 命令 圖標、窗口操作系統(tǒng)計算機硬件1.12what is an operating system?什么是操作系統(tǒng)？什么是操作系

12、統(tǒng)？a program that acts as an intermediary between a user of a computer and the computer hardware. 在計算機用戶和計算機硬件之間起媒介作用的一種程序。在計算機用戶和計算機硬件之間起媒介作用的一種程序。operating system goals: 操作系統(tǒng)目標操作系統(tǒng)目標 execute user programs and make solving user problems easier. 執(zhí)行用戶程序并使用戶問題更易解決。執(zhí)行用戶程序并使用戶問題更易解決。 make the computer sy

13、stem convenient to use. 使計算機系統(tǒng)更易使用。使計算機系統(tǒng)更易使用。 use the computer hardware in an efficient manner. 以一種有效的方式使用硬件。以一種有效的方式使用硬件。1.13abstract view of system components系統(tǒng)部件的抽象觀點系統(tǒng)部件的抽象觀點1.14操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應用軟件應用用戶應用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員os的地位的地位：緊挨硬件層的第一層軟件，對硬件進行首緊挨硬件層的第一層軟件，對硬件進行首 次擴充，同時又是

14、其他軟件運行的基礎。次擴充，同時又是其他軟件運行的基礎。1.15operating system definitions操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)定義resource allocator資源分配者資源分配者 manages and allocates resources.管理和分配資源管理和分配資源control program控制程序控制程序 controls the execution of user programs and operations of i/o devices .控制用戶程序的運行和控制用戶程序的運行和i/o設備的操作設備的操作kernel 內(nèi)核內(nèi)核 the one progr

15、am running at all times (all else being application programs).在全時運行的在全時運行的一個程序（其他的是應用）一個程序（其他的是應用）1.16operating system definitions操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)定義自底向上自底向上-os是用來高效地控制和管是用來高效地控制和管理系統(tǒng)資源的程序集合。理系統(tǒng)資源的程序集合。 自頂向下自頂向下-os是為用戶提供一個等價是為用戶提供一個等價的擴展計算機或稱虛擬機，以方便用的擴展計算機或稱虛擬機，以方便用戶使用計算機的程序集合。戶使用計算機的程序集合。 1.17operating sy

16、stem definitions操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是控制和管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源、合操作系統(tǒng)是控制和管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源、合理地組織計算機工作流程，以及方便用戶的程序的集合。理地組織計算機工作流程，以及方便用戶的程序的集合。有效：系統(tǒng)效率，資源利用率，（如：有效：系統(tǒng)效率，資源利用率，（如：cpu利用的充足與否，內(nèi)存、利用的充足與否，內(nèi)存、外部設備是否忙碌）外部設備是否忙碌）合理：資源分配公平與否，如果不公平則會產(chǎn)生合理：資源分配公平與否，如果不公平則會產(chǎn)生“死鎖死鎖”或或“饑餓饑餓”方便：用戶界面、編程接口，方便用戶的使用方便：用戶界面、編程接口，方便用戶的使

17、用何為何為“饑餓饑餓”：以對稱多處理系統(tǒng)（：以對稱多處理系統(tǒng)（smp）為例，所有處理器是相同）為例，所有處理器是相同的，當采用靜態(tài)進程分配方式時，每個的，當采用靜態(tài)進程分配方式時，每個cpu都有一專用的就緒隊列，都有一專用的就緒隊列，進程阻塞后再次就緒時，仍被掛在這個就緒隊列中，因而它下次仍在進程阻塞后再次就緒時，仍被掛在這個就緒隊列中，因而它下次仍在此此cpu上執(zhí)行。也就是說，一個進程只能在同一個上執(zhí)行。也就是說，一個進程只能在同一個cpu上執(zhí)行，即使上執(zhí)行，即使其他的其他的cpu空閑也不能在其他空閑也不能在其他cpu上執(zhí)行。這樣就會產(chǎn)生有的上執(zhí)行。這樣就會產(chǎn)生有的cpu很很忙，而有的忙，而

18、有的cpu則很空閑，即處于饑餓狀態(tài)。則很空閑，即處于饑餓狀態(tài)。1.18t操作系統(tǒng)是隨著計算機硬件技術、操作系統(tǒng)是隨著計算機硬件技術、應用軟件的發(fā)展而發(fā)展的應用軟件的發(fā)展而發(fā)展的t目標：充分利用硬件目標：充分利用硬件 提供更好的服務提供更好的服務大型機大型機 pc pc機機 后后pcpc時代時代操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的發(fā)展1.19操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)歷史劃分為操作系統(tǒng)歷史劃分為5 5個階段個階段: :第第1階段階段 （1948-1970）第第2階段階段 （1970-1985）第第3階段階段 （1981-）第第4階段階段 （1981-）第第5階段階段 （1995-）1.20 第第1

