计算机系统的组成

1、1.1applied operating system concepts(aosc)介绍介绍 1.2one of the following three books would be sufficient to prepare forthe operating systems component of the exam.applied operating system concepts a. silberschatz, p. galvin, and g. gagne. john wiley & sons, inc., 2000.modern operating systems tane

2、nbaum 1 what is an operating system? 2 processes 3-3.6 memory management 4 files systems 5-5.2 input/output 6 deadlock 7 case study: unix (this is an alternative.)operating systems, design and implementation tanenbaum(this is an alternative.) 耶鲁大学的耶鲁大学的 osos考试参考书考试参考书1.3参考教材参考教材&1.计算机操作系统计算机操作系统

3、 汤子瀛等汤子瀛等 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社2.操作系统教程操作系统教程 陆丽娜陆丽娜 齐勇等齐勇等 西安交通大学大学出版社西安交通大学大学出版社3.modern operating system andrew s.tanenbaum4.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5.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1.41: introduction 引论引论what is an operating system?什么是操作系统？什么是操作系统？simple batch syst

4、ems简单批处理系统简单批处理系统multiprogramming batched systems多道程序批多道程序批处理系统处理系统time-sharing systems分时系统分时系统personal-computer systems 个人计算机系统个人计算机系统parallel systems并行系统并行系统distributed systems分布式系统分布式系统real -time systems实时系统实时系统1.51: introduction 引论引论本章学习目标：本章学习目标： 学习操作系统基本原理，要了解其在计学习操作系统基本原理，要了解其在计算机系统中的地位算机系统中的

5、地位 了解此地位的形成过程，即的了解此地位的形成过程，即的发展历史发展历史 了解了解os的基本特征和功能的基本特征和功能 当前流行的几种主要操作系统当前流行的几种主要操作系统1.6the goal of os 引入引入os的目标的目标方便性（用户的观点）：方便性（用户的观点）：提供良好的、一致的用提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别的不便户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别的不便有效性（系统管理人员的观点）：有效性（系统管理人员的观点）：管理和分配硬管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程可扩充性和开放性（开放的观点）：可

6、扩充性和开放性（开放的观点）：操作系统本操作系统本身的功能和管理策略、硬件的类型和规模、多个身的功能和管理策略、硬件的类型和规模、多个系统之间的资源共享和互操作系统之间的资源共享和互操作1.7os是计算机硬件、软件资源的管理者是计算机硬件、软件资源的管理者os是用户使用计算机硬件系统的接口是用户使用计算机硬件系统的接口os是扩展机是扩展机(extended machine)/虚拟机虚拟机(virtual machine)what is an operating system?什么是操作系统？什么是操作系统？1.8what is an operating system?什么是操作系统？什么是操作

7、系统？os是计算机硬件、软件资源的管理者是计算机硬件、软件资源的管理者 管理对象：管理对象：cpu、存储器、外部设备、信息（数、存储器、外部设备、信息（数据和软件）；据和软件）； 管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括用户权限）。略（包括用户权限）。 os的主要功能也正是针对这四类资源进行有效管的主要功能也正是针对这四类资源进行有效管理，即：处理机管理、存储器管理、理，即：处理机管理、存储器管理、i/o设备的管设备的管理以及文件管理。理以及文件管理。1.9计

8、算机系统的组成计算机系统的组成图图.1计算机系统的组成计算机系统的组成计计算算机机系系统统资资源源系统硬件系统硬件资源资源系统软件系统软件资源资源指构成计算机指构成计算机系统所必须配系统所必须配置的那些置的那些“硬硬的的”设备设备主机主机中央处理机中央处理机cpu内存内存外部设备外部设备是一个计算机系统是一个计算机系统必须配置的必须配置的程序和程序和数据数据的集合的集合,即信息即信息系统软件（系统软件（操作系统操作系统、语言编译器、数据库管理系统）、语言编译器、数据库管理系统）应用软件应用软件 （cad、mis、用户自己开发的系统等）、用户自己开发的系统等）工具软件（软、硬件检测诊断程序）工具

