計(jì)算機(jī)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(xué)的耶魯大學(xué)的 osos考試參考書考試參考書1.3參考教材參考教材&1.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

3、 湯子瀛等湯子瀛等 西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)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(xué)大學(xué)出版社西安交通大學(xué)大學(xué)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(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社5.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程計(jì)算機(jī)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(xué)出版社清華大學(xué)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(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)personal-computer systems 個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.51: introduction 引論引論本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：本章學(xué)習(xí)目標(biāo)： 學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)基本原理，要了解其在計(jì)學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)基本原理，要了解其在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位算機(jī)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(dāng)前流行的幾種主要操作系統(tǒng)當(dāng)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(biāo)的目標(biāo)方便性（用戶的觀點(diǎn)）：方便性（用戶的觀點(diǎn)）：提供良好的、一致的用提供良好的、一致的用戶接口，彌補(bǔ)硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別的不便戶接口，彌補(bǔ)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(diǎn)）：有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)）：管理和分配硬管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程件、軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程可擴(kuò)充性和開放性（開放的觀點(diǎn)）：可

6、擴(kuò)充性和開放性（開放的觀點(diǎn)）：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(gè)身的功能和管理策略、硬件的類型和規(guī)模、多個(gè)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(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者是計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者os是用戶使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的接口是用戶使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的接口os是擴(kuò)展機(jī)是擴(kuò)展機(jī)(extended machine)/虛擬機(jī)虛擬機(jī)(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(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者是計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者 管理對(duì)象：管理對(duì)象：cpu、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備、信息（數(shù)、存儲(chǔ)器、外部設(shè)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(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況管理的內(nèi)容：資源的當(dāng)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(yīng)管理策）、資源的分配、回收和訪問操作，相應(yīng)管理策略（包括用戶權(quán)限）。略（包括用戶權(quán)限）。 os的主要功能也正是針對(duì)這四類資源進(jìn)行有效管的主要功能也正是針對(duì)這四類資源進(jìn)行有效管理，即：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、理，即：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、i/o設(shè)備的管設(shè)備的管理以及文件管理。理以及文件管理。1.9計(jì)

8、算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成圖圖.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)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(gòu)成計(jì)算機(jī)指構(gòu)成計(jì)算機(jī)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(shè)備設(shè)備主機(jī)主機(jī)中央處理機(jī)中央處理機(jī)cpu內(nèi)存內(nèi)存外部設(shè)備外部設(shè)備是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)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(yīng)用軟件應(yīng)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(shè)備（鍵盤、顯示器、打字機(jī)、鼠標(biāo)）設(shè)備（鍵盤、顯示器、打字機(jī)、鼠標(biāo)）存儲(chǔ)設(shè)備（硬盤、軟盤、光盤、磁帶）存儲(chǔ)設(shè)備（硬盤、軟盤、光盤、磁帶）其它設(shè)備（其它設(shè)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(kuò)展機(jī)是擴(kuò)展機(jī)(extended machine)/虛擬機(jī)虛擬機(jī)(virtual machine) 在裸機(jī)上添加：設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)管理（針對(duì)內(nèi)存在裸機(jī)上添加：設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)管理（針對(duì)內(nèi)存和外存）、處理機(jī)管理（針對(duì)和外存）、處理機(jī)管理（針對(duì)cpu） “虛擬機(jī)虛擬

10、機(jī)”：一個(gè)裸機(jī)在每加上一層軟件后，就變成了一個(gè)一個(gè)裸機(jī)在每加上一層軟件后，就變成了一個(gè)功能更強(qiáng)的機(jī)器，把這功能更強(qiáng)的機(jī)器，把這“新的功能更強(qiáng)的機(jī)器新的功能更強(qiáng)的機(jī)器”稱作虛擬機(jī)稱作虛擬機(jī)。 從操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，把操作系統(tǒng)分成若干個(gè)層次，每一層從操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，把操作系統(tǒng)分成若干個(gè)層次，每一層次都對(duì)上一層次擴(kuò)充形成一個(gè)虛擬機(jī)；高層次屏蔽低層次的次都對(duì)上一層次擴(kuò)充形成一個(gè)虛擬機(jī)；高層次屏蔽低層次的功能細(xì)節(jié)，低層向高層提供服務(wù)功能細(xì)節(jié)，低層向高層提供服務(wù), 整個(gè)操作系統(tǒng)由若干個(gè)虛擬整個(gè)操作系統(tǒng)由若干個(gè)虛擬機(jī)疊加而成。機(jī)疊加而成。 os的地位的地位：緊挨硬件層的第一層軟件，對(duì)硬件進(jìn)行首次擴(kuò)充緊挨硬件