19、階段階段 （1948-1970）硬件昂貴，人工便宜硬件昂貴，人工便宜 更有效地利用硬件資源更有效地利用硬件資源 缺乏用戶和計算機之間的交互缺乏用戶和計算機之間的交互控制臺：一次一個用戶控制臺：一次一個用戶批處理：裝入程序批處理：裝入程序運行運行打印輸出（保護：無）打印輸出（保護：無）數(shù)據(jù)通道、中斷：數(shù)據(jù)通道、中斷：i/o和計算重疊和計算重疊多道程序設計：多個程序同時運行，多個用戶共享系多道程序設計：多個程序同時運行，多個用戶共享系統(tǒng)（需要存儲保護）統(tǒng)（需要存儲保護）操作系統(tǒng)必須管理所有程序的交接、運行，復雜操作系統(tǒng)必須管理所有程序的交接、運行，復雜1.21首次面對重大失敗首次面對重大失敗mul

20、tics 于于 1963 年開始年開始 直至直至 1969 年才發(fā)布年才發(fā)布ibm 的的 os/360 發(fā)布時發(fā)布時 帶著已知的帶著已知的 1000 個錯誤個錯誤1.221.23第第2階段階段 （1970-1985）硬件便宜，人工昂貴硬件便宜，人工昂貴交互分時：交互分時： 利用便宜的終端利用便宜的終端 多個用戶同時與系統(tǒng)交互多個用戶同時與系統(tǒng)交互 犧牲犧牲cpu時間時間 用戶得到更好的響應時間用戶得到更好的響應時間 用戶可以在線工作：開發(fā)、調(diào)試、編輯等用戶可以在線工作：開發(fā)、調(diào)試、編輯等問題：增加用戶時問題：增加用戶時 , 系統(tǒng)性能降低系統(tǒng)性能降低 （響應時間、抖動）（響應時間、抖動）1.24

21、成功案例成功案例一群計算機迷在貝爾實驗室開發(fā)出一群計算機迷在貝爾實驗室開發(fā)出unix初衷：可以在一臺無人使用的初衷：可以在一臺無人使用的dec pdp-7 小型計算機小型計算機上玩星際探險游戲上玩星際探險游戲ken thompson，dennis ritchie1983年圖靈獎獲得者年圖靈獎獲得者1999年年4月月 美國國家技術金獎美國國家技術金獎1.251.261.27第第3階段階段 （1981-）硬件非常便宜，人工非常昂貴硬件非常便宜，人工非常昂貴 面臨挑戰(zhàn)：如何利用計算機面臨挑戰(zhàn)：如何利用計算機 充分節(jié)約人力充分節(jié)約人力個人計算時代個人計算時代 開始開始: pc硬件資源有限硬件資源有限

22、一次運行一個程序一次運行一個程序 os是一是一個例程庫個例程庫 回歸簡單回歸簡單 逐漸逐漸: pc資源豐富資源豐富 os又成為一個龐然大物（大型又成為一個龐然大物（大型os） 存儲保護、多道程序設計又出現(xiàn)存儲保護、多道程序設計又出現(xiàn)1.28第第4階段階段 （1981-）分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng) 網(wǎng)絡：允許不同機器很容易共享資源網(wǎng)絡：允許不同機器很容易共享資源 （打印機、文件服務器、（打印機、文件服務器、web服務器）服務器） 客戶客戶/服務器模型服務器模型需解決的問題：共享，安全需解決的問題：共享，安全1.29第第5階段階段 （1995-）移動系統(tǒng)時代移動系統(tǒng)時代 各種移動設備出現(xiàn)（筆記本、各種移

23、動設備出現(xiàn)（筆記本、pda等等）等等）特點：小型、移動、便宜特點：小型、移動、便宜 但有限能力但有限能力無線支持無線支持 可以可以 leverage 分布式系統(tǒng)的資源分布式系統(tǒng)的資源1.30歷史上的操作系統(tǒng)歷史上的操作系統(tǒng)隨歷史線索，介紹一些重要的操作系統(tǒng)隨歷史線索，介紹一些重要的操作系統(tǒng)fms（fortran monitor system）和）和ibmsys（ibm為為7094配備的操作系統(tǒng)）配備的操作系統(tǒng)）ctss（compatible time sharing system）unix類、類、linuxms-dos 、windows1.31批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)fms（fortran

24、 monitor system，fortran監(jiān)控系監(jiān)控系統(tǒng)）統(tǒng)）ibmsys（ibm為為7094機配備的操作系統(tǒng)）機配備的操作系統(tǒng)）這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權指令，存儲保護和簡單的這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權指令，存儲保護和簡單的批處理構成批處理構成1.32第一個分時系統(tǒng)（第一個分時系統(tǒng)（ctss）由）由 mit的的fernando corbato 等等1961年在一改裝的年在一改裝的ibm 7090/94機上開發(fā)成功（有機上開發(fā)成功（有32個個交互式用戶）交互式用戶）ibm 7090/94計算機有計算機有32k內(nèi)存，系統(tǒng)用內(nèi)存，系統(tǒng)用5k，用戶用，用戶用27k，用戶存儲映象在內(nèi)存和一臺磁

