第一章计算机操作系统概论

高级操作系统

参考书目

・张尧学，史美林，计算机操作系统教程（第A*

二版），清华大学出版社

课程主要内容

•操作系统概论

•进程管理

•并发性：同步、互斥和死锁

・调度

・存储管理

•文件系统

•设备管理

第一章操作系统概论

1」什么是操作系统？

1.2操作系统的发展历史

1.3操作系统的分类

1.4操作系统的特征

1.5操作系统的功能

1.6操作系统的硬件环境

1.7研究操作系统的几种观点

1.8操作系统结构

1.9常用的操作系统

1.1什么是操作系统?

U-1操作系统的地位

1.1.2操作系统的作用和组成

1.1.3操作系统的定义

计算机系统的组成

操作系统在计算机系统中的地位

应用用户

应用开发人员

应用软件

操作系统

系统工具开发人员

操作系统

计算机硬件

’操作系统的地位：紧砧统硬件之上，所有1

1.1.2操作系统的作用

操作系统的作用（1）

OS是计算机硬件、软件资源的管理者

・管理对象包括：CPU、存储器、外部设

备、信息（数据和软件）；

・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

操作及相应管理策略。

操作系统的作用（2）

OS是用户使用系统硬件、软件的接口

os提供的两个用户接口：

•命令级接口（命令行、菜单式、命令脚本式、

图形用户接口GUI）：供一般用户使用。

•程序级接口（系统调用，形式上类似于过程调

用，在应用编程中使用）：供程序员使用。

命令级接口

命令级接口分为两种：

-联机用户接口：（交互式用户接口）

-脱机用户接口：（批处理用户接口）

联机用户接口

联机命令接口有两种方式

-键盘命令方式

-命令文件方式

(1)键盘命令方式

通过逐条输入键盘命令语句，经解释后执行，以

控制作业运行的一种方式，通常包括：

•系统管理

•环境设置

•编辑修改、编译、链接和运行命令

•文件管理命令

・操作员专用命令(执行权限管理)

・通信

­资嘉要求

(2)命令文件方式

-是用键盘命令语言编写的一个键盘命令语言程

序—命令文件。

-一旦建立命令文件后，系统可连续执行若干条

命令并且可以多次重复执行。命令文件中可以

进行参数传递，也可以嵌套的方式调用其他的

命令文件。

图形用户接口（GUI）

­在命令行（CLI）方式下，用户与操作系统的交

互要求用户记忆命令格式。

•在图形用户接口方式下，用户可利用鼠标对屏幕

上的图标进行操作，完成与操作系统的交互。它

的技术基础是高分辩显示器和鼠标。

-图形用户接口元素：窗口、图标、菜单、对

话框

-图形用户接口元素的基本操作：菜单操作、窗

口操作、对话框操作

脱机用户接口

•脱机用户接口：

-批处理用户接口，由一组作业控制命令（或称

作业控制语言）组成。

-脱机用户将事先用相应的作业控制语言（JCL）

将作业控制命令写成的作业操作说明书，连同

其作业一起提交给系统。

-由系统中命令解释程序对其操作说明书上的命

令逐条解释执行。

程序级接口（系统调用）

程序接口

•是OS专门为用户程序设置的，也是用户

程序取得OS服务的唯一途径

•通常由各种各样的系统调用所组成

系统调用的概念

•系统调用的基本概念：是OS提供给编程人员的唯

一接口

•系统调用是由操作系统中的一段程序来完成特定

功能的，属于一种特殊的过程调用。有的计算机

系统中，把它称为广义指令。

•调用的方式：采用访管方式来实现。通过产生一

个访管中断，使处理机由目态（用户态）转为管

态（系统态）。

系统调用的功能（以UNIX为例）

1）设备管理：2）文件管理：文件读写和文件控制;

