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(tái)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：1，4，5，7，8，101.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史:單道批處理時(shí)代(50年代)多道批處理,分時(shí),實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)代(60年代初)多方式系統(tǒng)時(shí)代(60-70年代)分布式系統(tǒng),多機(jī)系統(tǒng)時(shí)代(70年代中期后)*史前年代特點(diǎn):計(jì)算機(jī)剛問(wèn)世,除硬件和應(yīng)用軟件外,幾乎沒(méi)有中間層軟件，沒(méi)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*1.2.1監(jiān)督程序（50年代單道批處理時(shí)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(dòng)監(jiān)督程序,然后由監(jiān)督程序依次順序啟動(dòng)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(yǔ)言:用于說(shuō)明作業(yè)如何執(zhí)行的語(yǔ)言。作業(yè)控制說(shuō)明書(shū):用作業(yè)控制語(yǔ)言編寫(xiě)的作業(yè)執(zhí)行程序。*$END$RUN$LOAD$FORTRAN$JOB,JOBNAME=…程序處理數(shù)據(jù)FORTRAN程序語(yǔ)句典型的卡片作業(yè)舉例

TRAP機(jī)制:硬件支持在特定狀態(tài)下(如執(zhí)行trap指令,定時(shí)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(chǔ)保護(hù):硬件提供一個(gè)界地址寄存器,每次訪問(wèn)內(nèi)存時(shí),處理機(jī)依照目前處理機(jī)的態(tài)判斷訪問(wèn)是否越界。定時(shí)器中斷:在規(guī)定時(shí)間間隔到時(shí),系統(tǒng)暫停當(dāng)前程序之運(yùn)行,去進(jìn)行時(shí)間相關(guān)的處理.如看作業(yè)是否已超過(guò)其運(yùn)行期限。*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(méi)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(shuō)明書(shū)中一條語(yǔ)句,解析執(zhí)行,如果是“作業(yè)終止”語(yǔ)句,這刪除該作業(yè),轉(zhuǎn)1b.如果是一條執(zhí)行性語(yǔ)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(guò)程中,如發(fā)生中斷事件(如系統(tǒng)調(diào)用/定時(shí)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(yǔ)句1.2.2專(zhuān)用操作系統(tǒng)（60年代初多道批處理,分時(shí),實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)代)多道批處理分時(shí)實(shí)時(shí)系統(tǒng)一、多道/高級(jí)批處理系統(tǒng)(源于中斷,通道,磁盤(pán)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)。*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(shí)的速度.2.輸入輸出緩沖：利用雙緩沖技術(shù),使針對(duì)一個(gè)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)處理和針對(duì)另一個(gè)緩沖區(qū)的I/O并行運(yùn)行.磁盤(pán)緩沖區(qū)CPU3.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(pán):隨機(jī)存取的存儲(chǔ)設(shè)備*SPOOLing的基本思想:用磁盤(pán)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(pán)選取作業(yè)運(yùn)行,結(jié)果也存在磁盤(pán)中.相應(yīng)的通道則負(fù)責(zé)磁盤(pán)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(lái).*磁盤(pán)通道主機(jī)通道通道卡片機(jī)打印機(jī)SPOOLing系統(tǒng)圖示作業(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(xiě)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(pán):SPOOLing系統(tǒng)結(jié)構(gòu)虛擬設(shè)備4.多道程序設(shè)計(jì)基本思想:內(nèi)存同時(shí)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(shí)處理多道程序.宏觀上看,已有多道程序開(kāi)始運(yùn)行且尚未結(jié)束,微觀上看,某一時(shí)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

二、分時(shí)系統(tǒng)終端設(shè)備:鍵盤(pán)與顯示器交互式系統(tǒng):操作系統(tǒng)提供終端命令語(yǔ)言及解析器.用戶通過(guò)終端命令指導(dǎo)作業(yè)運(yùn)行分時(shí)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(shí)系統(tǒng)特點(diǎn):并行性;共享性;交互性;獨(dú)占性*三、實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(shí)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)和功能:

時(shí)鐘分辨度:有更高的時(shí)鐘中斷頻度,可更精確計(jì)時(shí),更快進(jìn)行調(diào)度。多級(jí)中斷機(jī)制。保證要求快速響應(yīng)中斷的及時(shí)處理。支持實(shí)時(shí)作業(yè)調(diào)度,保證實(shí)時(shí)作業(yè)無(wú)條件剝奪非實(shí)時(shí)作業(yè)運(yùn)行。*操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：嵌入式操作系統(tǒng)：主要伴隨著個(gè)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(duì)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(shí)操作系統(tǒng)：特別是針對(duì)通用操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(gè)微處理器實(shí)現(xiàn)基于分布式存儲(chǔ)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(lèi)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(wèn)題。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

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(jiǎn)圖

Linux和FreeBSDLinux由芬蘭赫爾辛基大學(xué)計(jì)算機(jī)系大學(xué)