9、软件（软、硬件检测诊断程序）i/o设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）其它设备（其它设备（modem、通信口）、通信口）1.10what is an operating system?什么是操作系统？什么是操作系统？os是扩展机是扩展机(extended machine)/虚拟机虚拟机(virtual machine) 在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理（针对内存在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理（针对内存和外存）、处理机管理（针对和外存）、处理机管理（针对cpu） “虚拟机虚拟

10、机”：一个裸机在每加上一层软件后，就变成了一个一个裸机在每加上一层软件后，就变成了一个功能更强的机器，把这功能更强的机器，把这“新的功能更强的机器新的功能更强的机器”称作虚拟机称作虚拟机。 从操作系统结构出发，把操作系统分成若干个层次，每一层从操作系统结构出发，把操作系统分成若干个层次，每一层次都对上一层次扩充形成一个虚拟机；高层次屏蔽低层次的次都对上一层次扩充形成一个虚拟机；高层次屏蔽低层次的功能细节，低层向高层提供服务功能细节，低层向高层提供服务, 整个操作系统由若干个虚拟整个操作系统由若干个虚拟机叠加而成。机叠加而成。 os的地位的地位：紧挨硬件层的第一层软件，对硬件进行首次扩充紧挨硬件

11、层的第一层软件，对硬件进行首次扩充，同时又是其他软件运行的基础。，同时又是其他软件运行的基础。1.11what is an operating system?什么是操作系统？什么是操作系统？os是用户使用计算机硬件系统的接口是用户使用计算机硬件系统的接口 系统命令（命令行、菜单式、图形用户接口系统命令（命令行、菜单式、图形用户接口gui）；）； 系统调用（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用）。系统调用（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用）。用户应用程序系统调用 命令 图标、窗口操作系统计算机硬件1.12what is an operating system?什么是操作系统？什么是操作系

12、统？a program that acts as an intermediary between a user of a computer and the computer hardware. 在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序。在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序。operating system goals: 操作系统目标操作系统目标 execute user programs and make solving user problems easier. 执行用户程序并使用户问题更易解决。执行用户程序并使用户问题更易解决。 make the computer sy

13、stem convenient to use. 使计算机系统更易使用。使计算机系统更易使用。 use the computer hardware in an efficient manner. 以一种有效的方式使用硬件。以一种有效的方式使用硬件。1.13abstract view of system components系统部件的抽象观点系统部件的抽象观点1.14操作系统在计算机系统中的地位操作系统在计算机系统中的地位计算机硬件操作系统系统工具应用软件应用用户应用开发人员操作系统开发人员os的地位的地位：紧挨硬件层的第一层软件，对硬件进行首紧挨硬件层的第一层软件，对硬件进行首 次扩充，同时又是

14、其他软件运行的基础。次扩充，同时又是其他软件运行的基础。1.15operating system definitions操作系统定义操作系统定义resource allocator资源分配者资源分配者 manages and allocates resources.管理和分配资源管理和分配资源control program控制程序控制程序 controls the execution of user programs and operations of i/o devices .控制用户程序的运行和控制用户程序的运行和i/o设备的操作设备的操作kernel 内核内核 the one progr

15、am running at all times (all else being application programs).在全时运行的在全时运行的一个程序（其他的是应用）一个程序（其他的是应用）1.16operating system definitions操作系统定义操作系统定义自底向上自底向上-os是用来高效地控制和管是用来高效地控制和管理系统资源的程序集合。理系统资源的程序集合。 自顶向下自顶向下-os是为用户提供一个等价是为用户提供一个等价的扩展计算机或称虚拟机，以方便用的扩展计算机或称虚拟机，以方便用户使用计算机的程序集合。户使用计算机的程序集合。 1.17operating sy

16、stem definitions操作系统定义操作系统定义操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程，以及方便用户的程序的集合。理地组织计算机工作流程，以及方便用户的程序的集合。有效：系统效率，资源利用率，（如：有效：系统效率，资源利用率，（如：cpu利用的充足与否，内存、利用的充足与否，内存、外部设备是否忙碌）外部设备是否忙碌）合理：资源分配公平与否，如果不公平则会产生合理：资源分配公平与否，如果不公平则会产生“死锁死锁”或或“饥饿饥饿”方便：用户界面、编程接口，方便用户的使用方便：用户界面、编程接口，方便用户的使

