閱讀1操作系統(tǒng)的發(fā)展

1、操作系統(tǒng)的發(fā)展過程第1階段 （1948-1970）硬件昂貴，人工便宜 更有效地利用硬件資源， 缺乏用戶和計(jì)算機(jī)之間的交互控制臺(tái)：一次一個(gè)用戶批處理：裝入程序運(yùn)行打印輸出（保護(hù)：無）數(shù)據(jù)通道、中斷：I/O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)的發(fā)展過程第2階段 （1970-1985）硬件便宜，人工昂貴交互分時(shí)： 利用便宜的終端 多個(gè)用戶同時(shí)與系統(tǒng)交互 犧牲CPU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、編輯等問題：增加用戶時(shí) 系統(tǒng)性能降低 （響應(yīng)時(shí)間、抖動(dòng)）操作系統(tǒng)的發(fā)展過程第3階段 （1

2、981-）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) 充分發(fā)揮人的時(shí)間個(gè)人計(jì)算時(shí)代 開始 PC硬件資源有限 一次運(yùn)行一個(gè)程序。OS是一個(gè)例程庫，回歸簡單。 逐漸 PC資源豐富 OS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)操作系統(tǒng)的發(fā)展過程第4階段 （1981-）分布式系統(tǒng) 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、Web服務(wù)器） 客戶/服務(wù)器模型解決問題：共享，安全操作系統(tǒng)的發(fā)展過程第5階段 （1995-）移動(dòng)系統(tǒng)時(shí)代 各種移動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)（筆記本、PDA等等）特點(diǎn)：小型、移動(dòng)、便宜， 但 能力有限無線支持 可以 leverage 分布式系統(tǒng)的資源2.

3、隨歷史線索，介紹一些重要的操作系統(tǒng)FMS（FORTRAN Monitor System）和IBSYS （IBM為7094配備的操作系統(tǒng)）OS/360（IBM為系列機(jī)360配備的操作系統(tǒng)）CTSS（Compatible Time Sharing System）MULTICS（MULTiplexed Information and Computer Service）UNIX類、LinuxCP/M 歷史上的操作系統(tǒng)（1）歷史上的操作系統(tǒng)（2）MS-DOS、Windows 3.1/95/98/Me、Windows NT、Windows 2000/XP、 Windows CE、 Windows Serv

4、er 2003MacintoshOS/390MachVxWorks嵌入式領(lǐng)域國產(chǎn)操作系統(tǒng)研究型操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng) - 現(xiàn)代操作系統(tǒng)雛型運(yùn)行一個(gè)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）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FORTRAN編譯器，還要把它取來讀入計(jì)算機(jī)缺點(diǎn)：機(jī)時(shí)在走來走去時(shí)浪費(fèi)掉為改進(jìn)主存和I/O設(shè)備之間的吞吐量 IBM 7094機(jī)引入了I/O 處理機(jī)概念。思想：在輸入室收集全部的作業(yè)，用一臺(tái)相對便宜的計(jì)算機(jī)（IBM 1401計(jì)算機(jī)），將作業(yè)

5、讀到磁帶上。 再用較昂貴的計(jì)算機(jī)（IBM7094）完成真正的計(jì)算?？ㄆ缙谂幚硐到y(tǒng)IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機(jī)卡片閱讀機(jī)輸出磁帶打印機(jī)典型的操作系統(tǒng)FMS（FORTRAN Monitor System，F(xiàn)ORTRAN監(jiān)控系統(tǒng)）IBMSYS（IBM為7094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)和簡單的批處理構(gòu)成OS/360操作系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題：20世紀(jì)60年代初期，計(jì)算機(jī)開始采用集成電路，多數(shù)廠商有幾條完全不同的生產(chǎn)線，生產(chǎn)不同的計(jì)算機(jī)。開發(fā)和維護(hù)完全不同的產(chǎn)品，對廠商來說是昂貴的。新的用戶在開始時(shí)只需要一臺(tái)小計(jì)算機(jī)，后來可能需要一臺(tái)大的計(jì)