25、鼓之間切換，用戶存儲映象在內(nèi)存和一臺磁鼓之間切換1962年年manchester大學的大學的atlas計算機投入運行計算機投入運行第一個有虛擬存儲器第一個有虛擬存儲器(virtual memory)和頁面調(diào)度和頁面調(diào)度(paging) 的機器的機器指令執(zhí)行是指令執(zhí)行是 pipelined 的的第一個分時操作系統(tǒng)第一個分時操作系統(tǒng)ctss1.33multics的災難的災難1965年在年在arpa的支持下，的支持下，mit、貝爾實驗室和通用電、貝爾實驗室和通用電氣公司決定開發(fā)一種氣公司決定開發(fā)一種“公用計算服務系統(tǒng)公用計算服務系統(tǒng)”， 希望能希望能夠同時支持整個波士頓所有的分時用戶。該系統(tǒng)稱作夠同

26、時支持整個波士頓所有的分時用戶。該系統(tǒng)稱作multics (multiplexed information and computing service )multics設計目標是：設計目標是：便利的終端使用便利的終端使用大量遠程終端通過電話線接入大量遠程終端通過電話線接入計算機主機計算機主機高可靠的大型文件系統(tǒng)高可靠的大型文件系統(tǒng)大容量的用戶信息共享大容量的用戶信息共享；存儲和構造層次化信息結構的能力；存儲和構造層次化信息結構的能力1.34multics研制難度超出所有人的預料（研制難度超出所有人的預料（pl/1語言）語言）長期研制工作達不到預期目標，長期研制工作達不到預期目標，1969年年4

27、月貝爾實驗室月貝爾實驗室退出，通用電氣公司也退出退出，通用電氣公司也退出最終，最終，mit堅持下來，堅持下來，multics成功運行，成為商業(yè)成功運行，成為商業(yè)產(chǎn)品（通用汽車、福特、美國國家安全局等）產(chǎn)品（通用汽車、福特、美國國家安全局等）運行運行multics的計算機系統(tǒng)在九十年代中陸續(xù)被關閉的計算機系統(tǒng)在九十年代中陸續(xù)被關閉（加拿大國防部于（加拿大國防部于2000年年10月月30日日17:08）multics的意義的意義 引入了許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)領域概念雛形，對隨后的操作系引入了許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)領域概念雛形，對隨后的操作系統(tǒng)特別是統(tǒng)特別是unix的成功有著巨大的影響的成功有著巨大的影響 mu

28、ltics1.35unixunix是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的代表。是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的代表。unix運行時的安全性、可靠運行時的安全性、可靠性以及強大的計算能力贏得廣大用戶的信賴性以及強大的計算能力贏得廣大用戶的信賴促使促使unix系統(tǒng)成功的因素：系統(tǒng)成功的因素： 首先，由于首先，由于unix是用是用c語言編寫，因此它是可移植的，語言編寫，因此它是可移植的，unix 是世界上唯一能在筆記本計算機、是世界上唯一能在筆記本計算機、pc機、工作站直機、工作站直至巨型機上運行的操作系統(tǒng)至巨型機上運行的操作系統(tǒng)第二，系統(tǒng)源代碼非常有效，系統(tǒng)容易適應特殊的需求第二，系統(tǒng)源代碼非常有效，系統(tǒng)容易適應特殊的需求最后，也是最

29、重要的一點，它是一個良好的、通用的、多用最后，也是最重要的一點，它是一個良好的、通用的、多用戶、多任務、分時操作系統(tǒng)戶、多任務、分時操作系統(tǒng)1.36ibm在在1981年推出個人計算機，宣布了年推出個人計算機，宣布了dos操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)ms dos有優(yōu)良的文件系統(tǒng)，但受到有優(yōu)良的文件系統(tǒng)，但受到intel x86體系結構的體系結構的限制限制它屬于單用戶單任務操作系統(tǒng)它屬于單用戶單任務操作系統(tǒng)從從1981的的 1.0版到版到1998年在年在windows 95/98之下的之下的7.0版版，ms dos歷經(jīng)了歷經(jīng)了16個年頭個年頭迄今仍有迄今仍有ms dos愛好者開發(fā)各種愛好者開發(fā)各種dos軟件產(chǎn)