17、用何为何为“饥饿饥饿”：以对称多处理系统（：以对称多处理系统（smp）为例，所有处理器是相同）为例，所有处理器是相同的，当采用静态进程分配方式时，每个的，当采用静态进程分配方式时，每个cpu都有一专用的就绪队列，都有一专用的就绪队列，进程阻塞后再次就绪时，仍被挂在这个就绪队列中，因而它下次仍在进程阻塞后再次就绪时，仍被挂在这个就绪队列中，因而它下次仍在此此cpu上执行。也就是说，一个进程只能在同一个上执行。也就是说，一个进程只能在同一个cpu上执行，即使上执行，即使其他的其他的cpu空闲也不能在其他空闲也不能在其他cpu上执行。这样就会产生有的上执行。这样就会产生有的cpu很很忙，而有的忙，而

18、有的cpu则很空闲，即处于饥饿状态。则很空闲，即处于饥饿状态。1.18t操作系统是随着计算机硬件技术、操作系统是随着计算机硬件技术、应用软件的发展而发展的应用软件的发展而发展的t目标：充分利用硬件目标：充分利用硬件 提供更好的服务提供更好的服务大型机大型机 pc pc机机 后后pcpc时代时代操作系统的发展操作系统的发展1.19操作系统的发展操作系统的发展操作系统历史划分为操作系统历史划分为5 5个阶段个阶段: :第第1阶段阶段 （1948-1970）第第2阶段阶段 （1970-1985）第第3阶段阶段 （1981-）第第4阶段阶段 （1981-）第第5阶段阶段 （1995-）1.20 第第1

19、阶段阶段 （1948-1970）硬件昂贵，人工便宜硬件昂贵，人工便宜 更有效地利用硬件资源更有效地利用硬件资源 缺乏用户和计算机之间的交互缺乏用户和计算机之间的交互控制台：一次一个用户控制台：一次一个用户批处理：装入程序批处理：装入程序运行运行打印输出（保护：无）打印输出（保护：无）数据通道、中断：数据通道、中断：i/o和计算重叠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）统（需要存储保护）操作系统必须管理所有程序的交接、运行，复杂操作系统必须管理所有程序的交接、运行，复杂1.21首次面对重大失败首次面对重大失败mul

20、tics 于于 1963 年开始年开始 直至直至 1969 年才发布年才发布ibm 的的 os/360 发布时发布时 带着已知的带着已知的 1000 个错误个错误1.221.23第第2阶段阶段 （1970-1985）硬件便宜，人工昂贵硬件便宜，人工昂贵交互分时：交互分时： 利用便宜的终端利用便宜的终端 多个用户同时与系统交互多个用户同时与系统交互 牺牲牺牲cpu时间时间 用户得到更好的响应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、编辑等用户可以在线工作：开发、调试、编辑等问题：增加用户时问题：增加用户时 , 系统性能降低系统性能降低 （响应时间、抖动）（响应时间、抖动）1.24

21、成功案例成功案例一群计算机迷在贝尔实验室开发出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初衷：可以在一台无人使用的dec pdp-7 小型计算机小型计算机上玩星际探险游戏上玩星际探险游戏ken thompson，dennis ritchie1983年图灵奖获得者年图灵奖获得者1999年年4月月 美国国家技术金奖美国国家技术金奖1.251.261.27第第3阶段阶段 （1981-）硬件非常便宜，人工非常昂贵硬件非常便宜，人工非常昂贵 面临挑战：如何利用计算机面临挑战：如何利用计算机 充分节约人力充分节约人力个人计算时代个人计算时代 开始开始: pc硬件资源有限硬件资源有限

