操作系统引论课件.pptx

第一章 操作系统引论 1操作系统课程的特点：涉及面广（并行程序，性能问题，结构问题，程序方法论，软件工程，等等）实践性强（从实践总结出原理实验体会）错综复杂：纵横交叉 如何学好操作系统？理论性强（基本概念、基本原理要记）第一章 操作系统引论 2注意学习方式的变化教师只指出要点 要通过自学、研读参考书掌握内容整理笔记相当重要 不能只通过PowerPoint来复习课程善于发现问题、提出问题 要努力寻求问题的答案第一章 操作系统引论 3 教材教材计算机操作系统计算机操作系统 汤小丹等汤小丹等 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社&参考教材参考教材现代操作系统现代操作系统 陈向群等译陈向群等译 机械工业出版社机械工业出版社UNIXUNIX操作系统教程操作系统教程 尤晋元主编尤晋元主编 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社WindowsWindows操作系统原理操作系统原理 机械工业出版社机械工业出版社计算机操作系统教程计算机操作系统教程 张尧学张尧学 史美林史美林 清华大学出版社清华大学出版社操作系统教程操作系统教程 陈向群陈向群 杨芙清杨芙清 北京大学出版社北京大学出版社 第一章 操作系统引论 4第一章第一章 操作系统引论操作系统引论1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.3 1.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性 1.4 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能 1.5 1.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计 第一章 操作系统引论 51.1.1 操作系统的作用操作系统的作用 1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口 OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。应注意，OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。第一章 操作系统引论 6图 1-1 OS作为接口的示意图 第一章 操作系统引论 7 (1)命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语言)，用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机系统。(2)系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵计算机。(3)图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。第一章 操作系统引论 81-启动和结束程序；启动和结束程序；2-用户程序对操作系统的调用；用户程序对操作系统的调用；3-对常用基本操作提供现成程序；对常用基本操作提供现成程序；4-解决效率和安全的问题。解决效率和安全的问题。共性共性 与硬件相关、与应用无关与硬件相关、与应用无关(用户可见的）操作系统的工作用户可见的）操作系统的工作第一章 操作系统引论 9 2.OS作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者 在一个计算机系统中，通常都含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备以及信息(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即：处理机管理，用于分配和控制处理机；存储器管理，主要负责内存的分配与回收；I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；文件管理，负责文件的存取、共享和保护。可见，OS确是计算机系统资源的管理者。事实上，当今世界上广为流行的一个关于OS作用的观点，正是把OS作为计算机系统的资源管理者。第一章 操作系统引论 10 3.OS用作扩充机器用作扩充机器 对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，即使其功能再强，也必定是难于使用的。如果我们在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，用户便可利用它所提供的I/O命令，来进行数据输入和打印输出。此时用户所看到的机器，将是一台比裸机功能更强、使用更方便的机器。通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚机器。如果我们又在第一层软件上再覆盖上一层文件管理软件，则用户可利用该软件提供的文件存取命令，来进行文件的存取。此时，用户所看到的是台功能更强的虚机器。如果我们又在文件管理软件上再覆盖一层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环境下方便地使用计算机，形成一台功能更强的虚机器。第一章 操作系统引论 11 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。第一章 操作系统引论 121.1.2 操作系统的目标操作系统的目标 目前存在着多种类型的OS，不同类型的OS，其目标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其目标有以下几点：1.有效性系统资源利用率；系统吞吐量 2.方便性容易使用；可用性 3.可扩充性适应硬件、体系结构、应用发展 4.