设备的读写和控制;Open文件打开

Close文件关闭

loctl设备配置Read读文件

Open设备打开Write写文件

Close设备关闭seek读写指针定位

Read读设备Create文件创建

Write写设备Stat读文件状态

Mount安装文件系统

chmod修改文件属性

3）进程控制：创建、中止、暂停等控制；

Fork创建进程

Exit进程自我终止

Wait阻塞当前进程

Sleep进程睡眠

Getpid读父进程标识

4）进程通信：消息队列、共享存储区、socket等通信渠道

的建立、使用和删除；

5）存储管理：内存的申请和释放；

6）系统管理：设置和读取时间、读取用户和主机标识等；

gtime读取时间

Stime设置时间

getuid读取用户标宙”一■—

系统调用的实现过程

用户程序陷入处理机构系统子程序

系统调用与一般过程调用的区别

-运行状态不同（核心态•用户态）

-进入的方式不同（执行trap（int）指令■调用过程

名）

-代码层次不同（操作系统代码■用户程序代码）

操作系统的作用(3)

OS是虚拟机(virtualmachine)

虚拟机：一个裸机在加上一层软件后，就变

成了一个功能更强的机器，我们把这种“功

能更强的机器”称之为“虚拟机”。

目的:提供硬件的高层界面，取消硬件限制

一操作系统可以提供无限的内存、无限的CPU

在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储

管理、处理机管理，让用户使用更加方便

操作系统的组成

•核心(kernel)：负责管理计算机系统的资源,

记录它们的状态，负责分配、使用和释放。

•外壳(shell)：计算机系统与用户之间的命令

接口，用户通过它来使用计算机。

也称为命令解释程序。

1.1.3操作系统的定义

在此我们给出操作系统的定义：

操作系统是一种管理计算机系统资源,

控制系统工作流程，方便用户使用计算机

的系统软件。

1.2操作系统的发展历史

121手工操作

1.2.2单道批处理系统

1.2.3多道批处理系统

1・2.4分时系统

1.2.5实时系统

126UNIX革命

1.2.7PC机操作系统

1.2.8两大发展方向■宏观应用和微观应用

1.2.1手工操作

1946〜50年代（电子管），集中计算（计算中心），

计算机资源昂贵；-操作系统的史前文明

•工作方式

-无操作系统，甚至没有任何软件

-用户：用户是计算机专业人员，独占计算机，完全手工操

作，用户在控制台（显示灯、触发器等）前调试程序。

-编程语言：机器语言，解决数值计算问题；

-输入输出：穿孔卡片；

计算速度慢（几千次/秒）

纸带（卡片）■＞输入机■＞计算机■＞打印输出结果・＞取走纸带

1个程序计算机（一千次/秒）30分钟完成手工卸下3分钟

计算机（一万次/秒）3分钟完成手工卸下3分钟

■计算机的工作特点

-用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，

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，手工卸取纸带或卡片；CPU利用

率低；

50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

•主要矛盾

-计算机处理能力的提高，手工操作的低效率;