11、層的第一層軟件，對(duì)硬件進(jìn)行首次擴(kuò)充，同時(shí)又是其他軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。，同時(shí)又是其他軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。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(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的接口是用戶使用計(jì)算機(jī)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(yīng)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(yīng)用編程中使用）。用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)調(diào)用 命令 圖標(biāo)、窗口操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)用戶和計(jì)算機(jī)硬件之間起媒介作用的一種程序。在計(jì)算機(jī)用戶和計(jì)算機(jī)硬件之間起媒介作用的一種程序。operating system goals: 操作系統(tǒng)目標(biāo)操作系統(tǒng)目標(biāo) 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(jì)算機(jī)系統(tǒng)更易使用。使計(jì)算機(jī)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(diǎn)系統(tǒng)部件的抽象觀點(diǎn)1.14操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應(yīng)用軟件應(yīng)用用戶應(yīng)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(duì)硬件進(jìn)行首緊挨硬件層的第一層軟件，對(duì)硬件進(jìn)行首 次擴(kuò)充，同時(shí)又是

14、其他軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。次擴(kuò)充，同時(shí)又是其他軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。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(yùn)行和控制用戶程序的運(yùn)行和i/o設(shè)備的操作設(shè)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(shí)運(yùn)行的在全時(shí)運(yùn)行的一個(gè)程序（其他的是應(yīng)用）一個(gè)程序（其他的是應(yīng)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(gè)等價(jià)是為用戶提供一個(gè)等價(jià)的擴(kuò)展計(jì)算機(jī)或稱虛擬機(jī)，以方便用的擴(kuò)展計(jì)算機(jī)或稱虛擬機(jī)，以方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序集合。戶使用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源、合操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源、合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以及方便用戶的程序的集合。理地組織計(jì)算機(jī)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(shè)備是否忙碌）外部設(shè)備是否忙碌）合理：資源分配公平與否，如果不公平則會(huì)產(chǎn)生合理：資源分配公平與否，如果不公平則會(huì)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(duì)稱多處理系統(tǒng)（：以對(duì)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(dāng)采用靜態(tài)進(jìn)程分配方式時(shí)，每個(gè)的，當(dāng)采用靜態(tài)進(jìn)程分配方式時(shí)，每個(gè)cpu都有一專用的就緒隊(duì)列，都有一專用的就緒隊(duì)列，進(jìn)程阻塞后再次就緒時(shí)，仍被掛在這個(gè)就緒隊(duì)列中，因而它下次仍在進(jìn)程阻塞后再次就緒時(shí)，仍被掛在這個(gè)就緒隊(duì)列中，因而它下次仍在此此cpu上執(zhí)行。也就是說，一個(gè)進(jìn)程只能在同一個(gè)上執(zhí)行。也就是說，一個(gè)進(jìn)程只能在同一個(gè)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(huì)產(chǎn)生有的上執(zhí)行。這樣就會(huì)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(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、操作系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、應(yīng)用軟件的發(fā)展而發(fā)展的應(yīng)用軟件的發(fā)展而發(fā)展的t目標(biāo)：充分利用硬件目標(biāo)：充分利用硬件 提供更好的服務(wù)提供更好的服務(wù)大型機(jī)大型機(jī) pc pc機(jī)機(jī) 后后pcpc時(shí)代時(shí)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(gè)階段個(gè)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(jì)算機(jī)之間的交互缺乏用戶和計(jì)算機(jī)之間的交互控制臺(tái)：一次一個(gè)用戶控制臺(tái)：一次一個(gè)用戶批處理：裝入程序批處理：裝入程序運(yùn)行運(yùn)行打印輸出（保護(hù)：無）打印輸出（保護(hù)：無）數(shù)據(jù)通道、中斷：數(shù)據(jù)通道、中斷：i/o和計(jì)算重疊和計(jì)算重疊多道程序設(shè)計(jì)：多個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行，多個(gè)用戶共享系多道程序設(shè)計(jì)：多個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行，多個(gè)用戶共享系統(tǒng)（需要存儲(chǔ)保護(hù)）統(tǒng)（需要存儲(chǔ)保護(hù)）操作系統(tǒng)必須管理所有程序的交接、運(yùn)行，復(fù)雜操作系統(tǒng)必須管理所有程序的交接、運(yùn)行，復(fù)雜1.21首次面對(duì)重大失敗首次面對(duì)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(shí)發(fā)布時(shí) 帶著已知的帶著已知的 1000 個(gè)錯(cuò)誤個(gè)錯(cuò)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(shí)：交互分時(shí)： 利用便宜的終端利用便宜的終端 多個(gè)用戶同時(shí)與系統(tǒng)交互多個(gè)用戶同時(shí)與系統(tǒng)交互 犧牲犧牲c(diǎn)pu時(shí)間時(shí)間 用戶得到更好的響應(yīng)時(shí)間用戶得到更好的響應(yīng)時(shí)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(shí)問題：增加用戶時(shí) , 系統(tǒng)性能降低系統(tǒng)性能降低 （響應(yīng)時(shí)間、抖動(dòng)）（響應(yīng)時(shí)間、抖動(dòng)）1.24