6、算機(jī)，并希望能在新計(jì)算機(jī)上執(zhí)行原有的程序。廠家和用戶需要軟件在不同型號的計(jì)算機(jī)之間兼容。1964 年IBM 宣布推出System/360計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 第一個(gè)采用小規(guī)模集成電路的主流機(jī)型試圖一次性地解決上述問題由于所有的計(jì)算機(jī)都有相同的體系結(jié)構(gòu)和指令集，在理論上，為一型號編寫的程序可以在其他型號機(jī)器上運(yùn)行IBM System/360的若干問題IBM無法寫出同時(shí)滿足互沖突需要的操作系統(tǒng) 其實(shí)別人也一樣不能完成此項(xiàng)任務(wù)IBM OS/360文件系統(tǒng)中有類型字段，定義文件的類型，有定長、不定長記錄、塊狀和非塊狀文件 用戶對于輸出文件的大小，只有通過猜測。存儲(chǔ)管理有基地址寄存器尋址方式，程序也可以訪問和修改

7、基地址寄存器，但是CPU生成的卻是絕對地址，雖然不用進(jìn)行動(dòng)態(tài)再分配，但程序卻被“釘死”在調(diào)入內(nèi)存時(shí)的物理地址上。數(shù)千名程序員寫的數(shù)百萬行匯編語言代碼 系統(tǒng)自身占據(jù)了大量存儲(chǔ)空間和一半的CPU時(shí)間。數(shù)百萬行匯編代碼中有成千上萬處錯(cuò)誤。IBM不斷發(fā)行新的版本試圖更正這些錯(cuò)誤 每個(gè)新版本在更正老錯(cuò)誤的同時(shí)又引入新錯(cuò)誤。隨著時(shí)間的流逝，錯(cuò)誤的數(shù)量大致保持不變。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)（multiprogramming）在IBM 7094機(jī)上，若當(dāng)前作業(yè)因等待I/O而暫停， CUP只能“踏步直至該I/O完成；對于CPU操作密集科學(xué)計(jì)算問題，浪費(fèi)時(shí)間少；對于商業(yè)數(shù)據(jù)處理，I/O等待時(shí)間常占8090。解決辦法 將內(nèi)

8、存分幾個(gè)部分，每部分放不同的作業(yè)； 當(dāng)一個(gè)作業(yè)等待I/O時(shí)，另一個(gè)作業(yè)可以使用CPU；在主存中同時(shí)駐留多個(gè)作業(yè)需要硬件進(jìn)行保護(hù)，以避免信息被竊取或攻擊。分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生分時(shí)系統(tǒng)的思想1959年在MIT提出每個(gè)用戶有一個(gè)聯(lián)機(jī)終端； 在分時(shí)系統(tǒng)中，假設(shè)20個(gè)用戶登錄； 其中17個(gè)在思考或談?wù)摶蚝瓤Х龋?則CPU可分配給那三個(gè)需要的作業(yè)（輪流服務(wù)）。調(diào)試程序的用戶常常只發(fā)出簡短的命令； 很少有長的費(fèi)時(shí)命令。計(jì)算機(jī)能夠?yàn)樵S多用戶提供交互式、快速服務(wù)； 同時(shí)在CPU空閑時(shí)還能在后臺(tái)運(yùn)行大作業(yè)。第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)（CTSS）由 MIT的Fernando Corbato 等1961年在一改裝的IBM 7090/9