30、品軟件產(chǎn)品微軟微軟ms dos1.37一波三折的微軟一波三折的微軟windows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)1983年年10月，月，pc機競爭廠家的圖形界面相關產(chǎn)品上市機競爭廠家的圖形界面相關產(chǎn)品上市面對市場壓力，比爾面對市場壓力，比爾.蓋茨在蓋茨在1983年年11月月10日宣布推出日宣布推出windows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)直到直到1985年年11月月20日，日，windows 1.0才正式上市才正式上市1992年年4月，推出月，推出windows 3.1，1993年年5月，發(fā)表月，發(fā)表windows ntwindows 95/98，windows ce，windows 2000/xp，windows se

31、rver 2003（.net）longhorn1.38longhornlonghorn的一般特性的一般特性 客戶端客戶端windows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 架構式操作系統(tǒng)架構式操作系統(tǒng) 子系統(tǒng)：子系統(tǒng)： avalon indigo winfs 集成某些中間件軟件來完成某些任務，包括：集成某些中間件軟件來完成某些任務，包括： 新的媒體播放功能，瀏覽器新的媒體播放功能，瀏覽器1.39longhorn（續(xù)）（續(xù)）longhorn api 遵從遵從.net框架，是框架，是.net的最新發(fā)展的最新發(fā)展 提供可管理執(zhí)行環(huán)境提供可管理執(zhí)行環(huán)境 支持語言：支持語言：c# 、c+ 、j# 、vb.net 、 lon

32、ghorn的新功能的新功能 定義了新的應用模式定義了新的應用模式 可信計算和安全可信計算和安全 豐富的存儲和數(shù)據(jù)訪問手段豐富的存儲和數(shù)據(jù)訪問手段 通信與協(xié)同通信與協(xié)同 豐富的表達和媒體功能豐富的表達和媒體功能1.40基于微內(nèi)核的基于微內(nèi)核的mach操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)1975年年rochester大學開發(fā)了大學開發(fā)了rig 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)設計者之一系統(tǒng)設計者之一richard rashid 移居到移居到cmu后，在后，在darpa支持下，支持下，1984年開始了年開始了mach的開發(fā)的開發(fā)希望希望mach能與能與unix兼容，運行線程，更好的進程通信機制，支持多處兼容，運行線程，更好的進程通

33、信機制，支持多處理機及好的虛擬存儲系統(tǒng)理機及好的虛擬存儲系統(tǒng)mach第一個版本是第一個版本是1986年為年為vax 11/784四四cpu多處理機發(fā)布多處理機發(fā)布1988年的年的mach 2.5版包含了大量的版包含了大量的bsd unix的代碼的代碼1989年，年，mach 內(nèi)核中去掉了所有的內(nèi)核中去掉了所有的bsd unix的代碼，剩下了一個純的代碼，剩下了一個純的的mach微內(nèi)核，這就是微內(nèi)核，這就是mach 3.0版本，它是版本，它是osf發(fā)布的基礎發(fā)布的基礎1.41mach中采用了許多當代操作系統(tǒng)使用的技術中采用了許多當代操作系統(tǒng)使用的技術, 微內(nèi)核微內(nèi)核、線程、進程間消息傳遞和面向?qū)?/p>

34、象的設計方法等等、線程、進程間消息傳遞和面向?qū)ο蟮脑O計方法等等在在mach的基礎上，有不少用于微處理器、多處理器以的基礎上，有不少用于微處理器、多處理器以及超級計算機的操作系統(tǒng)和實時嵌入式操作系統(tǒng)陸續(xù)及超級計算機的操作系統(tǒng)和實時嵌入式操作系統(tǒng)陸續(xù)設計和開發(fā)出來，如設計和開發(fā)出來，如osf/1，dce unix, next等等等等mach操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)1.42 internet時代與時代與linux1990年秋天，年秋天，linus在芬蘭首都赫爾辛基大學學習操作系在芬蘭首都赫爾辛基大學學習操作系統(tǒng)課程，因為上機需要排隊等待，統(tǒng)課程，因為上機需要排隊等待，linus買了臺買了臺pc機，開機，開發(fā)

35、了第一個程序，程序包括兩個進程，向屏幕上寫字母，發(fā)了第一個程序，程序包括兩個進程，向屏幕上寫字母，然后用定時器來切換進程然后用定時器來切換進程linus需要終端仿真程序來存取需要終端仿真程序來存取usenet新聞組的內(nèi)容，于新聞組的內(nèi)容，于是他編寫了從調(diào)制解調(diào)器上接發(fā)信息的程序以及顯示器、是他編寫了從調(diào)制解調(diào)器上接發(fā)信息的程序以及顯示器、鍵盤和調(diào)制解調(diào)器的驅(qū)動程序鍵盤和調(diào)制解調(diào)器的驅(qū)動程序然后編寫了磁盤驅(qū)動程序、文件系統(tǒng)，一旦有了進程切換然后編寫了磁盤驅(qū)動程序、文件系統(tǒng)，一旦有了進程切換、文件系統(tǒng)和設備驅(qū)動程序，當然就擁有了一個操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和設備驅(qū)動程序，當然就擁有了一個操作系統(tǒng)原型，或

