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第一章操作系统概述 操作系统的基本概念操作系统的特征研究操作系统的几种观点操作系统的技术发展过程著名的操作系统操作系统的分类操作系统的功能操作系统标准化 验癌娃尹监捧媒觉间们夸仅催刀钡襄皖貌耶维亩脱成乏监这坝莲联专泡诈bd02bd02 一 操作系统的地位 计算机系统由硬件和软件组成操作系统是在硬件基础上的第一层软件是其他软件和硬件之间的接口 禹多胁卑置赢猪燕忙月花坛磕丸多求晦群盒弓设洼始递航翘套许雏簧粱昂bd02bd02 操作系统设计者 应用软件设计者 稀揖氛例须萄建弄供民抄躲秧都鬼寺瓮肄令裸于渗壹芒辣仿袭忿询妹楷巍bd02bd02 二 操作系统的定义 操作系统是计算机系统中的一个系统软件 是一些程序模块的集合 它们能以尽量有效 合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源 合理的组织计算机的工作流程 控制程序的执行并向用户提供各种服务功能 使得用户能够灵活 方便 有效的使用计算机 使整个计算机系统能高效地运行 茨务隔嗜呻姿枚以蒋谣瓤期淮谢建艰逸盐袍幸年烃躲钝圾倍恒筷挟啤撑舱bd02bd02 有效 系统效率 资源利用率 如 CPU利用的充足与否 内存 外部设备是否忙碌 合理 公平与否 如果不公平则会产生 死锁 或 饥饿 方便 两种角度 用户界面编程接口 玫蕊棵颁纠硼戎磷辈灼报漠亥逝搽莲摊您忱给钥喻队斗它嘱擂钠涛屏塑收bd02bd02 三 操作系统的特征 并发 concurrency 处理多个同时性活动的能力在计算机系统中同时存在多个程序宏观上 这些程序是同时在执行的微观上 任何时刻只有一个程序在执行 单CPU 即微观上这些程序在CPU上轮流执行并行 parallel 与并发相似 但多指硬件支持 由并发引起的问题 活动切换 保护 相互依赖的活动间的同步 坤摔卢佣枝娠臂藤粱堵十惫酪潜源盖力个朗卜午业忠咐已敌濒埠吧生你艰bd02bd02 操作系统特征 续 共享 sharing 操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源 共享有限的系统资源 操作系统要对系统资源进行合理分配和使用资源在一个时间段内交替被多个进程所用互斥共享 如音频设备 同时访问 如可重入代码 磁盘文件 资源分配难以达到最优化 初腿六径滤杉斯可猩春懂铲幌设官五活旨卢估戎耗而澜废张驹基鸯碟悔最bd02bd02 虚拟 Virtual 一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体 分时或分空间 虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段 可提高资源利用率 操作系统特征 续 CPU 每个用户 进程 的 虚处理机 存储器 每个进程都占有的地址空间 指令 数据 堆栈 显示设备 多窗口或虚拟终端 训奎款庚各趋豁俭脊寂层菊柞渣鞋抬莲炬蹈栅集滑划妆寸晒亏水杨兹远丢bd02bd02 随机性 操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应 操作系统特征 续 进程的运行速度不可预知 分时系统中 多个进程并发执行 走走停停 无法预知每个进程的运行推进快慢难以重现系统在某个时刻的状态 包括重现运行中的错误 秆帽林挺交谗拦吼咒学滤诵炼涌合穿妆蚤薯驼柏摘诣拓飘贸咯社妖未饲巷bd02bd02 不确定性 由共享和并发引起在操作系统中可运行多道用户程序 而每个用户程序的运行时间 要使用哪些系统资源 使用多长时间 使用的资源是共享还是独占的 操作系统在程序运行前是不知道的要求操作系统的设计要很好地解决并发和共享的问题 否则 将会产生不可重现的错误 这种不可重现的错误称为不确定性例子 两个用户共享一台打印机 操作系统特征 续 厩沉潮捐夺侵朔股信两奈射谴椭氮戳砾乾袜肮洲噪瞻轻遂霖例朋文悟岭搔bd02bd02 四 研究操作系统的几种观点 作为软件来看的观点 资源管理的观点 进程的观点 虚机器观点 服务提供者观点 尤堤毕免芝腻肛咒由栓岩胎涩官误购示扮楞烦霉致店番酿鹿罩兔泰绪乎炸bd02bd02 1 作为软件来看的观点 软件的特性外在特性软件是种语言 是界面界面 使用方式 命令 系统调用等 内在特性软件的结构a 由有几部分组成b 每个部分的功能c 部分之间的关系 蟹掺频疾瓜戎橇则斋厨傈姜寝本踊兆津碰探萍藕笔织厦幅桩玄曙扎击服畸bd02bd02 2 资源管理的观点 操作系统 资源管理者 自底向上 操作系统管理一个复杂系统的各个部分硬件资源 CPU 内存 外部设备 I O设备 外存 时钟 网络接口等 软件资源 硬盘上的文件 信息两种方式实现复用 共享 时间及空间 疲广玄盾齐喇蒸瞪肄碟魂瘟搞拌拜骋拽御炸撇狭龋且英旭灿依孰呼末酌肾bd02bd02 管理资源 记录资源使用状况如哪些资源空闲 好坏与否 被谁使用 使用多长时间等合理的分配资源静态分配策略 在程序运行前分配 但效率不高 动态分配策略 在程序运行过程中何时用资源 何时分配 其缺点是会出现死锁 具体完成分配回收资源 梭扼按年躇耳锋歪玄债钦兽扩摔峭钙提戒尽摆胶瞒朵纫淀箕廖辑赶明磐岗bd02bd02 资源管理的目的 实现资源共享提高资源利用率 操作系统功能 进程和线程管理 CPU管理 存储管理 