9、4機(jī)上開發(fā)成功（有32個(gè)交互式用戶）。IBM 7090/94計(jì)算機(jī)有32K內(nèi)存，系統(tǒng)用5K，用戶用27K，用戶存儲(chǔ)映象在內(nèi)存和一臺(tái)磁鼓之間切換。1962年Manchester大學(xué)的Atlas計(jì)算機(jī)投入運(yùn)行；運(yùn)行速度200 kFLOPS。第一個(gè)有虛擬存儲(chǔ)器(virtual memory) 和頁面調(diào)度(paging) 的機(jī)器。指令執(zhí)行是 pipelined 的。MULTICS的災(zāi)難1965年在ARPA的支持下MIT、貝爾實(shí)驗(yàn)室和通用電氣公司決定開發(fā)一種“公用計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)”， 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MULTICS (MULTiplexed Information and

10、 Computing Service )MULTICS設(shè)計(jì)目標(biāo)是： 便利的終端使用大量遠(yuǎn)程終端通過電話線接入計(jì)算機(jī)主機(jī) 高可靠的大型文件系統(tǒng)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MULTICS研制難度超出所有人的預(yù)料（PL/1語言），長期研制工作達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，1969年4月貝爾實(shí)驗(yàn)室退出，通用電氣公司也退出。最終，MIT堅(jiān)持下來，MULTICS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），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（加拿大國防部于2000年10月30日17:08）MULTICS的意義 引入了許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)領(lǐng)域概念雛形，對隨后的操作系統(tǒng)特

11、別是UNIX的成功有著巨大的影響 。小型計(jì)算機(jī)，電子游戲和UNIX的成功1969年，在貝爾退出MULTICS研制項(xiàng)目后，Ken Thompson和Dennis M. Ritchie 想申請經(jīng)費(fèi)買計(jì)算機(jī)從事操作系統(tǒng)研究，但多次申請得不到批準(zhǔn)項(xiàng)目無著落，他們在一臺(tái)無人用的PDP-7上，重新擺弄原先在MULTICS項(xiàng)目上設(shè)計(jì)的“空間旅行”游戲?yàn)榱耸褂螒蚰軌蛟赑DP-7上順利運(yùn)行，他們陸續(xù)開發(fā)了浮點(diǎn)運(yùn)算軟件包、顯示驅(qū)動(dòng)軟件，設(shè)計(jì)了文件系統(tǒng)、實(shí)用程序、shell 和匯編程序到了1970年，在一切完成后，給新系統(tǒng)起了個(gè)同MULTICS發(fā)音相近的名字UNIX隨后，UNIX用C語言全部重寫，自此，UNIX誕生

12、了UNIXUNIX是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的代表。Unix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。促使UNIX系統(tǒng)成功的因素： 首先，由于UNIX是用C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)、PC機(jī)、工作站直至巨型機(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。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)。兩個(gè)版本系列 AT&T System V BSD（Berkeley Software Distribution）MINUXVAX （DEC公司）其他CP/M 操作系統(tǒng)隨著大規(guī)模集成電路發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)

13、時(shí)代到來，各種類型的個(gè)人計(jì)算機(jī)和軟件層出不窮。1973年Gary Kildall看到對個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的需求,設(shè)計(jì)了CP/M操作系統(tǒng)(Control Program/Microprocessor or puter)。CP/M操作系統(tǒng)有較好的層次結(jié)構(gòu)。它的BIOS把操作系統(tǒng)的其他模塊與硬件配置分隔開，所以它的可移植性好, 具有較好的可適應(yīng)性和易學(xué)易用性。到了1981年，CP/M操作系統(tǒng)成為世界上流行最廣的8位操作系統(tǒng)之一。微軟MS DOS個(gè)人計(jì)算機(jī)的成功，逼得IBM采取緊急戰(zhàn)略行動(dòng),決定要在1980年盡快生產(chǎn)出微型計(jì)算機(jī)，以應(yīng)付挑戰(zhàn)。但沒有操作系統(tǒng)不行。要想快就是找現(xiàn)成系統(tǒng)配套，IBM公司洽談