开放性 遵循标准、规范，彼此兼容、有效协同第一章 操作系统引论 13 操作系统涉及到计算机科学的很多领域计算机体系结构/硬件软件设计程序设计语言数据结构算法网络学习核心技术并能在其他地方应用之第一章 操作系统引论 141.1.3 推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力 1.不断提高计算机资源利用率不断提高计算机资源利用率 2.方便用户方便用户 3.器件的不断更新换代器件的不断更新换代 4.计算机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展 第一章 操作系统引论 151.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.2.1 无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统 1.人工操作方式人工操作方式 从第一台计算机诞生(1945年)到50年代中期的计算机，属于第一代，这时还未出现OS。这时的计算机操作是由用户(即程序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程序员将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后，才让下一个用户上机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点：(1)用户独占全机。(2)CPU等待人工操作。第一章 操作系统引论 16第一台数字计算机英国数学家Charles Babbage（1792-1871）设计Babbage投入了毕生精力但却没能让它成功地运行起来因为当时的技术不可能达到需要的精度当然，这个分析机没有操作系统第一章 操作系统引论 17二战对武器设计的需要美国、英国和德国等国家开始了电子数字计算机的研究工作哈佛大学的Howard Aiken普林斯顿高等研究院的John Neumann（冯诺依曼）宾夕法尼亚大学的J.Presper Eckert和William Mauchley德国电话公司的Konraad Zuse以及其他一些人都使用真空管成功地建造了运算机器真空管计算机（1945年-1955年）时期第一章 操作系统引论 18没有程序设计语言（甚至没有汇编），更谈不上操作系统程序员提前预约一段时间,然后到机房将他的插件板插到计算机里期盼着在接下来的时间中几万个真空管不会烧断从而可以计算自己的题目ENIAC计算机（美国宾夕法尼亚大学）美国宾夕法尼亚大学）运算速度：运算速度：50005000次次/每秒每秒,18000,18000个真空管个真空管,占地占地182182平方米，重量平方米，重量130130吨，功耗吨，功耗140kW140kW第一章 操作系统引论 192.脱机输入脱机输入/输出输出(Off-Line I/O)方式（方式（50年代末）年代末）这种脱机I/O方式的主要优点如下：(1)减少了CPU的空闲时间。(2)提高I/O速度。图 1-2 脱机I/O示意图第一章 操作系统引论 20晶体管计算机（1955年-1965年）时期50年代晶体管发明计算机比较可靠，可成批地生产用户可指望计算机长时间运行，完成一些工作FORTRAN 1954年提出，1956年设计完成ALGOL 1958年引入COBOL 1959年引入设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员之间第一次有了明确的分工第一章 操作系统引论 2150年代早期出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机但计算过程则依然如旧第一章 操作系统引论 22运行一个作业的步骤：先将程序写在纸上（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；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；程序员稍后可从操作员手里取到结果。然后，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FORTRAN编译器取来读入计算机 机时在走来走去时被浪费第一章 操作系统引论 231.2.2 单道批处理系统单道批处理系统 1.单道批处理系统单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程的处理过程 图 1-3 单道批处理系统的处理流程 第一章 操作系统引论 24批处理操作系统-现代操作系统雏型为了改进主存和为了改进主存和I/OI/O设备之间的吞吐量设备之间的吞吐量IBM 7094IBM 7094机引入了机引入了I/O I/O 处理机概念处理机概念其思想是：在输入室收集全部的作业，用一台相其思想是：在输入室收集全部的作业，用一台相对便宜的计算机对便宜的计算机如如IBM 1401IBM 1401计算机，将它们读到磁带上计算机，将它们读到磁带上另外用较昂贵的计算机，如另外用较昂贵的计算机，如IBM7094IBM7094来完成真正来完成真正的计算的计算第一章 操作系统引论 25 2.单道批处理系统的特征单道批处理系统的特征 单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进步。该系统的主要特征如下：(1)自动性 (2)顺序性 (3)单道性 第一章 操作系统引论 261.2.3 多道批处理系统多道批处理系统 1.多道程序设计的基本概念多道程序设计的基本概念 在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，它无法充分利用系统中的所有资源，致使系统性能较差。为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，在60年代中期又引入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统(Multiprogrammed Batch Processing System)。