21、成功案例成功案例一群計(jì)算機(jī)迷在貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一群計(jì)算機(jī)迷在貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出unix初衷：可以在一臺(tái)無人使用的初衷：可以在一臺(tái)無人使用的dec pdp-7 小型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī)上玩星際探險(xiǎn)游戲上玩星際探險(xiǎn)游戲ken thompson，dennis ritchie1983年圖靈獎(jiǎng)獲得者年圖靈獎(jiǎng)獲得者1999年年4月月 美國國家技術(shù)金獎(jiǎng)美國國家技術(shù)金獎(jiǎng)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(jì)算機(jī)面臨挑戰(zhàn)：如何利用計(jì)算機(jī) 充分節(jié)約人力充分節(jié)約人力個(gè)人計(jì)算時(shí)代個(gè)人計(jì)算時(shí)代 開始開始: pc硬件資源有限硬件資源有限

22、一次運(yùn)行一個(gè)程序一次運(yùn)行一個(gè)程序 os是一是一個(gè)例程庫個(gè)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(gè)龐然大物（大型又成為一個(gè)龐然大物（大型os） 存儲(chǔ)保護(hù)、多道程序設(shè)計(jì)又出現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)、多道程序設(shè)計(jì)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(luò)：允許不同機(jī)器很容易共享資源網(wǎng)絡(luò)：允許不同機(jī)器很容易共享資源 （打印機(jī)、文件服務(wù)器、（打印機(jī)、文件服務(wù)器、web服務(wù)器）服務(wù)器） 客戶客戶/服務(wù)器模型服務(wù)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(dòng)系統(tǒng)時(shí)代移動(dòng)系統(tǒng)時(shí)代 各種移動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)（筆記本、各種移

23、動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)（筆記本、pda等等）等等）特點(diǎn)：小型、移動(dòng)、便宜特點(diǎn)：小型、移動(dòng)、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(jī)配備的操作系統(tǒng)）機(jī)配備的操作系統(tǒng)）這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權(quán)指令，存儲(chǔ)保護(hù)和簡單的這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權(quán)指令，存儲(chǔ)保護(hù)和簡單的批處理構(gòu)成批處理構(gòu)成1.32第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)（第一個(gè)分時(shí)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(jī)上開發(fā)成功（有機(jī)上開發(fā)成功（有32個(gè)個(gè)交互式用戶）交互式用戶）ibm 7090/94計(jì)算機(jī)有計(jì)算機(jī)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(chǔ)映象在內(nèi)存和一臺(tái)磁