22、一次运行一个程序一次运行一个程序 os是一是一个例程库个例程库 回归简单回归简单 逐渐逐渐: pc资源丰富资源丰富 os又成为一个庞然大物（大型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存储保护、多道程序设计又出现1.28第第4阶段阶段 （1981-）分布式系统分布式系统 网络：允许不同机器很容易共享资源网络：允许不同机器很容易共享资源 （打印机、文件服务器、（打印机、文件服务器、web服务器）服务器） 客户客户/服务器模型服务器模型需解决的问题：共享，安全需解决的问题：共享，安全1.29第第5阶段阶段 （1995-）移动系统时代移动系统时代 各种移动设备出现（笔记本、各种移

23、动设备出现（笔记本、pda等等）等等）特点：小型、移动、便宜特点：小型、移动、便宜 但有限能力但有限能力无线支持无线支持 可以可以 leverage 分布式系统的资源分布式系统的资源1.30历史上的操作系统历史上的操作系统随历史线索，介绍一些重要的操作系统随历史线索，介绍一些重要的操作系统fms（fortran monitor system）和）和ibmsys（ibm为为7094配备的操作系统）配备的操作系统）ctss（compatible time sharing system）unix类、类、linuxms-dos 、windows1.31批处理操作系统批处理操作系统fms（fortran

24、 monitor system，fortran监控系监控系统）统）ibmsys（ibm为为7094机配备的操作系统）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批处理构成1.32第一个分时系统（第一个分时系统（ctss）由）由 mit的的fernando corbato 等等1961年在一改装的年在一改装的ibm 7090/94机上开发成功（有机上开发成功（有32个个交互式用户）交互式用户）ibm 7090/94计算机有计算机有32k内存，系统用内存，系统用5k，用户用，用户用27k，用户存储映象在内存和一台磁

25、鼓之间切换，用户存储映象在内存和一台磁鼓之间切换1962年年manchester大学的大学的atlas计算机投入运行计算机投入运行第一个有虚拟存储器第一个有虚拟存储器(virtual memory)和页面调度和页面调度(paging) 的机器的机器指令执行是指令执行是 pipelined 的的第一个分时操作系统第一个分时操作系统ctss1.33multics的灾难的灾难1965年在年在arpa的支持下，的支持下，mit、贝尔实验室和通用电、贝尔实验室和通用电气公司决定开发一种气公司决定开发一种“公用计算服务系统公用计算服务系统”， 希望能希望能够同时支持整个波士顿所有的分时用户。该系统称作够同

26、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：设计目标是：便利的终端使用便利的终端使用大量远程终端通过电话线接入大量远程终端通过电话线接入计算机主机计算机主机高可靠的大型文件系统高可靠的大型文件系统大容量的用户信息共享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；存储和构造层次化信息结构的能力1.34multics研制难度超出所有人的预料（研制难度超出所有人的预料（pl/1语言）语言）长期研制工作达不到预期目标，长期研制工作达不到预期目标，1969年年4

27、月贝尔实验室月贝尔实验室退出，通用电气公司也退出退出，通用电气公司也退出最终，最终，mit坚持下来，坚持下来，multics成功运行，成为商业成功运行，成为商业产品（通用汽车、福特、美国国家安全局等）产品（通用汽车、福特、美国国家安全局等）运行运行multics的计算机系统在九十年代中陆续被关闭的计算机系统在九十年代中陆续被关闭（加拿大国防部于（加拿大国防部于2000年年10月月30日日17:08）multics的意义的意义 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统特别是unix的成功有着巨大的影响的成功有着巨大的影响 mu

28、ltics1.35unixunix是现代操作系统的代表。是现代操作系统的代表。unix运行时的安全性、可靠运行时的安全性、可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖促使促使unix系统成功的因素：系统成功的因素： 首先，由于首先，由于unix是用是用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 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、pc机、工作站直机、工作站直至巨型机上运行的操作系统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

29、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1.36ibm在在1981年推出个人计算机，宣布了年推出个人计算机，宣布了dos操作系统操作系统ms dos有优良的文件系统，但受到有优良的文件系统，但受到intel x86体系结构的体系结构的限制限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1981的的 1.0版到版到1998年在年在windows 95/98之下的之下的7.0版版，ms dos历经了历经了16个年头个年头迄今仍有迄今仍有ms dos爱好者开发各种爱好者开发各种dos软件产