-用户独占全机的所有资源；

•提高效率的途径

-专门的操作员，批处理

1.2.2单道批处理系统

（simplebatchprocessing）

50年代末〜60年代中（晶体管）：利用磁带把若干个作业

分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程

序（Monitor）自动依次处理-操作系统的雏形。

•批处理中作业的组成：

-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成，

由监督程序按作业说明书依次处理。

$END

Dataforprogram不

__$RUN

$LOAD

Fortranprogram——

$FORTRAN

$JOB,10,429754

CherryChen

批处理方式

•用户提交作业：以纸带或卡片为介质；

•操作员合成批作业：结果为磁带介质；

•监督程序(monitor)负责作业运行的自动调度，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。

•一批作业完成，开始处理下一批作业。

批处理系统

卡

片

阅

读

机

ADOI八，ccP

输出磁带

输入磁带

OperatingSystem

监督程序的缺点

•监督程序、系统程序和用户程序存在调用关

系（它们是平级的），任何环节出问题，整

个系统都会停顿；

•用户程序也可能破坏监督程序和系统程序，

这时只有操作员进行干预才能恢复，因而系

统缺乏安全性。

通道和中断技术

60年代初，发展了通道技术和中断技术，这些技术的出现

使监督程序在负责作业运行的同时提供I/O控制功能。

•通道：用于控制I/O设备与内存间的数据传输。启动后可独

立于CPU运行，实现CPU与I/O的并行。

-通道有专用的I/O处理器，可与CPU并行工作

-可实现I/O联机处理

•中断是指CPU在收到外部中断信号后，停止原来工作，转

去处理该中断事件，完毕后回到原来断点继续工作。

-中断处理过程：中断请求，中断响应，中断点（暂停当前任务并

保存现场），中断处理例程，中断返回（恢复中断点的现场并继

续原有任务

•监督程序发展为执行系统（executivesystem）,常驻内存,

不仅负责作业的自动调度，而且提供I/O控制功能。用户程

序的输入输出工作都是由系统执行而无人工干预，由系统

检查命令的合法性，从而提高了系统的安全。

单道批处理的主要问题

•CPU和I/O设备使用忙闲不均：

-对计算为主的作业，外设空闲；

-对I/O为主的作业，CPU空闲；

因此总的来说，计算机资源的使用效率仍然

不高。由此又引入了多道批处理。

1.2.3多道批处理系统

(multiprogrammingsystem)

60年代中〜70年代中(集成电路)，利用多道批处理提高资

源的利用率。■现代意义上的操作系统的出现

•多道批处理的运行特征

-多道：内存中同时存放几个作业；

-宏观上并行运行：都处于运行状态，但都未运行完；

-微观上串行运行：各作业交替使用CPU；

-在当前运行的作业需作I/O处理时，CPU转而执行另一个

作业。

job1

job2

job3

在主存中可同时有若干个作业，CPU在其中进行切换

Multiprogramming

ProgramA

ProgramBWallRunWaltRunWalt

ProgramCWall

Combined

Time

(c)Multiprogrammingwiththreeprograms

-10(口-MM

-100侪

Memory

-网

-

TOO保

TtrmliKil

-HJO^

Printer

JobIlhtory

(a»Inipnigramming

mlnutts

(l>)Multipnignimnilng

Figure2.6UtilizationHistograms

多道批处理系统的特点

•优点：

-资源利用率高：CPU和内存利用率较高；

-作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大;

•缺点：

-用户交互性差：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；

1.2.4分时系统

(time-sharingsystem)

70年代中期至今-操作系统进入实用化

・“分时”是指多个用户分享使用同一台计算机。

多个程序分时共享硬件和软件资源。

-多个用户分时：单个用户使用计算机的效率低，

因而允许多个应用程序同时在内存中，分别服务

于不同的用户。

-通常按时间片(timeslice)分配CPU：各个程序在

CPU上执行的轮换时间。

分时系统的特点

•人机交互性好：在调试和运行程序时由用

户自己操作。

•共享主机：多个用户同时使用。

•用户独立性：对每个用户而言好象独占主

机。

主机

125实时系统

(real-timesystem)

60年代中期至今.操作系统进入实用化，用于工业过程控制、

军事实时控制、金融等领域，包括实时控制、实时信息处理

•要求：要求响应时间短，必须在一定范围之内；系统

可靠性高

•硬实时：用于过程控制。如武器系统，工业生产。其

时间要求可达到毫秒以至微秒级。

•软实时：用于事务处理。如联网订票系统、银行管理

系统。一般要求秒级或毫秒级。

126UNIX革命

现代操作系统的代表60年代末开发

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

127PC机操作系统

70年代末，出现了PC机操作系统:

•MS-DOS

•Macintosh(1984)

•Windows(1992)

•Linux(1991)

1.2.8操作系统发展方向

•大型系统：分布式操作系统和集群操作系统

・微型系统：嵌入式操作系统

操作系统概念和特性的变迁

19501960197019801990

MULTICS

ainframes

nocompilerstimedistributed

softwaresharedmultiusersystems

batchmultiprocessor

resident

monitorsfaulttolerant

19601970\UNIX19801990

minicomputers

nocompilers

softwaretimemultiusermultiprocessor

residentsharedfaulttolerant

monitors

19701980UNIX1990

microcomputers

nocompilers

softwareinteractivemultiprocesso

residentmultiuser

monitors

networkcomputers

no

software

compilers

1.3操作系统的分类

13.1批处理操作系统

1.3.2分时操作系统

1.3.3实时操作系统

1.3.4多处理器操作系统

1.3.5网络操作系统

1.3.6分布式操作系统

1.3.7个人计算机操作系统

1.3.8嵌入式操作系统

1.3.1批处理操作系统

(BatchProcessingOperationSystem)