25、鼓之間切換，用戶存儲(chǔ)映象在內(nèi)存和一臺(tái)磁鼓之間切換1962年年manchester大學(xué)的大學(xué)的atlas計(jì)算機(jī)投入運(yùn)行計(jì)算機(jī)投入運(yùn)行第一個(gè)有虛擬存儲(chǔ)器第一個(gè)有虛擬存儲(chǔ)器(virtual memory)和頁面調(diào)度和頁面調(diào)度(paging) 的機(jī)器的機(jī)器指令執(zhí)行是指令執(zhí)行是 pipelined 的的第一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)第一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)ctss1.33multics的災(zāi)難的災(zāi)難1965年在年在arpa的支持下，的支持下，mit、貝爾實(shí)驗(yàn)室和通用電、貝爾實(shí)驗(yàn)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(jì)算服務(wù)系統(tǒng)公用計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)”， 希望能希望能夠同時(shí)支持整個(gè)波士頓所有的分時(shí)用戶。該系統(tǒng)稱作夠同

26、時(shí)支持整個(gè)波士頓所有的分時(shí)用戶。該系統(tǒng)稱作multics (multiplexed information and computing service )multics設(shè)計(jì)目標(biāo)是：設(shè)計(jì)目標(biāo)是：便利的終端使用便利的終端使用大量遠(yuǎn)程終端通過電話線接入大量遠(yuǎn)程終端通過電話線接入計(jì)算機(jī)主機(jī)計(jì)算機(jī)主機(jī)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(chǔ)和構(gòu)造層次化信息結(jié)構(gòu)的能力；存儲(chǔ)和構(gòu)造層次化信息結(jié)構(gòu)的能力1.34multics研制難度超出所有人的預(yù)料（研制難度超出所有人的預(yù)料（pl/1語言）語言）長期研制工作達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，長期研制工作達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，1969年年4

27、月貝爾實(shí)驗(yàn)室月貝爾實(shí)驗(yàn)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(jiān)持下來，堅(jiān)持下來，multics成功運(yùn)行，成為商業(yè)成功運(yùn)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(yùn)行運(yùn)行multics的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在九十年代中陸續(xù)被關(guān)閉的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在九十年代中陸續(xù)被關(guān)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(lǐng)域概念雛形，對(duì)隨后的操作系引入了許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)領(lǐng)域概念雛形，對(duì)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(yùn)行時(shí)的安全性、可靠運(yùn)行時(shí)的安全性、可靠性以及強(qiáng)大的計(jì)算能力贏得廣大用戶的信賴性以及強(qiáng)大的計(jì)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(jì)算機(jī)、是世界上唯一能在筆記本計(jì)算機(jī)、pc機(jī)、工作站直機(jī)、工作站直至巨型機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)至巨型機(jī)上運(yùn)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(yīng)特殊的需求第二，系統(tǒng)源代碼非常有效，系統(tǒng)容易適應(yīng)特殊的需求最后，也是最

29、重要的一點(diǎn)，它是一個(gè)良好的、通用的、多用最后，也是最重要的一點(diǎn)，它是一個(gè)良好的、通用的、多用戶、多任務(wù)、分時(shí)操作系統(tǒng)戶、多任務(wù)、分時(shí)操作系統(tǒng)1.36ibm在在1981年推出個(gè)人計(jì)算機(jī)，宣布了年推出個(gè)人計(jì)算機(jī)，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(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)的限制限制它屬于單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)它屬于單用戶單任務(wù)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(gè)年頭個(gè)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(jī)競爭廠家的圖形界面相關(guān)產(chǎn)品上市機(jī)競爭廠家的圖形界面相關(guān)產(chǎn)品上市面對(duì)市場壓力，比爾面對(duì)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(gòu)式操作系統(tǒng)架構(gòu)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(wù)，包括：集成某些中間件軟件來完成某些任務(wù)，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(yīng)用模式定義了新的應(yīng)用模式 可信計(jì)算和安全可信計(jì)算和安全 豐富的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)訪問手段豐富的存儲(chǔ)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(dá)和媒體功能豐富的表達(dá)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(xué)開發(fā)了大學(xué)開發(fā)了rig 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者之一系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)行線程，更好的進(jìn)程通信機(jī)制，支持多處兼容，運(yùn)行線程，更好的進(jìn)程通