30、品软件产品微软微软ms dos1.37一波三折的微软一波三折的微软windows操作系统操作系统1983年年10月，月，pc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1983年年11月月10日宣布推出日宣布推出windows操作系统操作系统直到直到1985年年11月月20日，日，windows 1.0才正式上市才正式上市1992年年4月，推出月，推出windows 3.1，1993年年5月，发表月，发表windows ntwindows 95/98，windows ce，windows 2000/xp，windows se

31、rver 2003（.net）longhorn1.38longhornlonghorn的一般特性的一般特性 客户端客户端windows操作系统操作系统 架构式操作系统架构式操作系统 子系统：子系统： avalon indigo winfs 集成某些中间件软件来完成某些任务，包括：集成某些中间件软件来完成某些任务，包括： 新的媒体播放功能，浏览器新的媒体播放功能，浏览器1.39longhorn（续）（续）longhorn api 遵从遵从.net框架，是框架，是.net的最新发展的最新发展 提供可管理执行环境提供可管理执行环境 支持语言：支持语言：c# 、c+ 、j# 、vb.net 、 lon

32、ghorn的新功能的新功能 定义了新的应用模式定义了新的应用模式 可信计算和安全可信计算和安全 丰富的存储和数据访问手段丰富的存储和数据访问手段 通信与协同通信与协同 丰富的表达和媒体功能丰富的表达和媒体功能1.40基于微内核的基于微内核的mach操作系统操作系统1975年年rochester大学开发了大学开发了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 移居到移居到cmu后，在后，在darpa支持下，支持下，1984年开始了年开始了mach的开发的开发希望希望mach能与能与unix兼容，运行线程，更好的进程通信机制，支持多处兼容，运行线程，更好的进程通

33、信机制，支持多处理机及好的虚拟存储系统理机及好的虚拟存储系统mach第一个版本是第一个版本是1986年为年为vax 11/784四四cpu多处理机发布多处理机发布1988年的年的mach 2.5版包含了大量的版包含了大量的bsd unix的代码的代码1989年，年，mach 内核中去掉了所有的内核中去掉了所有的bsd unix的代码，剩下了一个纯的代码，剩下了一个纯的的mach微内核，这就是微内核，这就是mach 3.0版本，它是版本，它是osf发布的基础发布的基础1.41mach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

34、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mach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/1，dce unix, next等等等等mach操作系统操作系统1.42 internet时代与时代与linux1990年秋天，年秋天，linus在芬兰首都赫尔辛基大学学习操作系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，统课程，因为上机需要排队等待，linus买了台买了台pc机，开机，开发

35、了第一个程序，程序包括两个进程，向屏幕上写字母，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然后用定时器来切换进程linus需要终端仿真程序来存取需要终端仿真程序来存取usenet新闻组的内容，于新闻组的内容，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、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、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

36、者至少是它的一个内核原型，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的方式问世就以这样极其古怪但也极其自然的方式问世1.43操作系统领域中新的操作系统操作系统领域中新的操作系统有线电视机顶盒领域有线电视机顶盒领域 powertv掌上计算机领域掌上计算机领域 palm os数字影像领域数字影像领域 digita手机手机 symbian，smartphone，palm os其他其他 nucleus，vxworks嵌入式嵌入式linux：uclinux，monta vista linux，lynxos1.44研究中的新的操作系统研究中的新的操作系统哈佛大学的哈佛大学的vino，使应

37、用得以重用内核构件，使应用得以重用内核构件犹他州大学的犹他州大学的oskit，提供构造操作系统所需的基础构件，提供构造操作系统所需的基础构件，也提供高层次构件。，也提供高层次构件。oskit可用来构造新的可用来构造新的osmit exokernel,该系统只有一个极小的核。系统抽象通该系统只有一个极小的核。系统抽象通过过library operating system完成完成加州大学伯克利分校加州大学伯克利分校now集群操作系统，集群操作系统，100台台ultra sparc-i处理机集群，排名于世界最快的处理机集群，排名于世界最快的200台超级计算台超级计算机之内机之内nasa空间飞行中心空