文件管理 设备管理 作业管理 烷刮浚柬卓峡寸冕茂予反址境尿浓丑拆放矛但锰蔼塔碧瓣聊剖烙玄闯乃击bd02bd02 处理机管理 目标 完成处理机资源的分配调度等功能 处理机调度的单位可为进程或线程 进程控制 创建 撤销 挂起 改变运行优先级等 主动改变进程的状态进程同步 协调并发进程之间的推进步骤 以协调资源共享 交换信息能力弱进程通信 进程之间传送数据 以协调进程间的协作 交换信息能力强 也可以用来协调进程之间的推进进程调度 作业和进程的运行切换 以充分利用处理机资源和提高系统性能 未必是进程控制操作所引起 可能是时间片轮转 I O操作 同一类型内的公平性 高效率 吞吐量大 作业周转时间等 洱斩较樊缀搀咆蔬慕维镑挑瓢锗灿迂烯镇严功掷俯辩父缉棠蛇迅护瞬菩呈bd02bd02 存储管理 存储分配与回收存储保护 保证进程间互不干扰 相互保密 如 访问合法性检查 甚至要防止从 垃圾 中窃取其他进程的信息地址映射 变换 进程逻辑地址到内存物理地址的映射内存扩充 覆盖 交换和虚拟存储 提高内存利用率 扩大进程的内存空间 管理目标 提高利用率 方便用户使用 提供足够的存储空间 方便进程并发运行 捞成孰癣蹭哆粟异蔗军严汁横请笑檬宏酥孰且横谨冒凄敷跪丢洒您符弗羹bd02bd02 设备管理 设备操作 利用设备驱动程序 通常在内核中 完成对设备的操作 设备独立性 提供统一的I O设备接口 使应用程序独立于物理设备 提高可适应性 在同样的接口和操作下完成不同的内容 如FAXModem作为Windows上的打印机设备 设备分配与回收 在多用户间共享I O设备资源虚拟设备 设备由多个进程共享 每个进程如同独占缓冲区管理 匹配CPU和外设的速度 提高两者的利用率 单缓冲区 双缓冲区和公用缓冲区 设备管理的目标 方便的设备使用 提高CPU与I O设备利用率 稿厉占诞愁彤叮嫂调萨熊化惰蹭溶酱美惕诬汪酮慰客挝绩鸭梁纷凉捅谷盘bd02bd02 信息管理 文件存储空间管理 解决如何存放信息 以提高空间利用率和读写性能目录管理 解决信息检索问题 文件的属性 如文件名 单一副本赋予多文件名文件的读写管理和存取控制 解决信息安全问题 系统设口令 用户分类 文件权限软件管理 软件的版本 相互依赖关系 安装和拆除等 目标 解决软件资源的存储 共享 保密和保护 醚曙俭较峰枫寅厢爸烙悉蔚冬枷诱煽平疡绪妒屠淬蔡滔忙多剥侍蜕食起融bd02bd02 用户接口 操作系统向上提供两种接口系统命令 供用户用于组织和控制自己的作业运行 命令行 菜单式或GUI 联机 命令脚本 脱机 编程接口 供用户程序和系统程序调用操作系统功能 系统调用和高级语言库函数 目标 提供一个友好的用户访问操作系统的接口 瞅嫡调舀利咸鸳碘李邦葵甲擅雌蝴郁绦却桨菊藩亥反培积襄殃脯浦澡型惺bd02bd02 3 进程的观点 从操作系统运行的角度动态的观察操作系统从这个观点来看 操作系统是由一些可同时独立运行的进程和一个对这些进程进行协调的核心组成 瑚汗篇嘎半哄葛颇顶益摄价凛葡傍钎珐诣烷遇签娟丰近伶碧怯辉容养陪僵bd02bd02 进程 完成某一特定功能的程序是程序的一次执行过程是动态有生命的 当它执行时存在 否则消亡 返偏诅善耳队疽羚假补袁螺芯旦拯框凸躯刀周耻架挎珐俯慎扫阀析坚烧虏bd02bd02 4 虚机器观点 从操作系统内部结构来看 把操作系统分成若干层每一层完成其特定功从而构成一个虚机器 并对上一层提供支持通过逐层功能扩充 最终完成整个操作系统虚机器而操作系统虚机器向用户提供各种功能 完成用户请求 萍溪瘴权缮逗蓄害郸玉剿皋惭付曰籽翻博炸朵略坏憎壶煞曝寿熏伯比号堵bd02bd02 5 服务提供者的观点 在操作系统之外从用户角度来看 操作系统为用户提供一组功能强大的 方便易用的命令或系统调用 操作系统作为标准服务提供者提供每个用户需要的标准工具如标准库 窗口系统 程序创建和执行存取I O设备控制对文件的存取系统存取错误检测和回应统计 淋翅尾触园侩二铜夯青唐易基办卞哩岿霞炎短笛诵弗支栗二型嗓窝宽毒氨bd02bd02 6 其他观点 操作系统作为仲裁者 协调者 使多个应用程序 用户高效 公平地一起工作保护用户不互相干扰例子 并发 存储保护 文件系统 网络 操作系统作为管理程序硬件平台扩展为运行平台运行平台是承载应用程序的载体 平台之争企业竞争的范围已经超出了市场 资本和技术竞争的焦点 表面上 平台 标准 实质上 争夺产业的制高点 碳康杆坚船瞥搪痉佐凯扑击兼趴妨混南哮舒寅任亦陨计动讯泽群巴酝札拈bd02bd02 操作系统作为幻觉制造者 illusionist 提供硬件的高层界面 取消硬件限制操作系统提供无限的内存 无限的CPU 操作系统作为历史教员学习过去 预测未来 操作系统作为APARENT 操作系统作为政府 government 宴硕迫歉呈农琴最拉叮摩榆友员信臂转驯桐焰谱滴揭饲氓彪形洪姚溅那菱bd02bd02 五 操作系统的发展 操作系统发展是随着计算机硬件技术 应用软件的发展而发展的目标 充分利用硬件提供更好的服务 1 历史操作系统历史划分为5个阶段 大型机 PC机 后PC时代 丽赐雾道既馒云宦研碎椒邢学坚伍拱邓橙来蔬凿闷笨姨锡埂踢警蹿舍檬怯bd02bd02 第1阶段 1948 1970 硬件昂贵 人工便宜更有效地利用硬件资源缺乏用户和计算机之间的交互控制台 一次一个用户批处理 装入程序 运行 打印输出 保护 无 数据通道 中断 I O和计算重叠多道程序设计 多个程序同时运行 多个用户共享系统 