33、信機(jī)制，支持多處理機(jī)及好的虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)理機(jī)及好的虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)mach第一個(gè)版本是第一個(gè)版本是1986年為年為vax 11/784四四cpu多處理機(jī)發(fā)布多處理機(jī)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(gè)純的代碼，剩下了一個(gè)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(chǔ)發(fā)布的基礎(chǔ)1.41mach中采用了許多當(dāng)代操作系統(tǒng)使用的技術(shù)中采用了許多當(dāng)代操作系統(tǒng)使用的技術(shù), 微內(nèi)核微內(nèi)核、線程、進(jìn)程間消息傳遞和面向?qū)?/p>

34、象的設(shè)計(jì)方法等等、線程、進(jìn)程間消息傳遞和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法等等在在mach的基礎(chǔ)上，有不少用于微處理器、多處理器以的基礎(chǔ)上，有不少用于微處理器、多處理器以及超級(jí)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)陸續(xù)及超級(jí)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)陸續(xù)設(shè)計(jì)和開發(fā)出來，如設(shè)計(jì)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(shí)代與時(shí)代與linux1990年秋天，年秋天，linus在芬蘭首都赫爾辛基大學(xué)學(xué)習(xí)操作系在芬蘭首都赫爾辛基大學(xué)學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程，因?yàn)樯蠙C(jī)需要排隊(duì)等待，統(tǒng)課程，因?yàn)樯蠙C(jī)需要排隊(duì)等待，linus買了臺(tái)買了臺(tái)pc機(jī)，開機(jī)，開發(fā)

35、了第一個(gè)程序，程序包括兩個(gè)進(jìn)程，向屏幕上寫字母，發(fā)了第一個(gè)程序，程序包括兩個(gè)進(jìn)程，向屏幕上寫字母，然后用定時(shí)器來切換進(jìn)程然后用定時(shí)器來切換進(jìn)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(dòng)程序鍵盤和調(diào)制解調(diào)器的驅(qū)動(dòng)程序然后編寫了磁盤驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)，一旦有了進(jìn)程切換然后編寫了磁盤驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)，一旦有了進(jìn)程切換、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)然就擁有了一個(gè)操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)然就擁有了一個(gè)操作系統(tǒng)原型，或

36、者至少是它的一個(gè)內(nèi)核原型，或者至少是它的一個(gè)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(lǐng)域中新的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)領(lǐng)域中新的操作系統(tǒng)有線電視機(jī)頂盒領(lǐng)域有線電視機(jī)頂盒領(lǐng)域 powertv掌上計(jì)算機(jī)領(lǐng)域掌上計(jì)算機(jī)領(lǐng)域 palm os數(shù)字影像領(lǐng)域數(shù)字影像領(lǐng)域 digita手機(jī)手機(jī) 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(xué)的哈佛大學(xué)的vino，使應(yīng)

37、用得以重用內(nèi)核構(gòu)件，使應(yīng)用得以重用內(nèi)核構(gòu)件猶他州大學(xué)的猶他州大學(xué)的oskit，提供構(gòu)造操作系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)構(gòu)件，提供構(gòu)造操作系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)構(gòu)件，也提供高層次構(gòu)件。，也提供高層次構(gòu)件。oskit可用來構(gòu)造新的可用來構(gòu)造新的osmit exokernel,該系統(tǒng)只有一個(gè)極小的核。系統(tǒng)抽象通該系統(tǒng)只有一個(gè)極小的核。系統(tǒng)抽象通過過library operating system完成完成加州大學(xué)伯克利分校加州大學(xué)伯克利分校now集群操作系統(tǒng)，集群操作系統(tǒng)，100臺(tái)臺(tái)ultra sparc-i處理機(jī)集群，排名于世界最快的處理機(jī)集群，排名于世界最快的200臺(tái)超級(jí)計(jì)算臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)之內(nèi)機(jī)之內(nèi)nasa空間飛行中心空