38、间飞行中心(gsfc)研制研制beowulf项目开始于项目开始于1994年，用商业化的微型计算机，年，用商业化的微型计算机，linux和以太网等构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造集群。已有世界各地的约六十个大学和研究机构在使用用1.45国内操作系统的研制状况国内操作系统的研制状况60年代末至年代末至70年代初年代初 杨芙清院士主持杨芙清院士主持 我国第一台百万次集成电路计算机（我国第一台百万次集成电路计算机（150）操作系统）操作系统 支持多道程序运行，在石油勘探领域成功应用支持多道程序运行，在石油勘探领域成功应用70年代中后期年代中后期 杨芙清院士主持杨芙清院士

39、主持 我国第一个全部用高级语言书写的我国第一个全部用高级语言书写的djs240机操作系统机操作系统djs200/xt2 层次管程结构模型层次管程结构模型1.46国内操作系统的研制状况（续）国内操作系统的研制状况（续）gx73多机实时操作系统（多机实时操作系统（1978年）年） 国防科技大学，国防科技大学，1980年装在年装在“远望远望”-i 号航天测量船上，完成了向太平号航天测量船上，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、控制任务步地球卫星的测控、定轨、控制任务“银河银河”-1

40、 yhos巨型操作系统（巨型操作系统（1983年）国防科技大学，用于年）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 国产国产unix类操作系统（国家八五、九五重点科技攻类操作系统（国家八五、九五重点科技攻关成果，以中软为首，联合国内关成果，以中软为首，联合国内18个单位共同完成）个单位共同完成） 微内核结构，安全级别超过微内核结构，安全级别超过b1，中文界面，中文界面嵌入式操作系统：嵌入式操作系统：hopen，deltaos，smarteoslinux类操作系统：中

41、软类操作系统：中软linux、红旗、红旗linux、东方、东方linux1.47操作系统的标准化操作系统的标准化如果没有标准化：如果没有标准化：各个操作系统之间不能兼容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大量应用软件无法在不同的操作系统平台上通用后果后果t投资增加投资增加t开发周期加长开发周期加长t用户掌握困难，影响推广应用用户掌握困难，影响推广应用1.48操作系统的国际标准操作系统的国际标准操作系统的国际标准操作系统的国际标准posix 标准（标准（1003）iso/iec 9945-1:1990information technology portable o

42、perating system interface同时被同时被 x/open 接纳为操作系统标准接纳为操作系统标准其中其中9945-4（即（即 posix 1003.4）为实时部分）为实时部分1.49操作系统的国际标准（续）操作系统的国际标准（续）操作系统的国家标准操作系统的国家标准 gb/t 14246.11995 可移植操作系统可移植操作系统界面界面 等同于等同于 posix 1003.11.50通用操作系统的标准化通用操作系统的标准化unix 的标准化的标准化1970年代早期的年代早期的unix是一个版本是一个版本各个厂家开发出各自的各个厂家开发出各自的unix版本，各自互不兼容版本，各

43、自互不兼容1987年年at&t/sun组织了组织了unix international 其他公司组织了其他公司组织了open software foundation (osf)tosf发布了发布了posix.1tunix international (ui)发布了发布了ultrix 4.2t经过长时间的斗争，经过长时间的斗争，unix基本统一在基本统一在open group标准：标准：ieee posix（portable operating system interface）最新版本遵守最新版本遵守single unix specificationunix 93, unix 95,

44、unix 98 ，最新，最新 unix 031.51通用操作系统的标准化通用操作系统的标准化linux 标准化标准化由由free standards group（fsg）承担）承担主要标准化项目：主要标准化项目：tlinux standard base (lsb) lsb定义在不同硬件体系结构上的定义在不同硬件体系结构上的 linux的二进的二进制接口制接口topeni18n (formerly li18nux)。 openi18n涉及不同语言应用的共同国际标准涉及不同语言应用的共同国际标准t有机构正在从事电信级有机构正在从事电信级linux标准化标准化 linux标准化在中国标准化在中国已发