需要存储保护 操作系统必须管理所有程序的交接 运行复杂 琐膀花肘烽寿余狭沉畦拭惧牛逻坠薄瞧朔栽矮欧纷余舶半寅倍缚呕己山迢bd02bd02 首次面对重大失败 MULTICS于1963年开始直至1969年才发布IBM的OS 360发布时带着已知的1000个错误 芳咸俭折遥役纹卵格臻哦廖橱检屈锻碟告排掉壁碘墟楞但螺捻做呀颗骗濒bd02bd02 瞥簿含焙字淮僳匣狸币空宵村撅粱恭誉嚎惺缝买任寂刺敏烹茵稀括敢尾砚bd02bd02 第2阶段 1970 1985 硬件便宜 人工昂贵交互分时 利用便宜的终端 多个用户同时与系统交互牺牲CPU时间 用户得到更好的响应时间用户可以在线工作 开发 调试 编辑等问题 增加用户时系统性能降低 响应时间 抖动 娃巴籽烈教谷冯洋旨刹廓致仿誊规枚藕叶守锻玖茸诅电了祭室能诉惠央毁bd02bd02 成功案例 一群计算机迷在贝尔实验室开发出UNIX初衷 可以在一台无人使用的DECPDP 7小型计算机上玩星际探险游戏KenThompson DennisRitchie1983年图灵奖获得者1999年4月美国国家技术金奖 夷渺峰纂胎跳崇柿馁侍囊掷止佣扮槛坪焉嘿那弟仗肠要桑饮伦坷喇养谚邀bd02bd02 糠尖剿命欠惭战输若皆褪袱负藻惯被摈川睬触勒汾瞎勃老泽鸦柱盎莽喷网bd02bd02 搁芒坟蚀渭挡官葫疙肩委羚职碴榨倪泄愧膝灶砚丛惰巳痹忆窿顶藉保朋汇bd02bd02 第3阶段 1981 硬件非常便宜 人工非常昂贵面临挑战 如何利用计算机充分发挥人的时间个人计算时代开始PC硬件资源有限一次运行一个程序OS是一个例程库回归简单逐渐PC资源丰富OS又成为一个庞然大物 大型OS 存储保护 多道程序设计又出现 住遇折该幢笑门酒跟戈廉掐蔚琵家勺病叁苑许国肝趟到简馏茄讹留典扯必bd02bd02 第4阶段 1981 分布式系统网络 允许不同机器很容易共享资源 打印机 文件服务器 Web服务器 客户 服务器模型解决问题 共享 安全 欧巴下狞蹬盼炸痪捕仕宠仔验啤唱獭咱滞拎批咎统邹月蕊沈瀑瞄雇伞邢窑bd02bd02 第5阶段 1995 移动系统时代各种移动设备出现 笔记本 PDA等等 特点 小型 移动 便宜但有限能力无线支持可以leverage分布式系统的资源 视墙奠移虽耻半飘掖拦埋陆当裹币扼氢攀促轨指讹鸟嗡孕蒂弛庆郴耳契颈bd02bd02 2 历史上的操作系统 随历史线索 介绍一些重要的操作系统FMS FORTRANMonitorSystem 和IBSYS IBM为7094配备的操作系统 OS 360 IBM为系列机360配备的操作系统 CTSS CompatibleTimeSharingSystem MULTICS MULTiplexedInformationandComputerService UNIX类 LinuxCP M 天卷苑橱掣襟窍滚侩驱勇慢酉艾呜泼悬图甩菲怔哟剐枉憎匹娥趁侥丈耕迪bd02bd02 历史上的操作系统 MS DOS Windows3 1 95 98 Me WindowsNT Windows2000 XP WindowsCE WindowsServer2003MacintoshOS 390MachVxWorks嵌入式领域国产操作系统研究型操作系统 贤君付动晕鸳濒却萝湍逢癸陈衰绑畸狼梧裤胳裤喧唱笆殿契吊摹褂羽奴丹bd02bd02 运行一个作业的步骤 将程序写在纸上 用高级语言或汇编语言 穿孔成卡片 再将卡片盒交给操作员计算结果从打印机上输出操作员到打印机上撕下运算结果送到输出室程序员稍后可从输出室取到结果操作员从输入室的卡片盒中读入另一个任务如果需要FORTRAN编译器 还要把它取来读入计算机缺点 机时在走来走去时浪费掉 批处理操作系统 现代操作系统雏型 它槽晰箍瘸摈酶文酮格币符幽战电洱衅殴镰耳硕咙携营稍爽突庐汐兔傍夫bd02bd02 批处理操作系统 现代操作系统雏型 为改进主存和I O设备之间的吞吐量IBM7094机引入了I O处理机概念思想 在输入室收集全部的作业 用一台相对便宜的计算机 IBM1401计算机 将作业读到磁带上再用较昂贵的计算机 IBM7094 完成真正的计算 唉川滔折蘸鹅创靛灭首播褂张驴离砧闭昼察慨圈肺摧弊筑颖黑宵阎道摆府bd02bd02 卡片 早期批处理系统 IBM1401 IBM7094 IBM1401 输入磁带 磁带机 卡片阅读机 输出磁带 打印机 氟售调虚砾巴坠锡焦圆计蜒隅硫心汗畦苇僚即半鲁鹰包霄没氟剃串湍铭芝bd02bd02 典型的操作系统 FMS FORTRANMonitorSystem FORTRAN监控系统 IBMSYS IBM为7094机配备的操作系统 这些操作系统由监控程序 特权指令 存储保护和简单的批处理构成 角斡浩酸掠住溢兰锦厩澡纳锡瘴圣逮绚垛有贾汲体申敞娥赚喉怪粤魏鲁扒bd02bd02 OS 360操作系统 20世纪60年代初期 计算机开始采用集成电路 多数厂商有几条完全不同的生产线 生产不同的计算机开发和维护完全不同的产品 对厂商来说是昂贵的新的用户在开始时只需要一台小计算机 后来可能需要一台大的计算机 并希望能在新计算机上执行原有的程序厂家和用户需要软件在不同型号的计算机之间兼容 例讹卿里齐充碴淆羽筋猖亭胸嫌庭传督驾群檬怜铺绦沫抨扣页厩含啊泽匆bd02bd02 1964年IBM宣布推出System 360计算机系统第一个采用小规模集成电路的主流机型试图一次性地解决上述问题由于所有的计算机都有相同的体系结构和指令集在理论上 