{企业发展战略}操作系统第1章操作系统发展

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1、第1章 操作系统引论,操作系统是随着计算机硬件技术、软件技术的发展而发展的。 目标：充分地利用资源 更好的提供服务,1.2 操作系统的发展,控制台 一个用户,一次完成一个功能 （计算，I/O，用户操作三者串行） 程序通过穿孔机或卡片装入 用户在控制台前调试程序,硬件非常昂贵，没有操作系统,一. 人工操作,一个用户独占计算机的全部资源, 资源利用率低,工作效率非常低。 每个用户都要自行编写涉及到硬件的源代码。工作量大, 难度高, 易出错, 需要大量人力和物力。 人机矛盾, 人低速与机器利用率。 CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾。 为了解决这两个矛盾出现了脱机I/O方式, I/O设备由外围机控制

2、。,1. 单道批处理 用户把程序(卡片)交给系统管理员,他把一批作业以脱机方式输入到磁带上,常驻监督程序(Moniter)对这批作业一个接一个连续处理。 批处理过程：重复进行 装入程序、运行、打印结果、撤出、,二. 批处理,2. 多道程序批处理系统 在磁盘上多个作业等待运行排成“后备队列”。 多道程序 内存中同时有多个作业。 -选择(调度)若干作业装入内存(存储管理)。 运行的作业遇到I/ O请求时, 切换(调度)至内 存中的另一个作业并运行之。 增加: 存储管理重定位保护,并发程序设计技术。 采用缓冲, DMA, 中断处理 优点: 多道程序共享资源,资源利用率高。 系统吞吐量大,资源保持忙,

3、系统开销小。 缺点: 作业平均周转时间长,无交互能力。,单道： 用户程序 监督程序 I/O操作,I/O请求,启动I/O,I/O完成,I/O请求,多道： 程序A 程序B 程序C 调度程序,A:I/O请求,A:I/O,B:I/O请求,B:I/O,C:I/O,A:完成,t,t,特征 多道性: 内存同时驻留多道程序允许并发执行。 无序性: 作业完成顺序与进入内存顺序五严格对应关系。 调度性: 作业从提交到完成经两次调度。 作业调度、进程调度。,硬件速度更快，人力较以前昂贵 分时系统的产生用户需要 交互:所有用户看似独占全机,都能直接修改错 误,立即人-机交互 共享:多个用户用便宜终端,共享一台计算机。

4、 方便:用户对自己的作业进行控制,调试方便。 分时系统是一台主机带多个终端,同时允许多个用户用终端,共享一台主机,每个用户都可以通过终端方便地以交互方式使用主机。,三. 分时系统,实现方法 作业直接进入内存。 不允许某作业长期占用处理机, 将响应周期分为很短的时间片, 在该周期内每个作业轮流执行一次(占一个时间片)。每个作业可以及时接收用户的命令和数据, 并能及时得到处理。,- 易于使用,提高人的生产力 - 磁盘便宜,故可在线存放程序和数据 - 引入文件系统,使用户可存取数据,具有“前台”和“后台”的多道分时系统 内存中同时存放多道作业, 道数和位置都不固定, 某些称为“前台区”存放按时间片调

5、度的前台作业流, 其余道为“后台区”存放批处理作业流。 只有当前台调进调出或前台无可运行的作业时才运行后台作业。 既有分时系统多台终端共享主机交互性好, 又有多道批处理系统资源利用率高的优点。,分时系统的特点 多路性: 一台主机同时联接多个终端,系统按分时的原则为每个用户服务, 共享资源。 独立性: 用户各占一个终端, 感觉像独占主机 及时性: 用户请求能在容许的响应周期内及时获得响应,响应周期通常在3秒以内。 交互性: 用户通过终端与系统进行广泛的人机对话, 以请求系统提供多方面的服务。,成功之例：,AT 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

6、到1998年在Windows 95/98之下的7.0版，MS DOS历经了16个年头。 迄今仍有MS DOS爱好者继续开发各种DOS软件产品。,拯救苹果公司的Macintosh(MAC OS),在推出IBM PC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, Apple III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。,施乐 Palo Alto 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，1

7、972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。 有先进概念和技术的原型都首次出现在这里。,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Palo Alto研究中心内部，并同该思想库的研究人员交谈。 苹果公司对Palo Alto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！,对Palo Alto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

8、，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 IBM PC机的技术有多么糟糕，但他们卖得又是特别的好。,MAC OS、鼠标的新型个人计算机,1984年，人们看到一则广告：“What was that?”和对Macintosh的介绍, 这是配有图形界面操作系统 MAC OS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

9、，造就了一批苹果的忠实追随者。,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。 然而宣布容易，交货就不简单了, Windows交货期的灾难，成了当年计算机界的笑柄。 直到1985年11月20日, Windows 1.0才正式上市。,Windows的历史记录,Windows在当时微软历史上创了几个记录：延迟交货次数最多，投入开发人员最多，开发时间最长，更换主管人员最多。 不过几年之后，Windows终于创造了销售成绩最佳的历史记录。 1992年4月推出Windows

10、 3.1, 1993年5月Windows NT Windows 95,Windows CE,Windows 98,Windows 2000 个人计算机采用 Windows 占 90以上, 微软公司成了垄断 PC 行业的同义词。,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 Richard Rashid 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VAX 11/784四

11、CPU多处理机发布。 1988年的Mach 2.5版包含了大量的BSD UNIX的代码 1989年, Mach 内核中去掉了所有的BSD UNIX的代码, 剩下了一个纯的Mach微内核, 这就是Mach 3.0版本，它是OSF发布的基础。,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, DCE Unix, NeXT等等。,大型计算机操作系统: IBM OS/390,90年代末期，电子商务发展刺激对计算能力的要

12、求，导致大型机市场的再度升温。 三十年的改进, IBM S/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 UNIX 95标准, UNIX 应用程序可在 IBM OS/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。,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10个240M处理器内存和

13、256个通道 ESA/390 LPAR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。 IBM S/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。,嵌入式操作系统的代表: VxWorks,VxWorks支持各种工业标准，包括POSIX, ANSI C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

14、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。,VxWorks开发主机：Windows 9x,Windows NT, Sun Solaris, SunOS, HP-UX等。 支持目标微处理器：86, 68k, PPC, CPU 32, i960, SPARC, SPARCLite, SH, ColdFire, R3000, R4000, C16X, ARM, MIPS等。 在“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

15、VxWorks。 VxWorks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。,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。 然后写了磁盘驱动程序，文件系统，一旦有了进程切换

16、、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。,操作系统领域中新的操作系统,有线电视机顶盒领域， PowerTV 移动通信领域，EPOC 掌上计算机领域，Palm OS 数字影像领域， Digita,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OS。 MIT Exokernel, 该系统只有一个极小的核。系统抽象通过 Library Operating System 完成 加州大学伯克利分校NOW集群操作系统, 100台Ultra SPARC-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。世界各