36、者至少是它的一個內(nèi)核原型，或者至少是它的一個內(nèi)核linux就以這樣極其古怪但也極其自然的方式問世就以這樣極其古怪但也極其自然的方式問世1.43操作系統(tǒng)領域中新的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)領域中新的操作系統(tǒng)有線電視機頂盒領域有線電視機頂盒領域 powertv掌上計算機領域掌上計算機領域 palm os數(shù)字影像領域數(shù)字影像領域 digita手機手機 symbian，smartphone，palm os其他其他 nucleus，vxworks嵌入式嵌入式linux：uclinux，monta vista linux，lynxos1.44研究中的新的操作系統(tǒng)研究中的新的操作系統(tǒng)哈佛大學的哈佛大學的vino，使應

37、用得以重用內(nèi)核構件，使應用得以重用內(nèi)核構件猶他州大學的猶他州大學的oskit，提供構造操作系統(tǒng)所需的基礎構件，提供構造操作系統(tǒng)所需的基礎構件，也提供高層次構件。，也提供高層次構件。oskit可用來構造新的可用來構造新的osmit exokernel,該系統(tǒng)只有一個極小的核。系統(tǒng)抽象通該系統(tǒng)只有一個極小的核。系統(tǒng)抽象通過過library operating system完成完成加州大學伯克利分校加州大學伯克利分校now集群操作系統(tǒng)，集群操作系統(tǒng)，100臺臺ultra sparc-i處理機集群，排名于世界最快的處理機集群，排名于世界最快的200臺超級計算臺超級計算機之內(nèi)機之內(nèi)nasa空間飛行中心空

38、間飛行中心(gsfc)研制研制beowulf項目開始于項目開始于1994年，用商業(yè)化的微型計算機，年，用商業(yè)化的微型計算機，linux和以太網(wǎng)等構和以太網(wǎng)等構造集群。已有世界各地的約六十個大學和研究機構在使造集群。已有世界各地的約六十個大學和研究機構在使用用1.45國內(nèi)操作系統(tǒng)的研制狀況國內(nèi)操作系統(tǒng)的研制狀況60年代末至年代末至70年代初年代初 楊芙清院士主持楊芙清院士主持 我國第一臺百萬次集成電路計算機（我國第一臺百萬次集成電路計算機（150）操作系統(tǒng)）操作系統(tǒng) 支持多道程序運行，在石油勘探領域成功應用支持多道程序運行，在石油勘探領域成功應用70年代中后期年代中后期 楊芙清院士主持楊芙清院士

39、主持 我國第一個全部用高級語言書寫的我國第一個全部用高級語言書寫的djs240機操作系統(tǒng)機操作系統(tǒng)djs200/xt2 層次管程結構模型層次管程結構模型1.46國內(nèi)操作系統(tǒng)的研制狀況（續(xù)）國內(nèi)操作系統(tǒng)的研制狀況（續(xù)）gx73多機實時操作系統(tǒng)（多機實時操作系統(tǒng)（1978年）年） 國防科技大學，國防科技大學，1980年裝在年裝在“遠望遠望”-i 號航天測量船上，完成了向太平號航天測量船上，完成了向太平洋發(fā)射運載火箭、潛水艇水下發(fā)射的測控任務；完成了我國第一顆同洋發(fā)射運載火箭、潛水艇水下發(fā)射的測控任務；完成了我國第一顆同步地球衛(wèi)星的測控、定軌、控制任務步地球衛(wèi)星的測控、定軌、控制任務“銀河銀河”-1

40、 yhos巨型操作系統(tǒng)（巨型操作系統(tǒng)（1983年）國防科技大學，用于年）國防科技大學，用于yh-1、yh-2超級計算機，用于我國的石油勘探、天氣預報和核物理研究超級計算機，用于我國的石油勘探、天氣預報和核物理研究 cosix v 1.x/2.0 國產(chǎn)國產(chǎn)unix類操作系統(tǒng)（國家八五、九五重點科技攻類操作系統(tǒng)（國家八五、九五重點科技攻關成果，以中軟為首，聯(lián)合國內(nèi)關成果，以中軟為首，聯(lián)合國內(nèi)18個單位共同完成）個單位共同完成） 微內(nèi)核結構，安全級別超過微內(nèi)核結構，安全級別超過b1，中文界面，中文界面嵌入式操作系統(tǒng)：嵌入式操作系統(tǒng)：hopen，deltaos，smarteoslinux類操作系統(tǒng)：中

