操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀課件

第二講操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀目的與要求:了解操作系統(tǒng)基本技術(shù)及出臺的背景。重點(diǎn)與難點(diǎn)：各發(fā)展階段的主要技術(shù)。作業(yè)安排：1，4，5，7，8，10操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史:單道批處理時代(50年代)多道批處理,分時,實(shí)時系統(tǒng)時代(60年代初)多方式系統(tǒng)時代(60-70年代)分布式系統(tǒng),多機(jī)系統(tǒng)時代(70年代中期后)*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀史前年代特點(diǎn):計(jì)算機(jī)剛問世,除硬件和應(yīng)用軟件外,幾乎沒有中間層軟件，沒有操作系統(tǒng)用戶獨(dú)占機(jī)器或由系統(tǒng)操作員控制機(jī)器*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.2.1監(jiān)督程序（50年代單道批處理時代）基本思想:系統(tǒng)有一常駐內(nèi)存的監(jiān)督程序(第一代操作系統(tǒng)).操作員有選擇的把若干作業(yè)合成一批,安裝在輸入設(shè)備上,并啟動監(jiān)督程序,然后由監(jiān)督程序依次順序啟動這批作業(yè),以單道方式運(yùn)行。作業(yè)：用戶的一次上機(jī)行為。作業(yè)步：作業(yè)的執(zhí)行步驟。作業(yè)控制語言:用于說明作業(yè)如何執(zhí)行的語言。作業(yè)控制說明書:用作業(yè)控制語言編寫的作業(yè)執(zhí)行程序。*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀$END$RUN$LOAD$FORTRAN$JOB,JOBNAME=…程序處理數(shù)據(jù)FORTRAN程序語句典型的卡片作業(yè)舉例

操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀普通指令:用戶程序監(jiān)督程序都可包含的指令。特權(quán)指令:只有監(jiān)督程序才可包含的指令。系統(tǒng)空間:監(jiān)督程序所占內(nèi)存(0-K)。用戶空間:供用戶程序使用的內(nèi)存(K+1-N)方式/態(tài):指處理機(jī)能執(zhí)行什么類型指令、訪問多大內(nèi)存的狀態(tài)。在特權(quán)方式下,除能執(zhí)行普通指另外還能執(zhí)行特權(quán)指令并訪問更大的空間.在普通方式下只能執(zhí)行普通指令。系統(tǒng)調(diào)用（廣義指令）:由監(jiān)督程序提供給用戶調(diào)用的系統(tǒng)功能。操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀TRAP機(jī)制:硬件支持在特定狀態(tài)下(如執(zhí)行trap指令,定時器中斷)進(jìn)入監(jiān)督程序的機(jī)制。用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用或由監(jiān)督程序處理作業(yè)死循環(huán)*存儲保護(hù):硬件提供一個界地址寄存器,每次訪問內(nèi)存時,處理機(jī)依照目前處理機(jī)的態(tài)判斷訪問是否越界。定時器中斷:在規(guī)定時間間隔到時,系統(tǒng)暫停當(dāng)前程序之運(yùn)行,去進(jìn)行時間相關(guān)的處理.如看作業(yè)是否已超過其運(yùn)行期限。*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀早期批處理系統(tǒng)中的監(jiān)督程序工作流程:1.判輸入設(shè)備上是否有待輸入作業(yè),沒有則停止2.從設(shè)備上輸入一道作業(yè)3.控制作業(yè)運(yùn)行a.取作業(yè)說明書中一條語句,解析執(zhí)行,如果是“作業(yè)終止”語句,這刪除該作業(yè),轉(zhuǎn)1b.如果是一條執(zhí)行性語句,則在主存中建立相應(yīng)程序運(yùn)行環(huán)境,傳遞好參數(shù),轉(zhuǎn)去執(zhí)行該程序(變到用戶態(tài)運(yùn)行)c.在用戶態(tài)程序運(yùn)行過程中,如發(fā)生中斷事件(如系統(tǒng)調(diào)用/定時器中斷),立即轉(zhuǎn)監(jiān)督程序,待中斷事件處理結(jié)束后,用戶態(tài)程序繼續(xù)執(zhí)行.d.用戶態(tài)程序結(jié)束后,轉(zhuǎn)a取下一作業(yè)控制語句操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀監(jiān)督程序功能:輸入用戶作業(yè),解釋執(zhí)行作業(yè)控制說明書,提供系統(tǒng)調(diào)用。監(jiān)督程序與操作系統(tǒng)的區(qū)別:監(jiān)督程序不具并發(fā)機(jī)制。監(jiān)督程序只是省缺了作業(yè)步和作業(yè)原來由人工轉(zhuǎn)接的開銷*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.2.2專用操作系統(tǒng)（60年代初多道批處理,分時,實(shí)時系統(tǒng)時代)多道批處理分時實(shí)時系統(tǒng)一、多道/高級批處理系統(tǒng)(源于中斷,通道,磁盤的引入)特點(diǎn):在單道批處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入雙緩存機(jī)制,脫機(jī)輸入輸出,SPOOLing技術(shù),多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.脫機(jī)輸入輸出：利用衛(wèi)星機(jī)將慢速介質(zhì)轉(zhuǎn)到快速介質(zhì),加速作業(yè)在輸入輸出時的速度.2.輸入輸出緩沖：利用雙緩沖技術(shù),使針對一個緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)處理和針對另一個緩沖區(qū)的I/O并行運(yùn)行.磁盤緩沖區(qū)CPU操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀3.SPOOLing技術(shù)基礎(chǔ)：