38、間飛行中心(gsfc)研制研制beowulf項(xiàng)目開始于項(xiàng)目開始于1994年，用商業(yè)化的微型計(jì)算機(jī)，年，用商業(yè)化的微型計(jì)算機(jī)，linux和以太網(wǎng)等構(gòu)和以太網(wǎng)等構(gòu)造集群。已有世界各地的約六十個(gè)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)在使造集群。已有世界各地的約六十個(gè)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)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(tái)百萬次集成電路計(jì)算機(jī)（我國第一臺(tái)百萬次集成電路計(jì)算機(jī)（150）操作系統(tǒng)）操作系統(tǒng) 支持多道程序運(yùn)行，在石油勘探領(lǐng)域成功應(yīng)用支持多道程序運(yùn)行，在石油勘探領(lǐng)域成功應(yīng)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(gè)全部用高級(jí)語言書寫的我國第一個(gè)全部用高級(jí)語言書寫的djs240機(jī)操作系統(tǒng)機(jī)操作系統(tǒng)djs200/xt2 層次管程結(jié)構(gòu)模型層次管程結(jié)構(gòu)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(jī)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（多機(jī)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（1978年）年） 國防科技大學(xué)，國防科技大學(xué)，1980年裝在年裝在“遠(yuǎn)望遠(yuǎn)望”-i 號(hào)航天測量船上，完成了向太平號(hào)航天測量船上，完成了向太平洋發(fā)射運(yùn)載火箭、潛水艇水下發(fā)射的測控任務(wù)；完成了我國第一顆同洋發(fā)射運(yùn)載火箭、潛水艇水下發(fā)射的測控任務(wù)；完成了我國第一顆同步地球衛(wèi)星的測控、定軌、控制任務(wù)步地球衛(wèi)星的測控、定軌、控制任務(wù)“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(xué)，用于年）國防科技大學(xué)，用于yh-1、yh-2超級(jí)計(jì)算機(jī)，用于我國的石油勘探、天氣預(yù)報(bào)和核物理研究超級(jí)計(jì)算機(jī)，用于我國的石油勘探、天氣預(yù)報(bào)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(diǎn)科技攻類操作系統(tǒng)（國家八五、九五重點(diǎn)科技攻關(guān)成果，以中軟為首，聯(lián)合國內(nèi)關(guān)成果，以中軟為首，聯(lián)合國內(nèi)18個(gè)單位共同完成）個(gè)單位共同完成） 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，安全級(jí)別超過微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，安全級(jí)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(biāo)準(zhǔn)化操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化如果沒有標(biāo)準(zhǔn)化：如果沒有標(biāo)準(zhǔn)化：各個(gè)操作系統(tǒng)之間不能兼容各個(gè)操作系統(tǒng)之間不能兼容大量應(yīng)用軟件無法在不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)上通用大量應(yīng)用軟件無法在不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)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(yīng)用用戶掌握困難，影響推廣應(yīng)用1.48操作系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)posix 標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)（1003）iso/iec 9945-1:1990information technology portable o