在该系统中，用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。第一章 操作系统引论 27在OS中引入多道程序设计技术可带来以下好处：(1)提高CPU的利用率。当内存中仅有一道程序时，每逢该程序在运行中发出I/O请求后，CPU空闲，必须在其I/O完成后才继续运行；尤其因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图 1-4(a)示出了单道程序的运行情况，从图可以看出：在t2t3、t6t7时间间隔内CPU空闲。在引入多道程序设计技术后，由于同时在内存中装有若干道程序，并使它们交替地运行，这样，当正在运行的程序因I/O而暂停执行时，系统可调度另一道程序运行，从而保持了CPU处于忙碌状态。第一章 操作系统引论 28卡片卡片早期批处理系统早期批处理系统IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡卡片片阅阅读读机机输出磁带输出磁带打打印印机机第一章 操作系统引论 29$END$RUNData for program$LOADFortran program$FORTRAN$JOB,10,429754 Cherry Chen 典型的典型的FMS JOB FMS JOB 结构结构第一章 操作系统引论 30图 1-4 单道和多道程序运行情况 第一章 操作系统引论 31 (2)可提高内存和I/O设备利用率。为了能运行较大的作业，通常内存都具有较大容量，但由于80%以上的作业都属于中小型，因此在单道程序环境下，也必定造成内存的浪费。类似地，对于系统中所配置的多种类型的I/O设备，在单道程序环境下也不能充分利用。如果允许在内存中装入多道程序，并允许它们并发执行，则无疑会大大提高内存和I/O设备的利用率。(3)增加系统吞吐量。在保持CPU、I/O设备不断忙碌的同时，也必然会大幅度地提高系统的吞吐量，从而降低作业加工所需的费用。第一章 操作系统引论 322.多道批处理系统的特征多道批处理系统的特征(1)多道性。多道性。(2)无序性。无序性。(3)调度性。调度性。第一章 操作系统引论 333.多道批处理系统的优缺点多道批处理系统的优缺点(1)资源利用率高。(2)系统吞吐量大。(3)平均周转时间长。(4)无交互能力。第一章 操作系统引论 344.多道批处理系统需要解决的问题多道批处理系统需要解决的问题(1)处理机管理问题。(2)内存管理问题。(3)I/O设备管理问题。(4)文件管理问题。(5)作业管理问题。第一章 操作系统引论 35 os os首次面对重大失败：首次面对重大失败：-MULTICS -MULTICS 于于 1963 1963 年开始，年开始，直至直至 1969 1969 年才发布年才发布-IBM -IBM 的的 OS/360 OS/360 发布时，发布时，带着已知的带着已知的 1000 1000 个错误个错误第一章 操作系统引论 36IBM System/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这项工作任务IBM OS/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 （IBM 370体系结构：引入虚拟存储器。）第一章 操作系统引论 37IBM System/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所以随着时间的流逝，错误的数量大致保持不变第一章 操作系统引论 381.2.4 分时系统分时系统 1.分时系统分时系统(Time-Sharing System)的产生的产生 如果说，推动多道批处理系统形成和发展的主要动力，是提高资源利用率和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是用户的需求。或者说，分时系统是为了满足用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处理系统之间，有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下几个方面：(1)人机交互。(2)共享主机。(3)便于用户上机。第一章 操作系统引论 392.分时系统实现中的关键问题分时系统实现中的关键问题 为实现分时系统，其中，最关键的问题是如何使用户能与自己的作业进行交互，即当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，再将结果返回给用户。此后，用户可继续键入下一条命令，此即人机交互。应强调指出，即使有多个用户同时通过自己的键盘键入命令，系统也应能全部地及时接收并处理。(1)及时接收。(2)及时处理。第一章 操作系统引论 403.分时系统的特征分时系统的特征(1)多路性。(2)独立性。(3)及时性。(4)交互性。第一章 操作系统引论 411.2.5 实时系统实时系统 所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统(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。1.应用需求应用需求(1)实时控制。(2)实时信息处理。第一章 操作系统引论 422.实时任务实时任务 1)按任务执行时是否呈现周期性来划分。(1)周期性实时任务。(2)非周期性实时任务。外部设备所发出的激励信号并无明显的周期性，但都必须联系着一个截止时间(Deadline)。它又可分为：开始截止时间任务在某时间以前必须开始执行；完成截止时间任务在某时间以前必须完成。第一章 操作系统引论 43 2)根据对截止时间的要求来划分 (1)硬实时任务(hard real-time task)。系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。(2)软实时任务(Soft real-time task)。