14、 CP/M操作系統(tǒng)不順利，機(jī)遇落到了微軟公司。在關(guān)鍵時(shí)刻，開發(fā)新操作系統(tǒng)時(shí)間和人手上已經(jīng)不可能，微軟找到西雅圖計(jì)算機(jī)產(chǎn)品公司，達(dá)成由微軟經(jīng)銷西雅圖計(jì)算機(jī)產(chǎn)品公司的QDOS操作系統(tǒng)的協(xié)議。當(dāng)時(shí)西雅圖公司并不知道QDOS將被轉(zhuǎn)賣給IBM，否則歷史將會(huì)怎樣演變，誰也無法知曉。IBM在1981年推出個(gè)人計(jì)算機(jī)，宣布了DOS操作系統(tǒng)。隨著IBM PC和MS DOS普及，CP/M逐漸走向下坡路。MS DOS有優(yōu)良的文件系統(tǒng)，但受到Intel x86體系結(jié)構(gòu)的限制，缺乏以硬件為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制。它屬于單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)。從1981的 1.0版到1998年在Windows 95/98之下的7.0版，MS

15、DOS歷經(jīng)了16個(gè)年頭。迄今仍有MS DOS愛好者繼續(xù)開發(fā)各種DOS軟件產(chǎn)品。拯救蘋果公司的Macintosh(MAC OS)在推出IBM PC機(jī)后，市場卷起一股龍卷風(fēng)，IBM自己也沒有料到產(chǎn)品會(huì)有如此巨大的成功IBM的成功說明必有其他公司失敗。甚至連蘋果公司也遇到了問題，銷售數(shù)量落到了蘭色巨人的后面蘋果公司推出Lisa機(jī)遭到失敗，Apple III型也遭到失敗分析家們認(rèn)為，在微機(jī)市場上的戰(zhàn)斗似乎蘭色巨人要嬴了施樂Palo Alto研究中心70年代的計(jì)算機(jī)研究思想庫世界上第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)Alto，1972年在這里出現(xiàn)圖形界面，手持鼠標(biāo)，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 微機(jī)網(wǎng)絡(luò)，桌面出版和激光打印等等 具有先

16、進(jìn)概念和技術(shù)的原型都首次出現(xiàn)在這里1979年蘋果公司允許施樂公司購買一百萬股的蘋果公司股票； 作為回報(bào)，施樂公司允許蘋果公司的少數(shù)人員，包括喬布斯，在有限的時(shí)間內(nèi)考察施樂公司Palo Alto研究中心內(nèi)部，并同該思想庫的研究人員交談。蘋果公司對Palo Alto研究中心內(nèi)的技術(shù)大感吃驚。他們更吃驚的是，施樂公司在擁有這些寶貴技術(shù)的同時(shí)竟然什么也沒有做！對Palo Alto研究中心這些科學(xué)家們而言，蘋果公司的人是他們第一次遇到真正理解他們技術(shù)的人。這些科學(xué)家們后來有的去了蘋果公司，微軟公司，有的最終創(chuàng)辦了自己的公司。在訪問的基礎(chǔ)上，蘋果決定立即開發(fā)采用這些新技術(shù)的個(gè)人計(jì)算機(jī)。蘋果公司已看到IBM

17、 PC機(jī)的技術(shù)有多么糟糕，但他們賣得又是特別的好。1984年，人們看到一則廣告：“What was that?”和對Macintosh的介紹, 這是配有圖形界面操作系統(tǒng) MAC OS和鼠標(biāo)的新型個(gè)人計(jì)算機(jī)。MAC機(jī)一上市立即在市場上獲得極大的成功。當(dāng)年比爾.蓋茨都說，這是一臺(tái)他的媽媽也能使用的計(jì)算機(jī)。Macintosh把蘋果公司從連續(xù)的失敗中拯救出來 蘋果公司又開始向前發(fā)展。正是Mac先進(jìn)圖形界面操作系統(tǒng)技術(shù)，超前PC機(jī)若干年，造就了一批蘋果的忠實(shí)追隨者。一波三折的微軟Windows操作系統(tǒng)1983年10月，PC機(jī)競爭廠家的圖形界面相關(guān)產(chǎn)品上市。面對市場壓力，比爾.蓋茨在1983年11月10日