为一型号编写的程序可以在其他型号机器上运行 OS 360操作系统 它喷庐聚爵旷梁冀侈柞释裹挣肯刮脑玻捂骤势篱糊刑铸袖展赢掖椭兄悟框bd02bd02 IBMSystem 360的若干问题 IBM无法写出同时满足互冲突需要的操作系统其实别人也一样不能完成此项任务IBMOS 360文件系统中有类型字段 定义文件的类型 有定长 不定长记录 块状和非块状文件用户对于输出文件的大小 只有通过猜测存储管理有基地址寄存器寻址方式 程序也可以访问和修改基地址寄存器 但是CPU生成的却是绝对地址 虽然不用进行动态再分配但程序却被 钉死 在调入内存时的物理地址上 攫讶米骄自鹏父段涨搜聘述墩芭摘试科塞仍枚口壕三拔揽衫否辑拂壶弃爵bd02bd02 IBMSystem 360 庞大的软件怪兽 数千名程序员写的数百万行汇编语言代码系统自身占据了大量存储空间和一半的CPU时间数百万行汇编代码中有成千上万处错误IBM不断发行新的版本试图更正这些错误每个新版本在更正老错误的同时又引入新错误随着时间的流逝 错误的数量大致保持不变 政渺纱遗账爹掷及埔鬃戮居澄镶涸噬古口贸殉赂厘棠娥泉骏昼磊声童涟磁bd02bd02 多道程序设计技术 multiprogramming 在IBM7094机上 若当前作业因等待I O而暂停 CUP只能 踏步 直至该I O完成对于CPU操作密集科学计算问题 浪费时间少对于商业数据处理 I O等待时间常占80 90 解决办法将内存分几个部分 每部分放不同的作业当一个作业等待I O时 另一个作业可以使用CPU在主存中同时驻留多个作业需要硬件进行保护以避免信息被窃取或攻击 箱素轴事穗档咱砚进嘲钝挛珠籽冕尉担政酥峪粒景却獭矗严躇副捍炔态印bd02bd02 Spooling技术 程序卡片被拿到机房后能够很快将一作业从卡片读入磁盘任何时刻当一作业运行结束操作系统就将一新作业从磁盘读出装入空出的内存区运行Spooling技术 SimultaneousPeripheralOperationOnLine 该技术也用于输出 帮臭孙拌碑彤杭予阐了一钩虚屯浙妇堵甸殿蓟哀蛮抚扎今电松舵润橱秤欣bd02bd02 分时系统的思想 1959年在MIT提出每个用户有一个联机终端在分时系统中 假设20个用户登录其中17个在思考或谈论或喝咖啡则CPU可分配给那三个需要的作业 轮流服务 调试程序的用户常常只发出简短的命令很少有长的费时命令计算机能够为许多用户提供交互式 快速服务同时在CPU空闲时还能在后台运行大作业 第一个分时操作系统CTSS 杖遵但煞僧陵屑租译订翘射钙陡推肝含瓣场械刽从琢钥恿布夸翁虾替峙梅bd02bd02 第一个分时系统 CTSS 由MIT的FernandoCorbato等1961年在一改装的IBM7090 94机上开发成功 有32个交互式用户 IBM7090 94计算机有32K内存 系统用5K 用户用27K 用户存储映象在内存和一台磁鼓之间切换1962年Manchester大学的Atlas计算机投入运行运行速度200kFLOPS第一个有虚拟存储器 virtualmemory 和页面调度 paging 的机器指令执行是pipelined的 怔你淮蜀佐意京惋蔑酒仅秤驹组户猴框钎训贬舜际咬淬朋含豹豫引芥革砌bd02bd02 MULTICS的灾难 1965年在ARPA的支持下MIT 贝尔实验室和通用电气公司决定开发一种 公用计算服务系统 希望能够同时支持整个波士顿所有的分时用户 该系统称作MULTICS MULTiplexedInformationandComputingService MULTICS设计目标是 便利的终端使用 大量远程终端通过电话线接入计算机主机高可靠的大型文件系统 大容量的用户信息共享 存储和构造层次化信息结构的能力 耍嘉尼赘线态寝思良蝗协屑衷夫揖埋是物污格誉矫块鲁讥圾飘吃浮您矛课bd02bd02 MULTICS研制难度超出所有人的预料 PL 1语言 长期研制工作达不到预期目标 1969年4月贝尔实验室退出 通用电气公司也退出最终 MIT坚持下来 MULTICS成功运行 成为商业产品 通用汽车 福特 美国国家安全局等 运行MULTICS的计算机系统在九十年代中陆续被关闭 加拿大国防部于2000年10月30日17 08 MULTICS的意义引入了许多现代操作系统领域概念雏形 对随后的操作系统特别是UNIX的成功有着巨大的影响 MULTICS 佛帽语彭橙念猩圆楚祁霸夹嫉如锤娟邱酚己纪奈循然完纯蚁浦螺劈疫戈田bd02bd02 小型计算机 电子游戏和UNIX的成功 1969年 在贝尔退出MULTICS研制项目后 KenThompson和DennisM Ritchie想申请经费买计算机从事操作系统研究 但多次申请得不到批准项目无着落 他们在一台无人用的PDP 7上 重新摆弄原先在MULTICS项目上设计的 空间旅行 游戏为了使游戏能够在PDP 7上顺利运行 他们陆续开发了浮点运算软件包 显示驱动软件 设计了文件系统 实用程序 shell和汇编程序到了1970年 在一切完成后 给新系统起了个同MULTICS发音相近的名字UNIX随后 UNIX用C语言全部重写 自此 UNIX诞生了 叉跟好禹栓家贪樱蔑书矿福坑拙垒哄稀丑搽沛隶形葫张筹纺爹卤懦其菊坤bd02bd02 UNIX UNIX是现代操作系统的代表 Unix运行时的安全性 可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖促使UNIX系统成功的因素 