42、perating system interface同時(shí)被同時(shí)被 x/open 接納為操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)接納為操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)其中其中9945-4（即（即 posix 1003.4）為實(shí)時(shí)部分）為實(shí)時(shí)部分1.49操作系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）操作系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）操作系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)準(zhǔn)化通用操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化unix 的標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)準(zhǔn)化1970年代早期的年代早期的unix是一個(gè)版本是一個(gè)版本各個(gè)廠家開發(fā)出各自的各個(gè)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(shí)間的斗爭，經(jīng)過長時(shí)間的斗爭，unix基本統(tǒng)一在基本統(tǒng)一在open group標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：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(biāo)準(zhǔn)化通用操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化linux 標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化由由free standards group（fsg）承擔(dān)）承擔(dān)主要標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目：主要標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目：tlinux standard base (lsb) lsb定義在不同硬件體系結(jié)構(gòu)上的定義在不同硬件體系結(jié)構(gòu)上的 linux的二進(jìn)的二進(jìn)制接口制接口topeni18n (formerly li18nux)。 openi18n涉及不同語言應(yīng)用的共同國際標(biāo)準(zhǔn)涉及不同語言應(yīng)用的共同國際標(biāo)準(zhǔn)t有機(jī)構(gòu)正在從事電信級(jí)有機(jī)構(gòu)正在從事電信級(jí)linux標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化 linux標(biāo)準(zhǔn)化在中國標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化嵌入式操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化工作開始了嵌入式操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作當(dāng)年發(fā)布當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化嵌入式操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化日本嵌入式操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化日本嵌入式操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化itron是在日本運(yùn)用最廣的嵌入式操作系統(tǒng)是在日本運(yùn)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(huì)，專門從事嵌入式操作系協(xié)會(huì)，專門從事嵌入式操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化汽車電子嵌入式操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化汽車電子嵌入式操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化歐洲汽車行業(yè)制定了網(wǎng)絡(luò)化嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的歐洲汽車行業(yè)制定了網(wǎng)絡(luò)化嵌入式計(jì)算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，定義了一個(gè)可縮放的操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，定義了一個(gè)可縮放的操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ和苿?dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ骸靶枨笸苿?dòng)發(fā)展需求推動(dòng)發(fā)展”：充分利用硬件，提供更好的服務(wù)充分利用硬件，提供更好的服務(wù) (1) 提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)昂貴，用作集中計(jì)算計(jì)算機(jī)系統(tǒng)昂貴，用作集中計(jì)算(2) 方便用戶：用戶上機(jī)、調(diào)試程序，分散計(jì)算時(shí)的事務(wù)方便用戶：用戶上機(jī)、調(diào)試程序，分散計(jì)算時(shí)的事務(wù)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(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展：單處理機(jī)、多處理機(jī)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展：單處理機(jī)、多處理機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1.551.1.沒有程序設(shè)計(jì)語言（甚至沒有匯編），沒有程序設(shè)計(jì)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(yù)約一段時(shí)間，然后到機(jī)房程序員提前預(yù)約一段時(shí)間，然后到機(jī)房將他的插件板插到計(jì)算機(jī)里將他的插件板插到計(jì)算機(jī)里3.3.期盼著在接下來的時(shí)間中幾萬個(gè)真空管期盼著在接下來的時(shí)間中幾萬個(gè)真空管不會(huì)燒斷，從而可以計(jì)算自己的題目不會(huì)燒斷，從而可以計(jì)算自己

49、的題目4.4.沒有存儲(chǔ)器，只有沒有存儲(chǔ)器，只有2020個(gè)暫存器，它的程個(gè)暫存器，它的程序是外插型的，指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的其序是外插型的，指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)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(yīng)的好所需的全部指令，通過手工把相應(yīng)的電路聯(lián)通。電路聯(lián)通。這種準(zhǔn)備工作要花幾小時(shí)甚這種準(zhǔn)備工作要花幾小時(shí)甚至幾天時(shí)間，而計(jì)算本身只需幾分鐘至幾天時(shí)間，而計(jì)算本身只需幾分鐘。計(jì)算的高速與程序的手工存在著很大的計(jì)算的高速與程序的手工存在著很大的矛盾。矛盾。eniaceniac計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度：運(yùn)算速度：10001000次次/ /秒秒, , 數(shù)萬個(gè)

50、真空管數(shù)萬個(gè)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(jì)算機(jī)程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計(jì)算機(jī)但計(jì)算過程則依然如舊但計(jì)算過程則依然如舊無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)手工操作方式無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)手工操作方式1.57無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)手工操作方式無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)手工操作方式1946 50年代（電子管計(jì)算機(jī)），集中計(jì)算（計(jì)算中心），計(jì)算機(jī)年代（電子管計(jì)算機(jī)），集中計(jì)算（計(jì)算中心），計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)硬件工作方式：采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)硬件 用戶：用戶

