操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀.ppt

1、第二講 操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 目的與要求: 了解操作系統(tǒng)基本技術(shù)及出臺的背景。 重點與難點：各發(fā)展階段的主要技術(shù)。 作業(yè)安排：1，4，5，7，8，10,1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史:,單道批處理時代(50年代) 多道批處理,分時,實時系統(tǒng)時代(60年代初) 多方式系統(tǒng)時代(60-70年代) 分布式系統(tǒng),多機系統(tǒng)時代(70年代中期后)*,史前年代特點:,計算機剛問世,除硬件和應(yīng)用軟件外,幾乎沒有中間層軟件，沒有操作系統(tǒng) 用戶獨占機器或由系統(tǒng)操作員控制機器*,1.2.1監(jiān)督程序（ 50年代單道批處理時代）,基本思想:系統(tǒng)有一常駐內(nèi)存的監(jiān)督程序(第一代操作系統(tǒng)).操作員有選擇的把若干作業(yè)合成一批,安裝

2、在輸入設(shè)備上,并啟動監(jiān)督程序,然后由監(jiān)督程序依次順序啟動這批作業(yè),以單道方式運行。,作業(yè)：用戶的一次上機行為。 作業(yè)步：作業(yè)的執(zhí)行步驟。 作業(yè)控制語言:用于說明作業(yè)如何執(zhí)行的語言。 作業(yè)控制說明書:用作業(yè)控制語言編寫的作業(yè)執(zhí)行程序。*,典型的卡片作業(yè)舉例,普通指令:用戶程序監(jiān)督程序都可包含的指令。 特權(quán)指令:只有監(jiān)督程序才可包含的指令。 系統(tǒng)空間:監(jiān)督程序所占內(nèi)存(0-K)。 用戶空間:供用戶程序使用的內(nèi)存(K+1-N) 方式/態(tài):指處理機能執(zhí)行什么類型指令、訪問多大內(nèi)存的狀態(tài)。在特權(quán)方式下,除能執(zhí)行普通指另外還能執(zhí)行特權(quán)指令并訪問更大的空間.在普通方式下只能執(zhí)行普通指令。 系統(tǒng)調(diào)用（廣義指令

3、）:由監(jiān)督程序提供給用戶調(diào)用的系統(tǒng)功能。,TRAP機制:硬件支持在特定狀態(tài)下(如執(zhí)行trap指令,定時器中斷)進入監(jiān)督程序的機制。用于實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用或由監(jiān)督程序處理作業(yè)死循環(huán)* 存儲保護:硬件提供一個界地址寄存器,每次訪問內(nèi)存時,處理機依照目前處理機的態(tài)判斷訪問是否越界。 定時器中斷:在規(guī)定時間間隔到時,系統(tǒng)暫停當(dāng)前程序之運行,去進行時間相關(guān)的處理.如看作業(yè)是否已超過其運行期限。*,早期批處理系統(tǒng)中的監(jiān)督程序工作流程:,1.判輸入設(shè)備上是否有待輸入作業(yè),沒有則停止 2.從設(shè)備上輸入一道作業(yè) 3.控制作業(yè)運行,a.取作業(yè)說明書中一條語句,解析執(zhí)行,如果是“作業(yè)終止”語句,這刪除該作業(yè),轉(zhuǎn)1 b.如

4、果是一條執(zhí)行性語句,則在主存中建立相應(yīng)程序運行環(huán)境,傳遞好參數(shù),轉(zhuǎn)去執(zhí)行該程序(變到用戶態(tài)運行) c.在用戶態(tài)程序運行過程中,如發(fā)生中斷事件(如系統(tǒng)調(diào)用/定時器中斷),立即轉(zhuǎn)監(jiān)督程序,待中斷事件處理結(jié)束后,用戶態(tài)程序繼續(xù)執(zhí)行. d.用戶態(tài)程序結(jié)束后,轉(zhuǎn)a取下一作業(yè)控制語句,監(jiān)督程序功能:輸入用戶作業(yè),解釋執(zhí)行作業(yè)控制說明書,提供系統(tǒng)調(diào)用。 監(jiān)督程序與操作系統(tǒng)的區(qū)別:監(jiān)督程序不具并發(fā)機制。監(jiān)督程序只是省缺了作業(yè)步和作業(yè)原來由人工轉(zhuǎn)接的開銷*,1.2.2專用操作系統(tǒng)（ 60年代初多道批處理,分時,實時系統(tǒng)時代) 多道批處理 分時 實時系統(tǒng),一、多道/高級批處理系統(tǒng)(源于中斷,通道,磁盤的引入) 特

5、點:在單道批處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入雙緩存機制,脫機輸入輸出,SPOOLing技術(shù),多道程序設(shè)計技術(shù)。*,1.脫機輸入輸出：利用衛(wèi)星機將慢速介質(zhì)轉(zhuǎn)到快速介質(zhì),加速作業(yè)在輸入輸出時的速度. 2.輸入輸出緩沖：利用雙緩沖技術(shù),使針對一個緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)處理和針對另一個緩沖區(qū)的I/O并行運行.,磁盤,緩沖區(qū),CPU,3.SPOOLing技術(shù) 基礎(chǔ)： I/O中斷:由I/O部件操作完成后通知處理機去運行相應(yīng)的處理程序. 通道:能夠自主控制外設(shè)可與處理機并行工作的、交換數(shù)據(jù)的I/O裝置(控制器). 磁盤:隨機存取的存儲設(shè)備* SPOOLing的基本思想:用磁盤設(shè)備作為主機的直接輸入輸出設(shè)備,即主機從磁盤選取作業(yè)運

