第一章 操作系统引论v1.1 操作系统的目标和作用 v1.2 操作系统的发展过程 v1.3 操作系统的基本特性 v1.4 操作系统的主要功能 v1.5 OS结构设计第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论分时系统分时系统（time-sharing system）是指，在一台主 机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允 许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算 机，共享主机中的资源 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 § 并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第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论v 分时OS的产生起因于用户需求 § 人机交互 § 共享主机 § 方便用户分时OS实现中的关键问题v 及时接收§ 利用多路卡，根据输入速度等因素同时接收多个终端的数据并暂 存在缓冲区v 及时处理§ 处理：包括控制作业运行、修改作业等，保证各用户的作业都可 以被及时响应分时OS（Time Sharing System）第一章 操作系统引论v第一个分时操作系统CTSS(Compatable Time Sharing System) § 分时系统的思想——1959年在MIT提出 § 每个用户有一个联机终端 § 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 第一个分时系统（CTSS）由MIT的Fernando Corbato 等1961年在一改装的 IBM 7090/94机上开发成功（有32个交互式用户） 指标：32K内存，系统用5K，用户用27K 用户存储映像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200 kFLOPS） 第一个有虚拟存储器(virtual memory)和页面调度(paging) 的机器分时OS（Time Sharing System）第一章 操作系统引论vMULTICS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 (MULTiplexed Information and Computing Service) MULTICS设计目标是： –便利的终端使用——大量远程终端通过线接入 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第一章 操作系统引论MULTICS v 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 v 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） v 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） v 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第一章 操作系统引论v 小型计算机，电子游戏与UNIX的成功 § 1969年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，Ken Thompson和Dennis M. 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诞生了第一章 操作系统引论vUNIX——现代操作系统的代表促使UNIX系统成功的因素： • 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 • 系统源代码非常有效，系统容易适应特殊的需求 • 最重要的一点，它是一个良好的、通用的、多用户 、多任务、分时操作系统第一章 操作系统引论Internet时代与Linux v 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 v 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 v 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 v Linux就以这样极其古怪但也极其自然的方式问世第一章 操作系统引论国内操作系统的研制状况 v60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 v70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 模式国内操作系统的研制状况第一章 操作系统引论v国内操作系统的研制状况（续） § GX73多机实时操作系统（1978年）v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”-1 YHOS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 § COSIX v 1.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）v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，SmartEOS § Linux类操作系统：中软Linux、红旗Linux、东方Linux第一章 操作系统引论分时系统分时系统的特点： –多路性：多用户同时操作、使用计算机 –独立性：各终端用户感觉到自己独占了计算机； –及时性：用户的请求能在较短时间内响应； –交互性：用户能与计算机进行人——机对话。
第一章 操作系统引论实时系统实时操作系统（Real Time System）是指系统能及 时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间 内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调 一致地运行往往应用在： –实时控制：生产过程控制，火炮的自动控制系统、飞机的自动驾驶 系统以及导弹的制导系统等 –实时信息处理系统：如飞机订票系统, 期货、股票交易系统 、情报检索系统等第一章 操作系统引论实时OS与分时OS的异同实时OS分时OS多路性对多路现场进行采样与控制为多个终端用户服务独立性独立采集信息与控制对象各用户独立操作，互不干扰及时性以被控对象的可接受时间为准以人可接受时间为准交互性仅与特定服务程序交互与人类用户进行全方位交互可靠性高度可靠性在人类可容忍的误差范围内可靠第一章 操作系统引论操作系统的发展过程手 工 操 作 阶 段PC机OS网络OS分布式OS多处理OS嵌入式OS第一章 操作系统引论网络操作系统 （NOS, Network Operating System）网络操作系统是在通常操作系统功能的基础上提供网络通信和 网络服务功能的操作系统第一章 操作系统引论v网络操作系统 § 通常操作系统的功能：处理机管理、存储器管 理、设备管理、文件管理等 § 网络通信功能：通过网络协议进行高效、可靠 的数据传输 § 网络资源管理：协调各用户使用 § 网络服务：文件和设备共享，信息发布 § 网络管理：安全管理、故障管理、性能管理等 § 互操作：直接控制对方，比交换数据更为困难第一章 操作系统引论分布式OS分布式计算机系统是以计算机网络为基础的计算机系 统，包含多台处理机，每台处理机完成系统中指定的 一部分功能。
从硬件上讲，它与计算机局域网没有 任何区别，关键是软件第一章 操作系统引论v分布式系统：处理和控制的分散（相对于集中式 系统） v分布式系统是以计算机网络为基础的，它的基本 特征是处理上的分布，即功能和任务的分布 v分布式操作系统的所有系统任务可在系统中任何 处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分 配并自动调度各处理机的工作负载第一章 操作系统引论分布式操作系统的特征 1. 是一个统一的操作系统 若干个计算机可相互协作共同完成一项任务 2. 资源进一步共享 3. 透明性 资源共享，分布对用户来讲是不知道的 4. 自治性 处于分布式系统的多个主机处于平等地位，无 主从关系 5. 处理能力增强、速度更快、可靠性 增强第一章 操作系统引论多处理系统多处理机系统是由多台处理器组成的计算机系统 多处理操作系统的出现是为了提高计算机的系统性 能和可靠性提高性能有两条途径：提高各个组成 部分的速度、增大处理的并行程度1975年前后， 出现多处理机系统(multi-processor)多处理机系统可分为对称式多处理和非对称式多处 理系统两种第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论嵌入式OS嵌入式操作系统（Embedded Operating System） 是运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作 、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和 控制的系统软件。
第一章 操作系统引论微机操作系统的发展1.单用户单任务操作系统只允许一个用户上机，且只允许用户程序作为一个任务运行如DOS2.单用户多任务操作系统只允许一个用户上机，但允许用户把程序分为若干个任务，使它们并发执行 ，从而有效地改善系统的性能如Windows XP等3.多用户多任务操作系统允许多个用户通过各自的终端使用同一台机器，共享主机系统中的各种资源 ，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们能并发执行，从而提高 资源利用率和系统吞吐量如Unix等第一章 操作系统引论v1.1 操作系统的目标和作用 v1.2 操作系统的发展过程 v1.3 操作系统的基本特性 v1.4 操作系统的主要功能 v1.5 OS结构设计第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论共享共享并发并发 异步异步虚拟虚拟操作系统的主要特性第一章 操作系统引论操作系统的主要特性1）并发性(concurrence) 两个或多个事件在同一时间间隔内发生与并行(parallel) 不同，并行是指两个或多个事件在同一时刻发生 在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多 个程序在同时运行并发，微观上交替执行（在单处理器情况 下） 。
如果系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程 序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个 处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可 同时执行 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程（或称 作任务），并发指的是进程的并发第一章 操作系统引论并行并发第一章 操作系统引论操作系统的主要特性进程：在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是 由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个能独立运行的 活动实体 线程：通常一个进程可以包含若干线程，它们利用进程所拥有 的资源在引入线程的OS中，通常都是把进程作为分配资源的 基本单位，而线程作为独立运行和独立调度的基本单位第一章 操作系统引论操作系统的主要特性2。