51、既是程序員，又是操作員；用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員用戶：用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員 編程語言：機(jī)器語言；編程語言：機(jī)器語言； 輸入輸出：紙帶或卡片；輸入輸出：紙帶或卡片；缺點(diǎn)缺點(diǎn) 用戶獨(dú)占全機(jī)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)的全部資源只能由一個(gè)用戶占用，用戶獨(dú)占全機(jī)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)的全部資源只能由一個(gè)用戶占用，資源利用率低；資源利用率低； cpu等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)算完成后，等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)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(jī)矛盾人機(jī)矛盾”：人工操作方式與機(jī)器利：人工操作方式與機(jī)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(jī)輸入輸出方式（脫機(jī)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(shè)置時(shí)間少了設(shè)置時(shí)間automatic job sequencing 自動(dòng)作業(yè)調(diào)度自動(dòng)作業(yè)調(diào)度 automatically transfers control from one job to anot

53、her. first rudimentary operating system.自動(dòng)把控制從一個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)到另一個(gè)作業(yè)。第一個(gè)自動(dòng)把控制從一個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)到另一個(gè)作業(yè)。第一個(gè)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(chǔ)器布局簡單批處理系統(tǒng)的存儲(chǔ)器布局1.61運(yùn)行一個(gè)作業(yè)的步驟：運(yùn)行一個(gè)作業(yè)的步驟：將程序?qū)懺诩埳希ㄓ酶呒?jí)語言或匯編語言）將程序?qū)懺诩埳希ㄓ酶呒?jí)語言或匯編語言）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(jì)算結(jié)果從打印機(jī)上輸出計(jì)算結(jié)果從打印機(jī)上輸出操作員到打印機(jī)上撕下運(yùn)算結(jié)果送到輸出室操作員到打印機(jī)上撕下運(yùn)算結(jié)果送到輸出室程序員稍后可從輸出室取到結(jié)果程序員稍后可從輸出室取到結(jié)果操作員從輸入室的卡片盒中讀入另一個(gè)任務(wù)操作員從輸入室的卡片盒中讀入另一個(gè)任務(wù)如果需要如果需要fortran編譯器，還要把它取

55、來讀入計(jì)算編譯器，還要把它取來讀入計(jì)算機(jī)機(jī)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(jī)配備的操作系統(tǒng)）機(jī)配備的操作系統(tǒng)）這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權(quán)指令，存儲(chǔ)保護(hù)和簡單的這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權(quán)指令，存儲(chǔ)保護(hù)和簡單的批處理構(gòu)成批處理構(gòu)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(gè)程序要運(yùn)行？編）或哪個(gè)程序要運(yùn)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(gè)個(gè)的作業(yè)？一個(gè)個(gè)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(gè)程序運(yùn)行特殊卡片通知管理程序哪個(gè)程序運(yùn)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(fù)責(zé)讀出和執(zhí)行卡上負(fù)責(zé)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(yīng)用程序調(diào)入內(nèi)存把系統(tǒng)程序和應(yīng)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 - 了解系統(tǒng)每一個(gè)了解系統(tǒng)每一個(gè)i/o設(shè)備的特點(diǎn)和性質(zhì)設(shè)備的特點(diǎn)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(jī)操作解決：脫機(jī)操作 - 從磁帶和卡片調(diào)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，而打印機(jī)脫機(jī)，加速從磁帶和卡片調(diào)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，而打印機(jī)脫機(jī)，加速運(yùn)算運(yùn)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(jī)由于程序和數(shù)據(jù)的輸入和輸出都是在外圍機(jī)/衛(wèi)星機(jī)的控制下完成的，或衛(wèi)星機(jī)的控制下完成的，或者說它們是在脫離主機(jī)的情況下進(jìn)行的，故稱為脫機(jī)輸入輸出