特点：

•用户脱机使用计算机：作业提交后直到获得结

果之前，用户无法与作业交互•■交互性差。

•作业成批处理，系统效率高，吞吐率高

（以下仅限多道批处理）

•多道程序并行：充分利用系统资源。

1.3.2分时操作系统

(TimeSharingOperatingSystem)

分时的定义

把计算机的系统资源(尤其是CPU时间)

进行时间上的分割，每个时间段称为一个

时间片(timeslice),每个用户依次轮流使

用时间片。

分时系统的特征

•多路性：多个用户同时工作。

-共享系统资源，提高了资源利用率。节省维护开

支，可靠性高，促进了计算机的普遍应用。

•“独占”性：各用户独立操作，互不干扰。

•及时性：系统能及时对用户的操作进行响应，显著

提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间。

•交互性：用户根据系统相应结果进一步提出新请求

1.3.3实时操作系统

（RealTimeOperatingSystem）

实时操作系统主要用于过程控制、事务处理等有实时要求的

领域，其主要特征是实时性和可靠性。

•实时系统的特征

-及时性：对用户的请求或外部事件处理必须在指定时

间内完成。

-过载保护：缓冲区排队，丢弃某些任务，动态调整任

务周期；

•过载是指进入系统的任务数目超出系统的处理能力。

-高度可靠性和安全性：容错能力（如故障自动复位）

和冗余备份（双机，关键部件）；

--专用性：它与应用程序以及外界环境关系密切。

1.3.4多处理机器操作系统

(Multi-processorOperatingSystem)

多处理器操作系统的出现是为了提高计算机系统性能和

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)。

•多处理机系统的特点

-增加系统的吞吐量

-提高系统可靠性：故障时系统降级运行

1.3.5网络操作系统

(NOS,NetworkOperatingSystem)

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。包含：

•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；

・网络功能：网络管理、网络通信、网络

安全、资源共享和各种网络应用。

1.3.6分布式操作系统

(DistributedOperatingSystem)

分布式系统：处理和控制的分散（相对于集中式系统）

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。

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。

分布式操作系统与网络操作系统的比较

•卡禺1•

-分布式系统是紧密耦合系统：分布式OS是在各机上统一建

立的“OS同质”，直接管理CPU、存储器和外设；统一进行

全系统的管理；

-网络通常容许异种OS互连，各机上各种服务程序需按不同

网络协议”协议同质,

•并行性：

-分布式OS可以将一个进程分散在各机上并行执行“进程迁移

II*

-网络OS则是各机上的进程独立。

•透明性：用户是否知道或指定资源在哪个机器上（如CPU、内

存或外设）。

-分布式系统的网络资源调度对用户透明，用户不了解所占有

资源的位置；

-网络操作系统中对网络资源的使用要由用户明确指定；

1.3.7个人计算机操作系统

(PersonalComputerOperatingSystem)

针对单用户使用的个人计算机进行优化的操作系统。

•个人计算机操作系统的特征

-应用领域：事务处理、个人娱乐，

-系统要求：使用方便、支持多种硬件和外部设备(多

媒体设备、网络、远程通信)、效率不必很高。

•常用的个人计算机操作系统

—单用户单任务：MSDOS

-单用户多任务：OS/2,MSWindows3.x,Windows

95,WindowsNT,Windows2000Professional

-多用户多任务:UNIX(SCOUNIX,Solarisx86,Linux,

—I

1.3.8嵌入式操作系统

什么是嵌入式系统？

在各种设备、装置或系统中，完成特定功

能的软硬件系统，它们是一个大设备、装置或

系统中的一部分，这个大设备、装置或系统可

以不是“计算机”。

由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统中,

因此称为嵌入式系统。

在嵌入式系统中的OS,称为嵌入式操作系统

嵌入式操作系统，是运行在嵌入式智能芯片环境中,

对整个智能芯片以及它所操作、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。

例子：

PalmOS,WindowsCE

典型嵌入式操作系统的特性

•完成某一项或有限项功能；不是通用型的

•在性能和实时性方面有严格的限制

•能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素

•占有资源少、易于连接

­系统功能可针对需求进行裁剪、调整和生成以便

满足最终产品的设计要求

嵌入式操作系统的应用

嵌入计算的各种应用特点

掌上电脑：

运算速度：100KIPS

在大小上优化、支持手写、低能耗

工业设备：

运算速度：1MIPS

安全优先，控制流程为主

军事装备

运算速度：1GFL0PS（每秒10亿次浮点运算）

〜可靠性最重要.