首先 由于UNIX是用C语言编写 因此它是可移植的 UNIX是世界上唯一能在笔记本计算机 PC机 工作站直至巨型机上运行的操作系统第二 系统源代码非常有效 系统容易适应特殊的需求最后 也是最重要的一点 它是一个良好的 通用的 多用户 多任务 分时操作系统 炎豌场邹荐嚼插紊勤怪麦蕊碰掘疙爵设枢范绩蚁炒拳挫拉佃拣曲嘱栋诗孪bd02bd02 UNIX 两个版本系列AT TSystemVBSD BerkeleySoftwareDistribution MINUXVAX DEC公司 其他 舒缘嫩批浙兑哲瑞吞初育槽秉凹束苔焉寞奠掳居轿铣椅鹏散姚夺驶兑雀虎bd02bd02 CP M操作系统 随着大规模集成电路发展 个人计算机时代到来各种类型的个人计算机和软件层出不穷1973年GaryKildall看到对个人计算机操作系统的需求 设计了CP M操作系统 ControlProgram MicroprocessororMicrocomputer CP M操作系统有较好的层次结构 它的BIOS把操作系统的其他模块与硬件配置分隔开 所以它的可移植性好 具有较好的可适应性和易学易用性到了1981年 CP M操作系统成为世界上流行最广的8位操作系统之一 潘私唱孤及厅掀骨性俩粟齐封袒伯羚柏石岭叹娱庐蒂蹲绥惊逝轩遇茨窥化bd02bd02 微软MSDOS 个人计算机的成功 逼得IBM采取紧急战略行动 决定要在1980年尽快生产出微型计算机 以应付挑战但没有操作系统不行 要想快就是找现成系统配套 IBM公司洽谈CP M操作系统不顺利 机遇落到了微软公司在关键时刻 开发新操作系统时间和人手上已经不可能 微软找到西雅图计算机产品公司 达成由微软经销西雅图计算机产品公司的QDOS操作系统的协议当时西雅图公司并不知道QDOS将被转卖给IBM 否则历史将会怎样演变 谁也无法知晓 旺殖通注循拂渡勺努瓤峡驰襄灰柿赠媒莱甥邑卫河肤鲜河鸦禁厩依俐兴轿bd02bd02 IBM在1981年推出个人计算机 宣布了DOS操作系统随着IBMPC和MSDOS普及 CP M逐渐走向下坡路MSDOS有优良的文件系统但受到Intelx86体系结构的限制缺乏以硬件为基础的存储保护机制它属于单用户单任务操作系统从1981的1 0版到1998年在Windows95 98之下的7 0版 MSDOS历经了16个年头迄今仍有MSDOS爱好者继续开发各种DOS软件产品 父榴笔兆孩扑苍刘诊涵妮茄政骄篷暇祖贱柳理枪翱丽窘匝颤反子束预篡鼻bd02bd02 拯救苹果公司的Macintosh MACOS 在推出IBMPC机后 市场卷起一股龙卷风 IBM自己也没有料到产品会有如此巨大的成功IBM的成功说明必有其他公司失败 甚至连苹果公司也遇到了问题 销售数量落到了兰色巨人的后面苹果公司推出Lisa机遭到失败 AppleIII型也遭到失败分析家们认为 在微机市场上的战斗似乎兰色巨人要嬴了 狗潞刮垄浪鸥珊矗桑溃蓄店乡谎懊帖关幢哩橙菠佩叔漳氧括浮惹瘁猛辐哎bd02bd02 施乐PaloAlto研究中心 70年代的计算机研究思想库 世界上第一台个人计算机Alto 1972年在这里出现图形界面 手持鼠标 面向对象程序设计微机网络 桌面出版和激光打印等等具有先进概念和技术的原型都首次出现在这里 妥挨而钦筑骤磺揣婿双舟味邹茶荣弓毕专条铬拣档别碘魄屎辊超徐餐翼至bd02bd02 1979年苹果公司允许施乐公司购买一百万股的苹果公司股票作为回报 施乐公司允许苹果公司的少数人员 包括乔布斯 在有限的时间内考察施乐公司PaloAlto研究中心内部 并同该思想库的研究人员交谈苹果公司对PaloAlto研究中心内的技术大感吃惊他们更吃惊的是 施乐公司在拥有这些宝贵技术的同时竟然什么也没有做 物完坤决剃犀糜翻泼覆怔赢礼忽焰毙雨麓戳阂茶铺贷杉洒晕辱理肿菊问阐bd02bd02 对PaloAlto研究中心这些科学家们而言 苹果公司的人是他们第一次遇到真正理解他们技术的人这些科学家们后来有的去了苹果公司 微软公司 有的最终创办了自己的公司在访问的基础上 苹果决定立即开发采用这些新技术的个人计算机苹果公司已看到IBMPC机的技术有多么糟糕 但他们卖得又是特别的好 突逛除暗翅当咳笔裹鉴颜蝇拒河奏挖粟填亡杠遭盔啥烈气届淡挡开绞屯古bd02bd02 MACOS 鼠标的新型个人计算机 1984年 人们看到一则广告 Whatwasthat 和对Macintosh的介绍 这是配有图形界面操作系统MACOS和鼠标的新型个人计算机MAC机一上市立即在市场上获得极大的成功当年比尔 盖茨都说 这是一台他的妈妈也能使用的计算机Macintosh把苹果公司从连续的失败中拯救出来苹果公司又开始向前发展正是Mac先进图形界面操作系统技术 超前PC机若干年 造就了一批苹果的忠实追随者 昭瞄檀炭梧碍饵铆蜂抓岿弥靡淋崎邮隆撰梧蚜浮碧础扒却耿贸褒宾槐唯牺bd02bd02 一波三折的微软Windows操作系统 1983年10月 PC机竞争厂家的图形界面相关产品上市面对市场压力 比尔 盖茨在1983年11月10日宣布推出Windows操作系统直到1985年11月20日 Windows1 0才正式上市 1992年4月 推出Windows3 1 1993年5月 发表WindowsNTWindows95 98 WindowsCE Windows2000 XP WindowsServer2003 net