6、行,結(jié)果也存在磁盤中.相應(yīng)的通道則負(fù)責(zé)磁盤與慢速外設(shè)的傳輸.利用通道和中斷機制,作業(yè)的輸入輸出與作業(yè)在處理機上的運行可很好并行起來.*,磁盤,通道,主機,通道,通道,卡片機,打印機,SPOOLing系統(tǒng)圖示,作業(yè)1,作業(yè)n,預(yù)輸入程序,作業(yè)調(diào)度程序,緩輸出程序,井管理 讀程序 井管理 寫程序,作業(yè) 的 執(zhí)行,作業(yè)1結(jié)果,作業(yè)n結(jié)果,打印機,輸入機,作業(yè)1信息,作業(yè)n信息,:,作業(yè)1結(jié)果,作業(yè)n結(jié)果,:,輸入井,輸出井,磁盤,:,SPOOLing系統(tǒng)結(jié)構(gòu),虛擬設(shè)備,4.多道程序設(shè)計 基本思想:內(nèi)存同時保持多道程序(作業(yè)),處理機(單處理機)以交替的方式同時處理多道程序.宏觀上看,已有多道程序開始

7、運行且尚未結(jié)束,微觀上看,某一時刻處理機只運行某道作業(yè)。,作業(yè)C I/O CPU I/O CPU I/O,作業(yè)B CPU I/O CPU I/O,作業(yè)A CPU I/O CPU I/O CPU,現(xiàn)場保護/恢復(fù):指處理機從一個作業(yè)向另一個作業(yè)切換時進行的有關(guān)寄存器值的保護/恢復(fù)。* 操作系統(tǒng)的基本特征:并發(fā)與共享。 并發(fā):在單處理機情況下指多道程序分時占用處理機運行。 共享:指并行運行程序?qū)ο到y(tǒng)的硬軟資源的訪問。*,二、分時系統(tǒng),終端設(shè)備:鍵盤與顯示器 交互式系統(tǒng):操作系統(tǒng)提供終端命令語言及解析器.用戶通過終端命令指導(dǎo)作業(yè)運行 分時系統(tǒng):交互式系統(tǒng)與多道程序設(shè)計結(jié)合的產(chǎn)物 分時系統(tǒng)特點:并行性;

8、共享性;交互性;獨占性*,三、實時系統(tǒng),實時系統(tǒng):能滿足要求快速響應(yīng)作業(yè)運行的多道程序設(shè)計系統(tǒng) 實時系統(tǒng)主要性能指標(biāo)和功能: 時鐘分辨度:有更高的時鐘中斷頻度,可更精確計時,更快進行調(diào)度。 多級中斷機制。保證要求快速響應(yīng)中斷的及時處理。 支持實時作業(yè)調(diào)度,保證實時作業(yè)無條件剝奪非實時作業(yè)運行。*,1.2.3多方式系統(tǒng)時代(60-70年代) 多種方式操作系統(tǒng):同時具有批處理,分時,實時功能的系統(tǒng),1.2.4并行與分布式操作系統(tǒng)及發(fā)展 分布式操作系統(tǒng):支持網(wǎng)絡(luò)和分布處理的系統(tǒng) 多機操作系統(tǒng):支持共享內(nèi)存多處理機的系統(tǒng) Windows操作系統(tǒng):支持友好用戶界面的系統(tǒng)*,操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢： 嵌入式操

9、作系統(tǒng)：主要伴隨著個人數(shù)字助理PAD,掌上電腦，電視機頂盒，智能家電等設(shè)備的發(fā)展，對操作系統(tǒng)在功能和所占空間大小權(quán)衡上提出了新的要求。 強實時操作系統(tǒng)：特別是針對通用操作系統(tǒng)的實時性研究，還在不斷發(fā)展當(dāng)中。 并行操作系統(tǒng)的研究：如建立在基于共享主存的多處理機系統(tǒng)(MP)及用上千個微處理器實現(xiàn)基于分布式存儲的大規(guī)模并行處理機系統(tǒng)(MPP)的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)突出特征是提供各類并行機制。例如并行文件系統(tǒng)，并行IO控制，多處理機分配和調(diào)度，處理機間的通訊和同步，用戶任務(wù)的并行控制等。 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)的研究：就目前情形而言，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究也還方興未艾，基于ClientServer模型的分布式

10、系統(tǒng)也已不斷走向應(yīng)用，完全分布式的系統(tǒng)還未成型，仍將是研究的熱點問題。,1.3主要操作系統(tǒng)介紹 Windows系列:DOS,Windows 3.x,Window 95,Windows NT,Windows XP UNIX大家庭：SVR4,BSD, Solaris, AIX, HP_UX 自由軟件Linux和freeBSD等,Windows 1.0（1985）,Windows 2.0（1987）,Windows 3.0（1990）,Windows 95（1995）,Windows 3.x,WindowsMe（2000）,Windows 98（1998）,WindowsXP（2001）,WindowsNT3.1(NT第1版)（1993）,WindowsNT3.51(NT第3版),Windows2000(NT5.0)（2000）,Windows CE（1998）,WindowsNT3.5(NT第2版),WindowsNT4.0(NT第4版)（1996）,微軟公司W(wǎng)indows操作系統(tǒng)產(chǎn)品線,UNIX發(fā)展簡圖,Linux和FreeBSD Linux由芬蘭赫爾辛基大學(xué)計算機系大學(xué)生L