它也联系着一个截止时间，但并不严格，若偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响也不会太大。第一章 操作系统引论 443.实时系统与分时系统特征的比较实时系统与分时系统特征的比较(1)多路性。(2)独立性。(3)及时性。(4)交互性。(5)可靠性。第一章 操作系统引论 45微机操作系统的发展单用户单任务操作系统；单用户单任务操作系统；单用户多任务操作系统；单用户多任务操作系统；多用户多任务操作系统；多用户多任务操作系统；u分布式操作系统分布式操作系统u网络操作系统网络操作系统u嵌入式操作系统嵌入式操作系统操作系统的纵深发展第一章 操作系统引论 46监控（督）程序（系统）（监控（督）程序（系统）（Monitor)Monitor)执行系统（程序）执行系统（程序）(Executive System(program)(Executive System(program)控制系统（程序）控制系统（程序）(Control System program)(Control System program)管理程序管理程序(Supervisor,Supervisory System)(Supervisor,Supervisory System)核心程序核心程序(Kernel)(Kernel)操作系统操作系统(Operating System)(Operating System)操作系统的名称的演变第一章 操作系统引论 47OS大事记：小型计算机，电子游戏和UNIX的成功19691969年，在贝尔退出年，在贝尔退出MULTICSMULTICS研制项目后，研制项目后，Ken ThompsonKen Thompson和和Dennis M.Dennis M.Ritchie 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批准项目无着落，他们在一台无人用的项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7PDP-7上，重新摆弄原先在上，重新摆弄原先在MULTICSMULTICS项目上设计的项目上设计的“空间旅行空间旅行”游戏游戏为了使游戏能够在为了使游戏能够在PDP-7PDP-7上顺利运行，他们陆续开发了浮点运算软件包、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、显示驱动软件，设计了文件系统、实用程序、shell shell 和汇编程序和汇编程序到了到了19701970年，在一切完成后，给新系统起了个同年，在一切完成后，给新系统起了个同MULTICSMULTICS发音相近的名发音相近的名字字UNIXUNIX随后，随后，UNIXUNIX用用C C语言全部重写，自此，语言全部重写，自此，UNIXUNIX诞生了诞生了第一章 操作系统引论 48UNIXUNIXUNIX是现代操作系统的代表。是现代操作系统的代表。UnixUnix运行时的安全性、可靠性运行时的安全性、可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖促使促使UNIXUNIX系统成功的因素：系统成功的因素：首先，由于首先，由于UNIXUNIX是用是用C C语言编写，因此它是可移植的，语言编写，因此它是可移植的，UNIX UNIX 是世界上唯一能在笔记本计算机、是世界上唯一能在笔记本计算机、PCPC机、工作站直至巨型机机、工作站直至巨型机上运行的操作系统。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。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。户、多任务、分时操作系统。第一章 操作系统引论 49第四代大规模集成电路计算机（第四代大规模集成电路计算机（19801980年年-至今）至今）CP/M CP/M 操作系统操作系统随着大规模集成电路发展，个人计算机时代到来了各种类型随着大规模集成电路发展，个人计算机时代到来了各种类型的个人计算机和软件层出不穷。的个人计算机和软件层出不穷。19731973年年Gary KildallGary Kildall看到对个人计算机操作系统的需求看到对个人计算机操作系统的需求,设设计了计了CP/MCP/M操作系统操作系统(Control Program/Microprocessor or(Control Program/Microprocessor or Microcomputer)Microcomputer)CP/MCP/M操作系统有较好的层次结构。它的操作系统有较好的层次结构。它的BIOSBIOS把操作系统的其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他模块与硬件配置分隔开，所以它的可移植性好,具有较好具有较好的可适应性和易学易用性的可适应性和易学易用性到了到了19811981年，年，CP/MCP/M操作系统成为世界上流行最广的操作系统成为世界上流行最广的8 8位操作位操作系统之一。系统之一。第一章 操作系统引论 50微软MS DOS个人计算机的成功，逼得个人计算机的成功，逼得IBMIBM采取紧急战略行动采取紧急战略行动,决定要在决定要在19801980年尽快生产出微型计算机，以应付挑战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，但没有操作系统不行。要想快就是找现成系统配套，IBMIBM公公司洽谈司洽谈 CP/MCP/M操作系统不顺利，机遇落到了微软公司。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机产品公司的QDOSQDOS操作系统的协议。操作系统的协议。当时西雅图公司并不知道当时西雅图公司并不知道QDOSQDOS将被转卖给将被转卖给IBMIBM，否则历史将，否则历史将会怎样演变，谁也无法知晓。会怎样演变，谁也无法知晓。