41、軟類操作系統(tǒng)：中軟linux、紅旗、紅旗linux、東方、東方linux1.47操作系統(tǒng)的標準化操作系統(tǒng)的標準化如果沒有標準化：如果沒有標準化：各個操作系統(tǒng)之間不能兼容各個操作系統(tǒng)之間不能兼容大量應用軟件無法在不同的操作系統(tǒng)平臺上通用大量應用軟件無法在不同的操作系統(tǒng)平臺上通用后果后果t投資增加投資增加t開發(fā)周期加長開發(fā)周期加長t用戶掌握困難，影響推廣應用用戶掌握困難，影響推廣應用1.48操作系統(tǒng)的國際標準操作系統(tǒng)的國際標準操作系統(tǒng)的國際標準操作系統(tǒng)的國際標準posix 標準（標準（1003）iso/iec 9945-1:1990information technology portable o

42、perating system interface同時被同時被 x/open 接納為操作系統(tǒng)標準接納為操作系統(tǒng)標準其中其中9945-4（即（即 posix 1003.4）為實時部分）為實時部分1.49操作系統(tǒng)的國際標準（續(xù)）操作系統(tǒng)的國際標準（續(xù)）操作系統(tǒng)的國家標準操作系統(tǒng)的國家標準 gb/t 14246.11995 可移植操作系統(tǒng)可移植操作系統(tǒng)界面界面 等同于等同于 posix 1003.11.50通用操作系統(tǒng)的標準化通用操作系統(tǒng)的標準化unix 的標準化的標準化1970年代早期的年代早期的unix是一個版本是一個版本各個廠家開發(fā)出各自的各個廠家開發(fā)出各自的unix版本，各自互不兼容版本，各

43、自互不兼容1987年年at&t/sun組織了組織了unix international 其他公司組織了其他公司組織了open software foundation (osf)tosf發(fā)布了發(fā)布了posix.1tunix international (ui)發(fā)布了發(fā)布了ultrix 4.2t經(jīng)過長時間的斗爭，經(jīng)過長時間的斗爭，unix基本統(tǒng)一在基本統(tǒng)一在open group標準：標準：ieee posix（portable operating system interface）最新版本遵守最新版本遵守single unix specificationunix 93, unix 95,

44、unix 98 ，最新，最新 unix 031.51通用操作系統(tǒng)的標準化通用操作系統(tǒng)的標準化linux 標準化標準化由由free standards group（fsg）承擔）承擔主要標準化項目：主要標準化項目：tlinux standard base (lsb) lsb定義在不同硬件體系結構上的定義在不同硬件體系結構上的 linux的二進的二進制接口制接口topeni18n (formerly li18nux)。 openi18n涉及不同語言應用的共同國際標準涉及不同語言應用的共同國際標準t有機構正在從事電信級有機構正在從事電信級linux標準化標準化 linux標準化在中國標準化在中國已發(fā)

45、布了征求意見稿已發(fā)布了征求意見稿1.52嵌入式操作系統(tǒng)的標準化嵌入式操作系統(tǒng)的標準化open group 組織組織real-time and embedded systems forum開始了嵌入式操作系統(tǒng)的標準化工作開始了嵌入式操作系統(tǒng)的標準化工作當年發(fā)布當年發(fā)布posix realtime測試套件：測試套件：tposix 1003.1d-1999 (additional realtime extensions) tposix 1003.1j-2000 (advanced realtime extensions)embedded linux consortium (elc) 從事嵌入式從事嵌

46、入式 linux標準標準2003年元月，年元月，elc發(fā)布了發(fā)布了elc platform specification (elcps)1.53嵌入式操作系統(tǒng)的標準化嵌入式操作系統(tǒng)的標準化日本嵌入式操作系統(tǒng)的標準化日本嵌入式操作系統(tǒng)的標準化itron是在日本運用最廣的嵌入式操作系統(tǒng)是在日本運用最廣的嵌入式操作系統(tǒng)日本成立了日本成立了tron協(xié)會，專門從事嵌入式操作系協(xié)會，專門從事嵌入式操作系統(tǒng)標準化統(tǒng)標準化汽車電子嵌入式操作系統(tǒng)的標準化汽車電子嵌入式操作系統(tǒng)的標準化歐洲汽車行業(yè)制定了網(wǎng)絡化嵌入式計算機系統(tǒng)的歐洲汽車行業(yè)制定了網(wǎng)絡化嵌入式計算機系統(tǒng)的開發(fā)規(guī)范開發(fā)規(guī)范osek/vdxosek/vdx

47、操作系統(tǒng)標準，定義了一個可縮放的操作系統(tǒng)標準，定義了一個可縮放的操作系統(tǒng)標準操作系統(tǒng)標準1.54操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力：推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力：“需求推動發(fā)展需求推動發(fā)展”：充分利用硬件，提供更好的服務充分利用硬件，提供更好的服務 (1) 提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計算機發(fā)展的初期，提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計算機發(fā)展的初期，計算機系統(tǒng)昂貴，用作集中計算計算機系統(tǒng)昂貴，用作集中計算(2) 方便用戶：用戶上機、調(diào)試程序，分散計算時的事務方便用戶：用戶上機、調(diào)試程序，分散計算時的事務處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家庭）處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家