嵌入式操作系统的应用

嵌入式操作系统的应用

美国加州伯克利大学研制：微型智能传感器，安装TinyOS

1.4现代操作系统的特征

­并发：指两个或两个以上事件在同一时间间

隔内发生。（与“并行”的区别）

•共享：指系统中硬件和软件资源可为多个用

户同时使用（互斥共享、同时访问）

•虚拟：指物理上的一个实体变成逻辑上的多

个对应物。

■异步性：指内存中的多个进程均按照各自独

立的、不可预知的速度向前推进。

1.5操作系统的功能

1.5.1处理机管理

1.5.2存储管理

153设备管理

1.5.4信息管理

155用户接口

1.5.1处理机(CPU)管理

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

优先级等一一主动改变进程的状态

•进程同步与互斥：协调并发进程之间的推

进步骤，以协调资源共享

•进程通信：进程之间传送数据，以协调进

程间的协作

•进程调度：进程的运行切换，以充分利用

"处理机资源和提高系统性能

1.5.2存储管理

对内存资源的管理

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。

,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；

•内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：逻辑

上的扩充，提高内存利用率、扩大进程的内存

空间；

1.5.3设备管理

设备管理的目标是：方便的设备使用、提高CPU与

I/O设备利用率。

•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。

•设备分配与回收：在多用户间共享设备资源。

•缓冲区管理：匹配CPU和外设的速度，提高两

者的利用率。

1.5.4文件管理（信息管理）

解决软件资源的存储、共享、保密和保护，操作

系统中负责这一功能的部分称为文件系统。

•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。

•文件的读写管理和存取控制：解决信息安全

问题。

1.5.5用户接口

目标：提供一个友好的用户访问操作系统的接口。

操作系统向用户提供两种接口:

•系统命令接口: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

•编程接口（即系统调用）：供用户程序和系统

程序调用操作系统功能。

1.6与操作系统相关的

计算机硬件环境

任何系统软件都是硬件功能的延伸

操作系统直接依赖于硬件条件

计算机基本的硬件元素

-处理器、存储器、输入输出控制、总线、外部设备

处理器

存储系统

中断机制

I/O系统

时钟以及时钟队列

1.处理器

■单个处理器，称之为单机系统

•多个处理器，称之为多机系统

■处理器上可执行的指令分为：

-特权指令：只能由操作系统使用的指令，如果

允许用户随便使用，有可能使系统系统陷入混

SL

-非特权指令：用户只能使用非特权指令

•使得OS可以和普通程序隔离，实现保护和控

制

•处理器状态

多数系统将处理器状态划分为

管态：（管理态）操作系统管理程序运行的状态,

可以使用各种指令（特权和非特权指令）

目态：（用户态）用户程序运行的状态，只能使

用非特权指令

2,存储系统

•分层的存储体系结构

•存储保护能力，为实现用户程序虚拟地址空间隔

离和保护提供基础

•有效管理各种存储设备

3.中断机制

中断机制是操作系统得以正常工作的最重要

的手段

•它使得os可以捕获普通程序发出的系统功

能调用

・及时处理设备的中断请求

•防止用户程序中破坏性的活动等等

4.1/0机缶U

I/O机制

•操作系统管理各种系统设备的基础设施

5.时钟

时钟用于：

・OS定时

•OS多道运转能力的推动力量

1.7研究操作系统的几种观点

•作为软件的观点

讨论操作系统的界面和内部结构。

•计算机资源管理者的观点

可以从资源情况记录、资源分配策略、资源分配和回收

讨论操作系统。

•用户界面的观点

对于用户来说，并不关心操作系统的内部结构，而

关心操作系统提供了哪些命令或系统调用。

•进程管理的观点

围绕进程运行过程讨论操作系统。

1.8操作系统结构

操作系统的内部组成结构可分为:

•简单结构（无序模块方法）

­层次化结构

•微内核结构

简单结构

•常被人们形容为“大杂烧”，其实是“无结构

•包括了在物理硬件之上，系统调用之下的一切,

提供文件系统、CPU调度、存储管理和其他操

作系统功能，在一层有大量的过程（功能）。

•每个过程都可以任意调用其他过程。

UNIXSystemStructure

UNIX系统结构

(theusers)

shellsandcommands

compilersandinterpreters

systemlibraries

system-calIinterfacetothekernel

signalsterminalfilesystemCPUscheduling

handlingswappingblockI/Opagereplacement

characterI/Osystemsystemdemandpaging

terminaldriversdiskandtapedriversvirtualmemory

kernelinterfacetothehardware

terminalcontrollersdevicecontrollersmemorycontrollers

terminalsdisksandtapesphysicalmemory

ife

层次化结构

•操作系统划分为若干层，在低层上构建高层。

底层（0层）为硬件；最高层（N层）为用

户层

•考虑模块化，层的选择是按照每层只使用低

层次的功能和服务原则定义的

•每一层向上一层隐藏了数据结构、操作

­层次化结构方法的难点在对每一层的适当划

分

OS/2层次化结构

微内核结构

•通过划分系统程序和用户程序，把所有不

必要的部件移出内核，形成一个小内核

•微内核提供最少量的进程管理、存储管理,

以及通信功能

•易扩展、易移植

•提供更好的安全性和可靠性••绝大部分服

务以用户进程方式运行

WindowsNT客户机•服务器结构

1.9常用的操作系统

1.9.1MSDOS

1.9.2MSWindows95,WindowsNT,

Windows2000,Windowsxp

1.9.3UNIX

1.9.1MSDOS

单用户单任务，简单分层结构，16位

MSDOS的历史

•1981年：PC-DOS1.1：IBMPC,只支持软盘的个人操作系统；

•1983年：DOS2.0：PCXT,支持硬盘和目录的层次结构，并提供丰

富的系统命令；

•1984年：DOS3.0：PCAT(Intel80286CPU),它把286作为一个快

速的8086使用；

•1987年：DOS3.3：提供对旧MPS/2的支持(如35'软驱)，提供了

更多的应用；

•1988年：DOS4.0：支持大于32M的硬盘；

•1991年：DOS5.0：改进对扩展内存的支持；

1.9.2MSWindows

CPU80386

单用户多任务（分时系统），16位/16和32位混合/32位

Windows的历史

•1990年：Windows3.0（成功版本），16位OS,

借鉴AppleMacintosh给出友好的用户界面；

•1993年：WindowsNT3.1,32位OS,支持DOS和

Windows应用程序；

•1999年12月：Windows2000（Professional,

Server,AdvancedServer）,32位OS；

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.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。

Windows2003的设计思想

•融合了分层操作系统与客户/服务器（微内核）操

作系统的特点

•硬件机制实现核心态和用户态两个特权级别

•内存管理、高速缓存管理器、对象及安全管理器、

网络协议、文件系统和所有进程和线程管理都运

行在核心态

•核心态组件使用面相对象设计原则

•大部分代码使用c语言实现，只有必须和硬件直接

通信和性能极度敏感的部分才使用汇编语言

SystemsupportEnvironment

processesServiceprocessesApplicationssubsystems

ServiceControl

ManagerSvchostexe

TaskManager

LsassWinmgmt.exe

Windows

WinlogonSpoolerExplorer

User

SessionServices.exeapplication

Manager|Win32|

SubsystemDLLslll

Ntdll.dll

System

threadsUsermode

''▼Kernelmode

Systemservicedispatcher

(Kernel-modecallableinterfaces)

Win32USER.

GDI

I/Omanager

DeviceGraphics

andfiledrivers

system

drivers

Kernel

Hardwareabstractionlayer(HAL)

Hardwareinterfaces

(Buses.I/Odevices,interrupts,intervaltimers.DMA,memorycachecontrol,andsoon)

WindowsServer2003的体系结构详图一7

1.9.3UNIX

•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DECPDP7

小型计算机上玩星际探险游戏

•KenThompson,DennisRitchie

-1983年图灵奖获得者

-1999年4月美国国家技术金奖

UNIX

多用户多任务，16/32/64位

UNIX的历史

•1965年：MIT的Multics,由于规模和进展而没有达到目标；

■1969年：AT&T,PDP-11上的16位操作系统；

•1974年：UNIX系统正式发表(第五版)，在大学得到使用和好评;

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