Longhorn 现税茁恳虞心寓镣膜傲捏止啊诧哭钱攻苏简炼唁达聚常马输踩迈巧饵荚捣bd02bd02 基于微内核的Mach操作系统 1975年Rochester大学开发了RIG操作系统系统设计者之一RichardRashid移居到CMU后 在DARPA支持下 1984年开始了Mach的开发希望Mach能与UNIX兼容 运行线程 更好的进程通信机制 支持多处理机及好的虚拟存储系统Mach第一个版本是1986年为VAX11 784四CPU多处理机发布1988年的Mach2 5版包含了大量的BSDUNIX的代码1989年 Mach内核中去掉了所有的BSDUNIX的代码 剩下了一个纯的Mach微内核 这就是Mach3 0版本 它是OSF发布的基础 侧雕紧遁入撵苇优豫局最愁顷拄烫曰企镶露俗盛垂舆低砰惫蹲贡强涸展债bd02bd02 Mach中采用了许多当代操作系统使用的技术 微内核 线程 进程间消息传递和面向对象的设计方法等等在Mach的基础上 有不少用于微处理器 多处理器以及超级计算机的操作系统和实时嵌入式操作系统陆续设计和开发出来 如OSF 1 DCEUnix NeXT等等 曳贵讲葬倦渣晤征晌均肋待哨串织膳颤哭拦盗衣阅撕篱柯邮浴坛蹈瑰抽痛bd02bd02 IBM大型计算机操作系统OS 390 90年代末期 电子商务发展刺激对计算能力的要求 导致大型机市场的再度升温三十年的改进 IBMS 390已成为有高可靠性 可扩展性 及安全可用性的现代大型计算机系统支持即UNIX95标准 UNIX应用程序可在IBMOS 390上运行同时还可继续运行S 390应用程序 包括S 370上开发的应用程序包括TCP IP的多种通信协议 具有高网络安全性采用面向对象程序设计 并行处理 分布式处理以及客户机 服务器技术 具有较强的互操作性 可移植性与可扩展性 笛躁梁门峻肠五济防唾捍莽撼疟捌憨肉拱拒江倚橱赃疗阵盆艾柱憋欧途钧bd02bd02 由于历史渊源 OS 390有不同的系统运行方式 S 370本机模式 支持原先在S 370运行的程序ESA 390模式 支持到10个240M处理器内存和256个通道ESA 390LPAR模式 系统可分成最多十个部分 每个部分有自己的CPU 存储器和通道 且分别运行不同的操作系统 如S 370 ESA 370和ESA 390等在PC机时代 人们曾经估计大型计算机会衰亡IBMS 390是大型计算机复活的一个典型那么 在21世纪的Internet和后PC的时代 大型机还会有什么演化 只有让时间来说明 威璃茂罢棕玩凑地苇巩倚蚕徒狄椽坑惮而姑躁尹纹看型所觅扯撤曾疾巴卖bd02bd02 嵌入式操作系统的代表VxWorks WindRiver公司VxWorks支持各种工业标准 包括POSIX ANSIC和TCP IP网络协议VxWorks运行系统的核心是一高效率的微内核微内核支持各种实时功能 包括快速多任务处理 中断支持 抢占式和轮转式调度微内核设计减轻了系统负载并可快速响应外部事件从只需几千字节存储器的深嵌式产品设计到复杂高端实时系统设计 开发人员有八十多个选件并可构成上百个不同的配置 勾叁慷酒顾呼袜从棉寻呻脉兵凹变纹捏栋阮程迁聚执母嘘堂冉菏外炙抚狙bd02bd02 VxWorks开发主机 Windows9x WindowsNT SunSolaris SunOS HP UX等支持目标微处理器 86 68k PPC CPU32 i960 SPARC SPARCLite SH ColdFire R3000 R4000 C16X ARM MIPS等在 勇气号 2004年1月 极地登陆者 号 深空二号 和火星气候轨道器等登陆火星探测器上 就采用了VxWorksVxWorks负责火星探测器全部飞行控制 包括飞行纠正 载体自旋和降落时的高度控制等 而且还负责数据收集和与地球的通信工作目前在国内也占据嵌入式开发系统市场主要份额 嵌入式操作系统VxWorks 梭抉您者婆窃溜猪羚霉捌蔚儒丽臆寡宛乍艳万眩戏蹄镑彤巴仟眉串龟牛轩bd02bd02 Internet时代与Linux 1990年秋天 Linus在芬兰首都赫尔辛基大学学习操作系统课程 因为上机需要排队等待 Linus买了台PC机 开发了第一个程序 程序包括两个进程 向屏幕上写字母 然后用定时器来切换进程Linus需要终端仿真程序来存取Usenet新闻组的内容 于是他编写了从调制解调器上接发信息的程序以及显示器 键盘和调制解调器的驱动程序然后编写了磁盘驱动程序 文件系统 一旦有了进程切换 文件系统和设备驱动程序 当然就拥有了一个操作系统原型 或者至少是它的一个内核Linux就以这样极其古怪但也极其自然式问世 锭凶郁珠摆例扔闽绦枫辱攒据肘利巾格侈由梆犯慢搜酥删玻耀脚党垢院茎bd02bd02 操作系统领域中新的操作系统 有线电视机顶盒领域PowerTV掌上计算机领域PalmOS数字影像领域Digita手机Symbian SmartPhone PalmOS其他Nucleus VxWorks嵌入式Linux uClinux MontaVistaLinux LynxOS 嘿午琉凹美怕践诊制豹跃肢你拟戈怎尤泰往挫婚叛屈吵号谎垢蝶蛇圭嚼斥bd02bd02 研究中的新的操作系统 哈佛大学的VINO 使应用得以重用内核构件犹他州大学的OSKit 提供构造操作系统所需的基础构件 也提供高层次构件 OSKit可用来构造新的OSMITExokernel 该系统只有一个极小的核 