第一章 操作系统引论 51IBMIBM在在19811981年推出个人计算机，宣布了年推出个人计算机，宣布了PC-DOSPC-DOS操作系统操作系统版权合同：没有限制版权合同：没有限制MS-DOSMS-DOS随着随着IBM PCIBM PC和和MS DOSMS DOS普及，普及，CP/MCP/M逐渐走向下坡路逐渐走向下坡路MS DOSMS DOS有优良的文件系统有优良的文件系统 但受到但受到Intel x86Intel x86体系结构的限制体系结构的限制 缺乏以硬件为基础的存储保护机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它属于单用户单任务操作系统从从19811981的的 1.01.0版到版到19981998年在年在Windows 95/98Windows 95/98之下的之下的7.07.0版，版，MS MS DOSDOS历经了历经了1616个年头个年头迄今仍有迄今仍有MS DOSMS DOS爱好者继续开发各种爱好者继续开发各种DOSDOS软件产品软件产品兼容机市场，兼容机市场，Compaq Compaq 与与 Micro ChannelMicro Channel第一章 操作系统引论 52拯救苹果公司的Macintosh(MAC OS)在推出在推出IBM PCIBM PC机后，市场卷起一股龙卷风机后，市场卷起一股龙卷风IBMIBM自己也没有料到产品会有如此巨大的成功自己也没有料到产品会有如此巨大的成功IBMIBM的成功说明必有其他公司失败。甚至连苹果公司也遇到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了问题，销售数量落到了兰色巨人的后面苹果公司推出苹果公司推出LisaLisa机遭到失败，机遭到失败，Apple IIIApple III型也遭到失败型也遭到失败分析家们：微机市场上的战斗似乎兰色巨人要嬴了分析家们：微机市场上的战斗似乎兰色巨人要嬴了第一章 操作系统引论 53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，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 很多先进概念和技术的原型都首次出现在这里第一章 操作系统引论 541979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！第一章 操作系统引论 55对对Palo AltoPalo Alto研究中心这些科学家们而言，苹果公司的人是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人计算机苹果公司已看到苹果公司已看到 IBM PCIBM PC机的技术有多么糟糕，但他们卖得机的技术有多么糟糕，但他们卖得又是特别的好又是特别的好第一章 操作系统引论 56MAC OS、鼠标的新型个人计算机19841984年，人们看到一则广告：年，人们看到一则广告：“What was that?What was that?”和对和对MacintoshMacintosh的介绍的介绍,这是配有图形界面操作系统这是配有图形界面操作系统 MAC OSMAC OS和鼠和鼠标的新型个人计算机标的新型个人计算机MACMAC机一上市立即在市场上获得极大的成功机一上市立即在市场上获得极大的成功当年比尔当年比尔.盖茨都说，这是一台他的妈妈也能使用的计算机盖茨都说，这是一台他的妈妈也能使用的计算机MacintoshMacintosh把苹果公司从连续的失败中拯救出来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苹果公司又开始向前发展正是正是MacMac先进图形界面操作系统技术，超前先进图形界面操作系统技术，超前PCPC机若干年，造就机若干年，造就了一批苹果的忠实追随者了一批苹果的忠实追随者第一章 操作系统引论 57一波三折的微软Windows操作系统19831983年年1010月，月，PCPC机竞争厂家的图形界面相关产品上市机竞争厂家的图形界面相关产品上市面对市场压力，比尔面对市场压力，比尔.盖茨在盖茨在19831983年年1111月月1010日宣布推出日宣布推出WindowsWindows操作系统操作系统然而宣布容易，交货就不简单了，然而宣布容易，交货就不简单了，WindowsWindows交货期的灾难，交货期的灾难，成了当年计算机界的笑柄成了当年计算机界的笑柄直到直到19851985年年1111月月2020日，日，Windows 1.0Windows 1.0才正式上市才正式上市第一章 操作系统引论 58Windows的历史记录WindowsWindows在当时微软历史上创了几个记录：延迟交货次数最多，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，不过几年之后，WindowsWindows终于创造了销售成绩最佳的历史记录终于创造了销售成绩最佳的历史记录19921992年年4 4月，推出月，推出Windows 3.1,1993Windows 3.1,1993年年5 5月，发表月，发表Windows NTWindows NTWindows 95Windows 95，Windows CEWindows CE，Windows 98Windows 98，Windows 2000Windows 2000，Windows XP,.netWindows XP,.net个人计算机采用个人计算机采用WindowsWindows占占9090以上，微软公司成了垄断以上，微软公司成了垄断PCPC行行业的同义词业的同义词第一章 操作系统引论 59基于微内核的Mach操作系统19751975年年RochesterRochester大学开发了大学开发了RIG RIG 操作系统操作系统系统设计者之一系统设计者之一Richard Rashid Richard Rashid 