48、庭）(3) 器件的發(fā)展：器件的發(fā)展：cpu的位寬度（指令和數(shù)據(jù)）、快速外的位寬度（指令和數(shù)據(jù)）、快速外存存(4) 計算機體系結構的不斷發(fā)展：單處理機、多處理機、計算機體系結構的不斷發(fā)展：單處理機、多處理機、計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡1.551.1.沒有程序設計語言（甚至沒有匯編），沒有程序設計語言（甚至沒有匯編），更談不上操作系統(tǒng)更談不上操作系統(tǒng)2.2.程序員提前預約一段時間，然后到機房程序員提前預約一段時間，然后到機房將他的插件板插到計算機里將他的插件板插到計算機里3.3.期盼著在接下來的時間中幾萬個真空管期盼著在接下來的時間中幾萬個真空管不會燒斷，從而可以計算自己的題目不會燒斷，從而可以計算自己

49、的題目4.4.沒有存儲器，只有沒有存儲器，只有2020個暫存器，它的程個暫存器，它的程序是外插型的，指令存儲在計算機的其序是外插型的，指令存儲在計算機的其他電路中。這樣，解題之前，必需先寫他電路中。這樣，解題之前，必需先寫好所需的全部指令，通過手工把相應的好所需的全部指令，通過手工把相應的電路聯(lián)通。電路聯(lián)通。這種準備工作要花幾小時甚這種準備工作要花幾小時甚至幾天時間，而計算本身只需幾分鐘至幾天時間，而計算本身只需幾分鐘。計算的高速與程序的手工存在著很大的計算的高速與程序的手工存在著很大的矛盾。矛盾。eniaceniac計算機計算機運算速度：運算速度：10001000次次/ /秒秒, , 數(shù)萬個

50、真空管數(shù)萬個真空管, , 占地占地100100平方平方米米1.565050年代早期年代早期出現(xiàn)了穿孔卡片出現(xiàn)了穿孔卡片程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計算機程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計算機但計算過程則依然如舊但計算過程則依然如舊無操作系統(tǒng)時的計算機系統(tǒng)手工操作方式無操作系統(tǒng)時的計算機系統(tǒng)手工操作方式1.57無操作系統(tǒng)時的計算機系統(tǒng)手工操作方式無操作系統(tǒng)時的計算機系統(tǒng)手工操作方式1946 50年代（電子管計算機），集中計算（計算中心），計算機年代（電子管計算機），集中計算（計算中心），計算機資源昂貴；資源昂貴；工作方式：采用人工操作方式直接使用計算機硬件工作方式：采用人工操作方式直接使用計算機硬件 用戶：用戶

51、既是程序員，又是操作員；用戶是計算機專業(yè)人員用戶：用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計算機專業(yè)人員 編程語言：機器語言；編程語言：機器語言； 輸入輸出：紙帶或卡片；輸入輸出：紙帶或卡片；缺點缺點 用戶獨占全機：一臺計算機的全部資源只能由一個用戶占用，用戶獨占全機：一臺計算機的全部資源只能由一個用戶占用，資源利用率低；資源利用率低； cpu等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成后，等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成后，手工卸取紙帶或卡片；手工卸取紙帶或卡片；cpu利用率低利用率低1.58主要矛盾主要矛盾 “人機矛盾人機矛盾”：人工操作方式與機器利：人工操作方式與機器利用率的矛

52、盾；用率的矛盾； cpu與與i/o之間速度不匹配的矛盾。之間速度不匹配的矛盾。提高效率的途徑提高效率的途徑 批處理（批處理（batch） 脫機輸入輸出方式（脫機輸入輸出方式（off-line i/o）1.59simple batch systems簡單批處理系統(tǒng)簡單批處理系統(tǒng)reduce setup time by batching similar jobs批量處理同類作業(yè)減批量處理同類作業(yè)減少了設置時間少了設置時間automatic job sequencing 自動作業(yè)調(diào)度自動作業(yè)調(diào)度 automatically transfers control from one job to anot

53、her. first rudimentary operating system.自動把控制從一個作業(yè)轉(zhuǎn)到另一個作業(yè)。第一個自動把控制從一個作業(yè)轉(zhuǎn)到另一個作業(yè)。第一個基本操作系統(tǒng)?；静僮飨到y(tǒng)。resident monitor常駐管理程序常駐管理程序 initial control in monitor 初始化初始化管理程序管理程序 control transfers to job 轉(zhuǎn)換控制到作業(yè)轉(zhuǎn)換控制到作業(yè) when job completes control transfers back to monitor作業(yè)作業(yè)完成后轉(zhuǎn)換控制回管理程序完成后轉(zhuǎn)換控制回管理程序1.60memory la