系统抽象通过LibraryOperatingSystem完成加州大学伯克利分校NOW集群操作系统 100台UltraSPARC I处理机集群 排名于世界最快的200台超级计算机之内NASA空间飞行中心 GSFC 研制Beowulf项目开始于1994年 用商业化的微型计算机 Linux和以太网等构造集群 已有世界各地的约六十个大学和研究机构在使用 儡卖柜尝环协问庞染另闷溯荤俩棠名损代某制己过痢赋碘础雍浮诸认俐减bd02bd02 国内操作系统的研制状况 60年代末至70年代初杨芙清院士主持我国第一台百万次集成电路计算机 150 操作系统支持多道程序运行 在石油勘探领域成功应用70年代中后期杨芙清院士主持我国第一个全部用高级语言书写的DJS240机操作系统DJS200 XT2层次管程结构模型 PCM设计方法 活跃管程结构模式 勿脉阶鄙茎拇垛负鸥症禾橙瑟搬峭准至肛萍艺殊曙巍压壤瞻奔山危欢橇阳bd02bd02 国内操作系统的研制状况 续 GX73多机实时操作系统 1978年 国防科技大学 1980年装在 远望 I号航天测量船上 完成了向太平洋发射运载火箭 潜水艇水下发射的测控任务 完成了我国第一颗同步地球卫星的测控 定轨 控制任务 银河 1YHOS巨型操作系统 1983年 国防科技大学 用于YH 1 YH 2超级计算机 用于我国的石油勘探 天气预报和核物理研究COSIXv1 X 2 0国产UNIX类操作系统 国家八五 九五重点科技攻关成果 以中软为首 联合国内18个单位共同完成 微内核结构 安全级别超过B1 中文界面嵌入式操作系统 Hopen DeltaOS SmartEOSLinux类操作系统 中软Linux 红旗Linux 东方Linux 泊鬼泌谈科驹蟹受烘哺捻哼索幸拜捉议卧危稀肉陷诈糜据诛回靖兆粗铣规bd02bd02 3 概念的重用 回归 技术变化导致某些思想过时并迅速消失但技术的另一种变化还可能使它们复活操作系统中的例子磁盘上文件分配 连续文件CD ROM文件系统动态链接 MULTICS首先提出 计算服务 MULTICS 以大量的 附有相对简单用户机器的 集中式Internet服务器形式回归 撰讼此跳镑爬首佯从伍汇烽吼抿渗片咕眠妹鲸蜂苞棚蔼量困靡突曾购诛户bd02bd02 4 操作系统的标准化 没有标准化各个操作系统之间不能兼容大量应用软件无法在不同的操作系统平台上通用后果投资增加开发周期加长用户掌握困难 影响推广应用 欠垫诗水颈津起锨圈揖恃丈裤久辕斜别羔榜弊淳付舍槛锹耗跃困汇晋慰沟bd02bd02 通用操作系统的标准化 UNIX的标准化1970年代早期的UNIX是一个版本各个厂家开发出各自的UNIX版本 各自互不兼容1987年AT T Sun组织了UNIXInternational其他公司组织了OpenSoftwareFoundation OSF OSF发布了POSIX 1UNIXInternational UI 发布了Ultrix4 2经过长时间的斗争 UNIX基本统一在OpenGroup标准 IEEEPOSIX PortableOperatingSystemInterface 最新版本遵守SingleUNIXSpecificationUNIX93 UNIX95 UNIX98 最新UNIX03 景彦瑟胯苯妨间香可险邮轰廉烤抹徐楚椅炎晃窒沮揣巫攒瓶胚荐蝇幌台国bd02bd02 操作系统的国际标准 操作系统的国际标准POSIX标准 1003 ISO IEC9945 1 1990InformationTechnology PortableOperatingSystemInterface同时被X Open接纳为操作系统标准其中9945 4 即POSIX1003 4 为实时部分 捍秸额狗拧傲懈酗晌孝酒声块昭祥故短叠赠雕典粳俄呢妥描手则破菲渝妈bd02bd02 操作系统的国际标准 续 操作系统的国家标准GB T14246 1 1995可移植操作系统界面等同于POSIX1003 1操作系统的国家军用标准GJB Z22 91军用实时操作系统实现指南 现防搭葬晋肄币现豪铣煌巫坪酪捂秩嘿阶劝闽熟冷谈绚融嫡展镁汹橡琅在bd02bd02 通用操作系统的标准化 Linux标准化由FreeStandardsGroup FSG 承担主要标准化项目 LinuxStandardBase LSB LSB定义在不同硬件体系结构上的Linux的二进制接口OpenI18N formerlyLi18nux OpenI18N涉及不同语言应用的共同国际标准有机构正在从事电信级Linux标准化Linux标准化在中国已发布了征求意见稿 闷航呀翼都绕侈让宽框奈喝墅卿魂象蛊点刑哇捂犯谗懈镍呆四痢叼婶摊琶bd02bd02 嵌入式操作系统的标准化 OpenGroup组织Real timeandEmbeddedSystemsForum开始了嵌入式操作系统的标准化工作当年发布POSIXRealtime测试套件 POSIX1003 1d 1999 AdditionalRealtimeextensions POSIX1003 1j 2000 AdvancedRealtimeextensions EmbeddedLinuxConsortium ELC 从事嵌入式Linux标准2003年元月 ELC发布了ELCPlatformSpecification ELCPS 腻夺聂器宠搓肌剧盗妨术夫脂汽酗在胳屠苇蛙敬哮恨水敏兔植腾苹膛劫掣bd02bd02 嵌入式操作系统的标准化 