I/O中斷:由I/O部件操作完成后通知處理機(jī)去運(yùn)行相應(yīng)的處理程序.

通道:能夠自主控制外設(shè)可與處理機(jī)并行工作的、交換數(shù)據(jù)的I/O裝置(控制器).

磁盤:隨機(jī)存取的存儲設(shè)備*SPOOLing的基本思想:用磁盤設(shè)備作為主機(jī)的直接輸入輸出設(shè)備,即主機(jī)從磁盤選取作業(yè)運(yùn)行,結(jié)果也存在磁盤中.相應(yīng)的通道則負(fù)責(zé)磁盤與慢速外設(shè)的傳輸.利用通道和中斷機(jī)制,作業(yè)的輸入輸出與作業(yè)在處理機(jī)上的運(yùn)行可很好并行起來.*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀磁盤通道主機(jī)通道通道卡片機(jī)打印機(jī)SPOOLing系統(tǒng)圖示操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀作業(yè)1作業(yè)n預(yù)輸入程序作業(yè)調(diào)度程序緩輸出程序井管理讀程序井管理寫程序作業(yè)的執(zhí)行作業(yè)1結(jié)果作業(yè)n結(jié)果打印機(jī)輸入機(jī)作業(yè)1信息作業(yè)n信息:作業(yè)1結(jié)果作業(yè)n結(jié)果:輸入井輸出井磁盤:SPOOLing系統(tǒng)結(jié)構(gòu)虛擬設(shè)備操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀4.多道程序設(shè)計(jì)基本思想:內(nèi)存同時保持多道程序(作業(yè)),處理機(jī)(單處理機(jī))以交替的方式同時處理多道程序.宏觀上看,已有多道程序開始運(yùn)行且尚未結(jié)束,微觀上看,某一時刻處理機(jī)只運(yùn)行某道作業(yè)。作業(yè)CI/OCPUI/OCPUI/O作業(yè)BCPUI/OCPUI/O作業(yè)ACPUI/OCPUI/OCPU

操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀現(xiàn)場保護(hù)/恢復(fù):指處理機(jī)從一個作業(yè)向另一個作業(yè)切換時進(jìn)行的有關(guān)寄存器值的保護(hù)/恢復(fù)。*操作系統(tǒng)的基本特征:并發(fā)與共享。并發(fā):在單處理機(jī)情況下指多道程序分時占用處理機(jī)運(yùn)行。共享:指并行運(yùn)行程序?qū)ο到y(tǒng)的硬軟資源的訪問。*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀二、分時系統(tǒng)終端設(shè)備:鍵盤與顯示器交互式系統(tǒng):操作系統(tǒng)提供終端命令語言及解析器.用戶通過終端命令指導(dǎo)作業(yè)運(yùn)行分時系統(tǒng):交互式系統(tǒng)與多道程序設(shè)計(jì)結(jié)合的產(chǎn)物分時系統(tǒng)特點(diǎn):并行性;共享性;交互性;獨(dú)占性*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀三、實(shí)時系統(tǒng)實(shí)時系統(tǒng):能滿足要求快速響應(yīng)作業(yè)運(yùn)行的多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)時系統(tǒng)主要性能指標(biāo)和功能:

時鐘分辨度:有更高的時鐘中斷頻度,可更精確計(jì)時,更快進(jìn)行調(diào)度。多級中斷機(jī)制。保證要求快速響應(yīng)中斷的及時處理。支持實(shí)時作業(yè)調(diào)度,保證實(shí)時作業(yè)無條件剝奪非實(shí)時作業(yè)運(yùn)行。*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.2.3多方式系統(tǒng)時代(60-70年代)多種方式操作系統(tǒng):同時具有批處理,分時,實(shí)時功能的系統(tǒng)1.2.4并行與分布式操作系統(tǒng)及發(fā)展分布式操作系統(tǒng):支持網(wǎng)絡(luò)和分布處理的系統(tǒng)多機(jī)操作系統(tǒng):支持共享內(nèi)存多處理機(jī)的系統(tǒng)Windows操作系統(tǒng):支持友好用戶界面的系統(tǒng)*操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：

嵌入式操作系統(tǒng)：主要伴隨著個人數(shù)字助理PAD,掌上電腦，電視機(jī)頂盒，智能家電等設(shè)備的發(fā)展，對操作系統(tǒng)在功能和所占空間大小權(quán)衡上提出了新的要求。強(qiáng)實(shí)時操作系統(tǒng)：特別是針對通用操作系統(tǒng)的實(shí)時性研究，還在不斷發(fā)展當(dāng)中。并行操作系統(tǒng)的研究：如建立在基于共享主存的多處理機(jī)系統(tǒng)(MP)及用上千個微處理器實(shí)現(xiàn)基于分布式存儲的大規(guī)模并行處理機(jī)系統(tǒng)(MPP)的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)突出特征是提供各類并行機(jī)制。例如并行文件系統(tǒng)，并行I／O控制，多處理機(jī)分配和調(diào)度，處理機(jī)間的通訊和同步，用戶任務(wù)的并行控制等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)的研究：就目前情形而言，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究也還方興未艾，基于Client／Server模型的分布式系統(tǒng)也已不斷走向應(yīng)用，完全分布式的系統(tǒng)還未成型，仍將是研究的熱點(diǎn)問題。操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.3主要操作系統(tǒng)介紹Windows系列:DOS,Windows3.x,Window95,WindowsNT,WindowsXPUNIX大家庭：SVR4,BSD,Solaris,AIX,HP_UX自由軟件Linux和freeBSD等

操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀Windows1.0（1985）Windows2.0（1987）Windows3.0（1990）Windows95（1995）Windows3.xWindowsMe（2000）Windows98（1998）WindowsXP（2001）WindowsNT3.1(NT第1版)（1993）WindowsNT3.51(NT第3版)Windows2000(NT5.0)（2000）WindowsCE（1998）WindowsNT3.5(NT第2版)WindowsNT4.0(NT第4版)（1996）

微軟公司W(wǎng)indows操作系統(tǒng)產(chǎn)品線操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀第一版(1971年)第三版(1973年)第六版(1975年)SYSTEMIII(1982年)第七版第八版第九版第十版1989年SYSTEMV(1983年)SVR2(1984年)SVR3(1987年)SVR4(1989年)SUNSolarisIBMAIXHPUX1BSD(1978年)2BSD(1978年)3BSD(1979年)4.0BSD(1980年)4.4BSD(1993年)MACH2.5OSF/1(1989年)DECOSF/1DigitalUNIXTru64UNIX

UNIX發(fā)展簡圖

操作系統(tǒng)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀Linux和FreeBSDLinux由芬蘭赫爾