18、宣布推出Windows操作系統(tǒng)。直到1985年11月20日，Windows 1.0才正式上市。1992年4月，推出Windows 3.1，1993年5月，發(fā)表Windows NT。Windows 95/98，Windows CE，Windows 2000/XP，Windows Server 2003（.net）。Longhorn嵌入式操作系統(tǒng)VxWorksWindRiver公司VxWorks支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括POSIX, ANSI C和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議VxWorks運(yùn)行系統(tǒng)的核心是一高效率的微內(nèi)核微內(nèi)核支持各種實(shí)時(shí)功能，包括快速多任務(wù)處理，中斷支持，搶占式和輪轉(zhuǎn)式調(diào)度微內(nèi)核設(shè)計(jì)減輕了系

19、統(tǒng)負(fù)載并可快速響應(yīng)外部事件從只需幾千字節(jié)存儲(chǔ)器的深嵌式產(chǎn)品設(shè)計(jì)到復(fù)雜高端實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開發(fā)人員有八十多個(gè)選件并可構(gòu)成上百個(gè)不同的配置VxWorks開發(fā)主機(jī)：Windows 9x,Windows NT, Sun Solaris, SunOS, HP-UX等支持目標(biāo)微處理器：86, 68k, PPC, CPU 32, i960, SPARC, SPARCLite, SH, ColdFire, R3000, R4000, C16X, ARM, MIPS等在“勇氣號”（2004年1月）、“極地登陸者”號，“深空二號”和火星氣候軌道器等登陸火星探測器上，就采用了VxWorksVxWorks負(fù)責(zé)火星探測器

20、全部飛行控制，包括飛行糾正、載體自旋和降落時(shí)的高度控制等，而且還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集和與地球的通信工作目前在國內(nèi)也占據(jù)嵌入式開發(fā)系統(tǒng)市場主要份額Internet時(shí)代與Linux1990年秋天，Linus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，Linus買了臺(tái)PC機(jī)，開發(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Linus需要終端仿真程序來存取Usenet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、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、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，至少

21、是它的一個(gè)內(nèi)核Linux就以這樣極其古怪但也極其自然式問世Internet時(shí)代與Linux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 PowerTV掌上計(jì)算機(jī)領(lǐng)域 Palm OS數(shù)字影像領(lǐng)域 Digita手機(jī) Symbian，SmartPhone，Palm OS其他 Nucleus，VxWorks嵌入式Linux：uClinux，Monta Vista Linux，LynxOS操作系統(tǒng)的分類批處理操作系統(tǒng)（多道批處理）分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的另一種分類主機(jī)操作系統(tǒng)服務(wù)器操作系統(tǒng)多處理機(jī)操作系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式

22、操作系統(tǒng)智能卡操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化沒有標(biāo)準(zhǔn)化各個(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)上通用后果投資增加開發(fā)周期加長用戶掌握困難，影響推廣應(yīng)用通用操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化UNIX 的標(biāo)準(zhǔn)化1970年代早期的UNIX是一個(gè)版本各個(gè)廠家開發(fā)出各自的UNIX版本，各自互不兼容1987年AT&T/Sun組織了UNIX International 其他公司組織了Open Software Foundation (OSF)OSF發(fā)布了POSIX.1UNIX International (UI)發(fā)布了Ultrix 4.2經(jīng)過長時(shí)間的斗爭，UNIX基本統(tǒng)一在Open Group標(biāo)準(zhǔn)：IEEE POSIX（Portable Operating System Interface）最新版本遵守Single UNIX SpecificationUNIX 93, UNIX 95, UNIX 98 ，最新