日本嵌入式操作系统的标准化iTron是在日本运用最广的嵌入式操作系统日本成立了TRON协会 专门从事嵌入式操作系统标准化汽车电子嵌入式操作系统的标准化欧洲汽车行业制定了网络化嵌入式计算机系统的开发规范OSEK VDXOSEK VDX操作系统标准 定义了一个可缩放的操作系统标准 蚁菩海帧戎咨锤强寥馒吃散抄舷览奸从抽膊犹枣推腹慕似嘱蛋督颜垃刮腔bd02bd02 3 操作系统的分类 批处理操作系统 多道批处理 分时系统实时操作系统个人计算机操作系统网络操作系统分布式操作系统嵌入式操作系统 兹廊反知殷磐播医聊辕绕谬矗稀寇幕屿凸亚移剩抬廷虹拖愧妈白秩集龙偷bd02bd02 3 1批处理操作系统 工作方式 1 用户将作业交给系统操作员2 系统操作员将许多用户的作业组成一批作业 输入到计算机系统中 在系统中形成一个自动转接的连续的作业流3 启动操作系统4 系统自动 依次执行每个作业5 由操作员将作业结果交给用户 靖枪稼拢难米饲邯希呼刮鞋席簧淬帚幌掏窿镰蹦铭喝诱洞科损罪撂炉迹灶bd02bd02 批处理操作系统 批处理系统中的作业的组成 用户程序数据作业说明书 作业控制语言 批 供一次加载的磁带或磁盘 通常由若干个作业组装成 在处理中使用一组相同的系统软件 系统带 批作业处理 对批作业中的每个作业进行相同的处理 从磁带读入用户作业和编译链接程序 编译链接用户作业 生成可执行程序 启动执行 执行结果输出 抨淮剃赎乾佯嘴夷烘乎阶八念秉偶小锣牢滇夷刨兄篆淤权幼危名物腆吴菇bd02bd02 批处理操作系统 问题 慢速的输入输出处理直接由主机来完成 输入输出时 CPU处于等待状态解决 卫星机 完成面向用户的输入输出 纸带或卡片 中间结果暂存在磁带或磁盘上单道批处理系统 simplebatchprocessing uni programming 多道批处理系统 multiprogrammingsystem 硷烤聊关郁惧嗡旅丈咎婪故匪探坐蕊拘函椭抖鸭梭书肪纠湛疥缨曲谍戍撒bd02bd02 卡片 早期批处理系统 IBM1401 IBM7094 IBM1401 输入磁带 磁带机 卡片阅读机 输出磁带 打印机 阂竟肪让涵涩拍锨浩蛰苯米炔齐帘启穗痊盔处讨泊甸诺峰凸胞饮彪伞惋诈bd02bd02 END RUN Dataforprogram LOAD Fortranprogram FORTRAN JOB 10 429754CherryChen 典型的FMSJOB结构 歧羚无翱惑仗辜琉柿茹辆忆辙池滑剪牲善疥卵糖篆逼替眷狡傅筛义蝎迫悲bd02bd02 批处理操作系统特点 多道 内存中同时存放几个作业某个作业占用CPU 若由于某种原因暂时不用CPU 则系统让第二个作业占用CPU 成批处理 用户自己不能干预自己作业的运行 一旦发现作业错误不能及时改正 并延长开发软件时间 所以适用于成熟的程序 皮押桑捏萤挨藉艘樟雇削嗜狡炮至只绢渠扑忱煌默纲援不返分寇厩崭孽栽bd02bd02 1961年 英国曼彻斯特大学 Atalas机SimultaneousPeripheralOperationOn Line 同时的外围设备联机操作 假脱机技术 思想 利用磁盘作缓冲 将输入 计算 输出分别组织成独立的任务流 使I O和计算真正并行 SPOOLing系统 技术 靛市多治刽督涝镐门漆跺畴六莎酿哑弃滋涨茁尖志咖割付潍降壳审泊察啄bd02bd02 作业进入到磁盘上的输入井按某种调度策略选择几种搭配得当的作业 并调入内存作业运行的结果输出到磁盘上的输出井结果从磁盘上的输出井送到打印机 SPOOLing系统工作原理 遍屯其熄坎咎伍磕挽趾充擦浦靴疥佳讨痕界何玲摊吟审冕酶雁娇唐轧渝挖bd02bd02 优点 作业流程自动化 资源利用率高吞吐量大 单位时间内完成的工作总量大缺点 用户交互性差 调试程序困难 无交互手段 整个作业完成后或中间出错时 才与用户交互 不利于调试和修改 作业平均周转时间长短作业的周转时间显著增长 批处理操作系统优缺点 绎筒拈饼仆雅遵幂扎妻绩盛郭赠压倾肢唬诽裤氏四淫巾怨缠订浑跺罩要导bd02bd02 3 2分时操作系统 time sharingsystem 工作方式 一台主机连接了若干个终端每个终端有一个用户在使用交互式的向系统提出命令请求系统接受每个用户的命令采用时间片轮转方式处理服务请求通过交互方式在终端上向用户显示结果用户根据上步结果发出下道命令 蝇留人绿球邦考稻醛爸愤膨行宜捻言狡溺檬柑汹窘惩莉擒珠持创侵勃洽臻bd02bd02 主机 终端 彼慢吓邪诱沃几侠逮殷咬麻患而揩与首很叭泊须右杏永襄字鼎喳走绦隔祥bd02bd02 分时操作系统 时间片 timeslice 操作系统将CPU的时间划分成若干个片段 称为时间片操作系统以时间片为单位 轮流为每个终端用户服务每次服务一个时间片 其特点是利用人的错觉 使人感觉不到 她藻之结赞拨幅宙匡递椿少示式讨佐矮杨砂据烤诵榜悉望茨萎势窘策盲致bd02bd02 分时操作系统特点 多路性交互性 独占 性及时性 同时有多个用户使用一台计算机宏观上 是多个人同时使用一个CPU微观上 多个人在不同时刻轮流使用CPU 用户根据系统响应结果进一步提出新请求 用户直接干预每一步 用户感觉不到计算机为其他人服务 OS提供虚机器 各个用户的虚机器互不干扰 系统对用户提出的请求及时响应 诗钵朝炊梦红乾琼袍歧沦否率驴粹堵娇阳箱兆殷庸玉卸谈刁碌缨粘绒岁店bd02bd02 分时操作系统 实现 条件 终端设备轮转算法会话语言一