45、布了征求意见稿已发布了征求意见稿1.52嵌入式操作系统的标准化嵌入式操作系统的标准化open group 组织组织real-time and embedded systems forum开始了嵌入式操作系统的标准化工作开始了嵌入式操作系统的标准化工作当年发布当年发布posix realtime测试套件：测试套件：tposix 1003.1d-1999 (additional realtime extensions) tposix 1003.1j-2000 (advanced realtime extensions)embedded linux consortium (elc) 从事嵌入式从事嵌

46、入式 linux标准标准2003年元月，年元月，elc发布了发布了elc platform specification (elcps)1.53嵌入式操作系统的标准化嵌入式操作系统的标准化日本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是在日本运用最广的嵌入式操作系统日本成立了日本成立了tron协会，专门从事嵌入式操作系协会，专门从事嵌入式操作系统标准化统标准化汽车电子嵌入式操作系统的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开发规范osek/vdxosek/vdx

47、操作系统标准，定义了一个可缩放的操作系统标准，定义了一个可缩放的操作系统标准操作系统标准1.54操作系统的发展历史操作系统的发展历史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：“需求推动发展需求推动发展”：充分利用硬件，提供更好的服务充分利用硬件，提供更好的服务 (1) 提高资源的利用率和系统性能：计算机发展的初期，提高资源的利用率和系统性能：计算机发展的初期，计算机系统昂贵，用作集中计算计算机系统昂贵，用作集中计算(2) 方便用户：用户上机、调试程序，分散计算时的事务方便用户：用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户（商业和办公、家庭）处理和非专业用户（商业和办公、家

48、庭）(3) 器件的发展：器件的发展：cpu的位宽度（指令和数据）、快速外的位宽度（指令和数据）、快速外存存(4) 计算机体系结构的不断发展：单处理机、多处理机、计算机体系结构的不断发展：单处理机、多处理机、计算机网络计算机网络1.551.1.没有程序设计语言（甚至没有汇编），没有程序设计语言（甚至没有汇编），更谈不上操作系统更谈不上操作系统2.2.程序员提前预约一段时间，然后到机房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将他的插件板插到计算机里3.3.期盼着在接下来的时间中几万个真空管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不会烧断，从而可以计算自己

49、的题目4.4.没有存储器，只有没有存储器，只有2020个暂存器，它的程个暂存器，它的程序是外插型的，指令存储在计算机的其序是外插型的，指令存储在计算机的其他电路中。这样，解题之前，必需先写他电路中。这样，解题之前，必需先写好所需的全部指令，通过手工把相应的好所需的全部指令，通过手工把相应的电路联通。电路联通。这种准备工作要花几小时甚这种准备工作要花几小时甚至几天时间，而计算本身只需几分钟至几天时间，而计算本身只需几分钟。计算的高速与程序的手工存在着很大的计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。矛盾。eniaceniac计算机计算机运算速度：运算速度：10001000次次/ /秒秒, , 数万个

50、真空管数万个真空管, , 占地占地100100平方平方米米1.565050年代早期年代早期出现了穿孔卡片出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机程序写在卡片上然后读入计算机但计算过程则依然如旧但计算过程则依然如旧无操作系统时的计算机系统手工操作方式无操作系统时的计算机系统手工操作方式1.57无操作系统时的计算机系统手工操作方式无操作系统时的计算机系统手工操作方式1946 50年代（电子管计算机），集中计算（计算中心），计算机年代（电子管计算机），集中计算（计算中心），计算机资源昂贵；资源昂贵；工作方式：采用人工操作方式直接使用计算机硬件工作方式：采用人工操作方式直接使用计算机硬件 用户：用户

51、既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员 编程语言：机器语言；编程语言：机器语言； 输入输出：纸带或卡片；输入输出：纸带或卡片；缺点缺点 用户独占全机：一台计算机的全部资源只能由一个用户占用，用户独占全机：一台计算机的全部资源只能由一个用户占用，资源利用率低；资源利用率低； cpu等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；手工卸取纸带或卡片；cpu利用率低利用率低1.58主要矛盾主要矛盾 “人机矛盾人机矛盾”：人工操作方式与机器利：人工操作方式与机器利用率的矛