54、yout for a simple batch system簡單批處理系統(tǒng)的存儲器布局簡單批處理系統(tǒng)的存儲器布局1.61運行一個作業(yè)的步驟：運行一個作業(yè)的步驟：將程序?qū)懺诩埳希ㄓ酶呒壵Z言或匯編語言）將程序?qū)懺诩埳希ㄓ酶呒壵Z言或匯編語言）穿孔成卡片，再將卡片盒交給操作員穿孔成卡片，再將卡片盒交給操作員計算結果從打印機上輸出計算結果從打印機上輸出操作員到打印機上撕下運算結果送到輸出室操作員到打印機上撕下運算結果送到輸出室程序員稍后可從輸出室取到結果程序員稍后可從輸出室取到結果操作員從輸入室的卡片盒中讀入另一個任務操作員從輸入室的卡片盒中讀入另一個任務如果需要如果需要fortran編譯器，還要把它取

55、來讀入計算編譯器，還要把它取來讀入計算機機批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng) 現(xiàn)代操作系統(tǒng)雛型現(xiàn)代操作系統(tǒng)雛型1.62典型的操作系統(tǒng)典型的操作系統(tǒng)fms（fortran monitor system，fortran監(jiān)控系監(jiān)控系統(tǒng)）統(tǒng)）ibmsys（ibm為為7094機配備的操作系統(tǒng)）機配備的操作系統(tǒng)）這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權指令，存儲保護和簡單的這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權指令，存儲保護和簡單的批處理構成批處理構成1.63control cards作業(yè)控制卡作業(yè)控制卡problems問題問題1.how does the monitor know about the nature of the j

56、ob (e.g., fortran versus assembly) or which program to execute? 管理程序如何知道作業(yè)的性質(zhì)（如，管理程序如何知道作業(yè)的性質(zhì)（如， fortran還是匯還是匯編）或哪個程序要運行？編）或哪個程序要運行？2.how does the monitor distinguish管理程序如何區(qū)管理程序如何區(qū)別別(a) job from job?一個個的作業(yè)？一個個的作業(yè)？(b) data from program?數(shù)據(jù)還是程序？數(shù)據(jù)還是程序？solution解決解決 introduce control cards引入作業(yè)控制卡引入作業(yè)控制卡1

57、.64control cards作業(yè)控制卡作業(yè)控制卡(cont.)special cards that tell the resident monitor which programs to run特殊卡片通知管理程序哪個程序運行特殊卡片通知管理程序哪個程序運行$job$ftn$run$data$endspecial characters distinguish control cards from data or program cards特定的字符把數(shù)據(jù)卡片和程序卡片區(qū)分開來特定的字符把數(shù)據(jù)卡片和程序卡片區(qū)分開來:$ in column 1/ in column 1 and 2709 in

58、 column11.65control cards作業(yè)控制卡作業(yè)控制卡(cont.)parts of resident monitor常駐管理程序的一部分常駐管理程序的一部分 control card interpreter responsible for reading and carrying out instructions on the cards.控制卡解釋器控制卡解釋器 - 負責讀出和執(zhí)行卡上負責讀出和執(zhí)行卡上的指令的指令 loader loads systems programs and applications programs into memory.裝載程序裝載程序 - 把

59、系統(tǒng)程序和應用程序調(diào)入內(nèi)存把系統(tǒng)程序和應用程序調(diào)入內(nèi)存 device drivers know special characteristics and properties for each of the systems i/o devices.設備驅(qū)動程序設備驅(qū)動程序 - 了解系統(tǒng)每一個了解系統(tǒng)每一個i/o設備的特點和性質(zhì)設備的特點和性質(zhì)problem: slow performance i/o and cpu could not overlap ; card reader very slow.問題：慢問題：慢 - i/o和和cpu不可能彼此覆蓋；卡片閱讀器很慢不可能彼此覆蓋；卡片閱讀器很慢

60、solution: off-line operation speed up computation by loading jobs into memory from tapes and card reading and line printing done off-line.解決：脫機操作解決：脫機操作 - 從磁帶和卡片調(diào)作業(yè)進入內(nèi)存，而打印機脫機，加速從磁帶和卡片調(diào)作業(yè)進入內(nèi)存，而打印機脫機，加速運算運算1.66off-line i/o由于程序和數(shù)據(jù)的輸入和輸出都是在外圍機由于程序和數(shù)據(jù)的輸入和輸出都是在外圍機/衛(wèi)星機的控制下完成的，或衛(wèi)星機的控制下完成的，或者說它們是在脫離主機的情況下進行的，故稱為脫機輸入輸出