移居到移居到CMUCMU后，在后，在DARPADARPA支持支持下，下，19841984年开始了年开始了MachMach的开发的开发希望希望MachMach能与能与UNIXUNIX兼容，运行线程，更好的进程通信机制，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支持多处理机及好的虚拟存储系统MachMach第一个版本是第一个版本是19861986年为年为VAX 11/784VAX 11/784四四CPUCPU多处理机多处理机发布发布19881988年的年的Mach 2.5Mach 2.5版包含了大量的版包含了大量的BSD UNIXBSD UNIX的代码的代码19891989年，年，Mach Mach 内核中去掉了所有的内核中去掉了所有的BSD UNIXBSD UNIX的代码，剩下了的代码，剩下了一个纯的一个纯的MachMach微内核，这就是微内核，这就是Mach 3.0Mach 3.0版本，它是版本，它是OSFOSF发布的发布的基础基础第一章 操作系统引论 60MachMach中采用了许多当代操作系统使用的技术中采用了许多当代操作系统使用的技术,微内核、微内核、线程、进程间消息传递和面向对象的设计方法等等线程、进程间消息传递和面向对象的设计方法等等在在MachMach的基础上，有不少用于微处理器、多处理器以的基础上，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，如设计和开发出来，如OSF/1OSF/1，DCE Unix,NeXTDCE Unix,NeXT等等等等第一章 操作系统引论 61IBM大型计算机操作系统OS/3909090年代末期，电子商务发展刺激对计算能力的要求，导致大年代末期，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型机市场的再度升温三十年的改进三十年的改进,IBM S/390,IBM S/390已成为有高可靠性、可扩展性、及已成为有高可靠性、可扩展性、及安全可用性的现代大型计算机系统安全可用性的现代大型计算机系统支持即支持即UNIX 95UNIX 95标准，标准，UNIXUNIX应用程序可在应用程序可在IBM OS/390IBM OS/390上运行上运行同时还可继续运行同时还可继续运行S/390S/390应用程序，包括应用程序，包括S/370S/370上开发的应用上开发的应用程序程序包括包括TCP/IPTCP/IP的多种通信协议，具有高网络安全性的多种通信协议，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服务器技术，具有较强的互操作性、可移植性与可扩展性第一章 操作系统引论 62由于历史渊源，由于历史渊源，OS/390OS/390有不同的系统运行方式有不同的系统运行方式:S/370:S/370本机本机模式，支持原先在模式，支持原先在S/370S/370运行的程序运行的程序 ESA/390ESA/390模式，支持到模式，支持到1010个个240M240M处理器内存和处理器内存和256256个通道个通道 ESA/390 LPARESA/390 LPAR模式，系统可分成最多十个部分，每个部分有模式，系统可分成最多十个部分，每个部分有自己的自己的CPUCPU，存储器和通道，且分别运行不同的操作系统，存储器和通道，且分别运行不同的操作系统，如如S/370,ESA/370 S/370,ESA/370 和和ESA/390ESA/390等等在在PCPC机时代，人们曾经估计大型计算机会衰亡机时代，人们曾经估计大型计算机会衰亡IBM S/390IBM S/390是大型计算机复活的一个典型是大型计算机复活的一个典型 那么，在那么，在2121世纪的世纪的InternetInternet和后和后PCPC的时代，大型机还会有什的时代，大型机还会有什么演化，只有让时间来说明么演化，只有让时间来说明第一章 操作系统引论 63嵌入式操作系统的代表嵌入式操作系统的代表VxWorksVxWorksVxWorksVxWorks支持各种工业标准，包括支持各种工业标准，包括POSIX,ANSI CPOSIX,ANSI C和和TCP/IPTCP/IP网络协议。网络协议。VxWorksVxWorks运行系统的核心是一高效率的微内核。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。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。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。的配置。第一章 操作系统引论 64VxWorksVxWorks开发主机：开发主机：Windows 9x,Windows NT,Sun Solaris,Windows 9x,Windows NT,Sun Solaris,SunOS,HP-UXSunOS,HP-UX等等支持目标微处理器：支持目标微处理器：86,68k,PPC,CPU 32,i960,SPARC,86,68k,PPC,CPU 32,i960,SPARC,SPARCLite,SH,ColdFire,R3000,R4000,C16X,ARM,SPARCLite,SH,ColdFire,R3000,R4000,C16X,ARM,MIPSMIPS等等在在“极地登陆者极地登陆者”号，号，“深空二号深空二号”和火星气候轨道器等登和火星气候轨道器等登陆火星探测器上，就采用了陆火星探测器上，就采用了VxWorksVxWorksVxWorksVxWorks负责火星探测器全部飞行控制，包括飞行纠正、载体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目前在国内也占据嵌入式开发系统市场主要份额第一章 操作系统引论 65 InternetInternet时代与时代与LinuxLinux19901990年秋天，年秋天，LinusLinus在芬兰首都在芬兰首都赫尔辛基大学赫尔辛基大学学习操作系统学习操作系统课程，因为上机需要排队等待，课程，因为上