52、盾；用率的矛盾； cpu与与i/o之间速度不匹配的矛盾。之间速度不匹配的矛盾。提高效率的途径提高效率的途径 批处理（批处理（batch） 脱机输入输出方式（脱机输入输出方式（off-line i/o）1.59simple batch systems简单批处理系统简单批处理系统reduce setup time by batching similar jobs批量处理同类作业减批量处理同类作业减少了设置时间少了设置时间automatic job sequencing 自动作业调度自动作业调度 automatically transfers control from one job to anot

53、her. first rudimentary operating system.自动把控制从一个作业转到另一个作业。第一个自动把控制从一个作业转到另一个作业。第一个基本操作系统。基本操作系统。resident monitor常驻管理程序常驻管理程序 initial control in monitor 初始化初始化管理程序管理程序 control transfers to job 转换控制到作业转换控制到作业 when job completes control transfers back to monitor作业作业完成后转换控制回管理程序完成后转换控制回管理程序1.60memory la

54、yout for a simple batch system简单批处理系统的存储器布局简单批处理系统的存储器布局1.61运行一个作业的步骤：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）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操作员从输入室的卡片盒中读入另一个任务如果需要如果需要fortran编译器，还要把它取

55、来读入计算编译器，还要把它取来读入计算机机批处理操作系统批处理操作系统 现代操作系统雏型现代操作系统雏型1.62典型的操作系统典型的操作系统fms（fortran monitor system，fortran监控系监控系统）统）ibmsys（ibm为为7094机配备的操作系统）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批处理构成1.63control cards作业控制卡作业控制卡problems问题问题1.how does the monitor know about the nature of the j

56、ob (e.g., fortran versus assembly) or which program to execute? 管理程序如何知道作业的性质（如，管理程序如何知道作业的性质（如， fortran还是汇还是汇编）或哪个程序要运行？编）或哪个程序要运行？2.how does the monitor distinguish管理程序如何区管理程序如何区别别(a) job from job?一个个的作业？一个个的作业？(b) data from program?数据还是程序？数据还是程序？solution解决解决 introduce control cards引入作业控制卡引入作业控制卡1

57、.64control cards作业控制卡作业控制卡(cont.)special cards that tell the resident monitor which programs to run特殊卡片通知管理程序哪个程序运行特殊卡片通知管理程序哪个程序运行$job$ftn$run$data$endspecial characters distinguish control cards from data or program cards特定的字符把数据卡片和程序卡片区分开来特定的字符把数据卡片和程序卡片区分开来:$ in column 1/ in column 1 and 2709 in

58、 column11.65control cards作业控制卡作业控制卡(cont.)parts of resident monitor常驻管理程序的一部分常驻管理程序的一部分 control card interpreter responsible for reading and carrying out instructions on the cards.控制卡解释器控制卡解释器 - 负责读出和执行卡上负责读出和执行卡上的指令的指令 loader loads systems programs and applications programs into memory.装载程序装载程序 - 把

59、系统程序和应用程序调入内存把系统程序和应用程序调入内存 device drivers know special characteristics and properties for each of the systems i/o devices.设备驱动程序设备驱动程序 - 了解系统每一个了解系统每一个i/o设备的特点和性质设备的特点和性质problem: slow performance i/o and cpu could not overlap ; card reader very slow.问题：慢问题：慢 - i/o和和cpu不可能彼此覆盖；卡片阅读器很慢不可能彼此覆盖；卡片阅读器很慢

60、solution: off-line operation speed up computation by loading jobs into memory from tapes and card reading and line printing done off-line.解决：脱机操作解决：脱机操作 - 从磁带和卡片调作业进入内存，而打印机脱机，加速从磁带和卡片调作业进入内存，而打印机脱机，加速运算运算1.66off-line i/o由于程序和数据的输入和输出都是在外围机由于程序和数据的输入和输出都是在外围机/卫星机的控制下完成的，或卫星机的控制下完成的，或者说它们是在脱离主机的情况下进行的，故称为脱机输入输出