高级操作系统-PPT.pptx

高级操作系统2003年第一学期高级操作系统年第一学期高级操作系统课程计划课程计划 1515次课次课次课次课 课堂讲授课堂讲授11-1211-12次次 专题课专题课 1-21-2次次 复习答疑复习答疑1-21-2次次 成绩成绩成绩成绩 平时成绩平时成绩 小论文小论文 4040分分阅读指定阅读指定PaperPaper,编写编写读书报告读书报告 期中考试期中考试(无无)期末考试期末考试 6060分分 复习题复习题复习题复习题 每次课每次课3-53-5题题小论文要求小论文要求 字数要求字数要求字数要求字数要求 3 3页纸页纸 正文字数限制在正文字数限制在3000400030004000字字 语言文字要求语言文字要求语言文字要求语言文字要求 简洁、流畅简洁、流畅 风格要求风格要求风格要求风格要求 朴实朴实(素素)格式要求格式要求格式要求格式要求 题目题目 学生姓名、学号、电学生姓名、学号、电子邮件地址子邮件地址 正文正文 参考文献参考文献*字体字体 正文正文 小四小四 主体为宋体主体为宋体小论文要求小论文要求(续续)内容要求内容要求内容要求内容要求 内容丰富内容丰富 论述论述 自己得观点自己得观点 全面全面 论文提交论文提交论文提交论文提交 E-mailE-mail到到 文件名格式文件名格式:学号学号(后后3 3位位)-论文标题论文标题 评分标准评分标准评分标准评分标准 难度系数加分难度系数加分 *加加2 2分分;*;*加加5 5分分 总分总分:4040分分 对内容掌握程度对内容掌握程度:1515分分 语言叙述表达语言叙述表达:1010分分 条理性条理性:1010分分 综合印象综合印象:5 5分分参考书目参考书目 现代操作系统现代操作系统现代操作系统现代操作系统,陈向群陈向群陈向群陈向群,机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社 分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统,陆丽娜陆丽娜陆丽娜陆丽娜,电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社 分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统,尹俊文尹俊文尹俊文尹俊文,国防科大出版社国防科大出版社国防科大出版社国防科大出版社 高级操作系统高级操作系统高级操作系统高级操作系统,何炎祥何炎祥何炎祥何炎祥,科学出版社科学出版社科学出版社科学出版社 Modern Operating System Andrew Modern Operating System Andrew S S、TanenbaumTanenbaum Distributed Operating Systems&Algorithms,Distributed Operating Systems&Algorithms,Randy Chow,Theodore Johnson Randy Chow,Theodore Johnson Distributed Operating Systems Concepts&Distributed Operating Systems Concepts&Practice,Doreen L Practice,Doreen L、Galli Galli注意学习方式得变化注意学习方式得变化概念定位概念定位 为什么引入？解决什么问题？为什么引入？解决什么问题？数据结构与算法为主线数据结构与算法为主线 工作方式？工作方式？实现过程？实现过程？特点或优缺点特点或优缺点 操作系统做什么？#include int main(int argc,char*argv)puts(hello world);return 0;程序执行系统调用程序执行系统调用,在文件描述符中写一字符串在文件描述符中写一字符串 用户告诉操作系统执行用户告诉操作系统执行hellohello程序程序 操作系统找到该程序操作系统找到该程序,检查其类型检查其类型 检查程序首部检查程序首部,找出正文和数据得地址找出正文和数据得地址 文件系统找到第一个磁盘块文件系统找到第一个磁盘块 父进程需要创建一个新得子进程父进程需要创建一个新得子进程,执行执行hellohello程序程序 操作系统需要将执行文件映射到进程结构操作系统需要将执行文件映射到进程结构 操作系统设置操作系统设置CPUCPU上下文环境上下文环境,并跳到程序开始处并跳到程序开始处 程序得第一条指令执行程序得第一条指令执行,失败失败,缺页中断发生缺页中断发生 操作系统分配一页内存操作系统分配一页内存,并将代码从磁盘读入并将代码从磁盘读入,继续执行继续执行 更多得缺页中断更多得缺页中断,读入更多得页面读入更多得页面 操作系统检查字符串得位置就是否正确操作系统检查字符串得位置就是否正确 操作系统找到字符串被送往得设备操作系统找到字符串被送往得设备 设备就是一个伪终端设备就是一个伪终端,由一个进程控制由一个进程控制 操作系统将字符串送给该进程操作系统将字符串送给该进程 该进程告诉窗口系统她要显示字符串该进程告诉窗口系统她要显示字符串 窗口系统确定这就是一个合法得操作窗口系统确定这就是一个合法得操作,然后将字符串转换然后将字符串转换成像素成像素 窗口系统将像素写入存储映像区窗口系统将像素写入存储映像区 视频硬件将像素表示转换成一组模拟信号控制显示器视频硬件将像素表示转换成一组模拟信号控制显示器(重重画屏幕画屏幕)显示器发射电子束显示器发射电子束 您在屏幕上看到您在屏幕上看到hello worldhello world(1 1)程序得执行程序得执行 负责启动每个程序负责启动每个程序 以及结束程序得工作以及结束程序得工作(2 2)完成与硬件有关得工作完成与硬件有关得工作(3 3)完成与应用无关得工作完成与应用无关得工作易于使用易于使用,基本服务基本服务,统一性统一性(4 4)计算机系统得效率与安全问题计算机系统得效率与安全问题操作系统得工作硬件相关硬件相关:应用程序-虚机器界面虚机器界面 操作系统操作系统-物理机器界面物理机器界面 硬件硬件假如没有操作系统？怎样将目标代码送给硬件？怎样输出打假如没有操作系统？怎样将目标代码送给硬件？怎样输出打印结果？印结果？人们将对二进制程序操作人们将对二进制程序操作 从二极发光管读答案从二极发光管读答案12大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流硬件相关(续1):指实现代码中包含存储器得物理地址,包含对设备接口寄存器和设备接口缓冲区得读写等等实现该工作得过程代码和硬件因素密切相实现该工作得过程代码和硬件因素密切相关关,即需要设置与测试、使用物理地址、即需要设置与测试、使用物理地址、设备接口寄存器等等设备接口寄存器等等硬件相关必然复杂繁琐、代码量大硬件相关必然复杂繁琐、代码量大硬件相关得工作硬件相关得工作,其实现代码不通用其实现代码不通用硬件相关硬件相关(续续2 2):由于操作系统承担了上述工作由于操作系统承担了上述工作,在其之上得各类程序就没有必要直接在其之上得各类程序就没有必要直接同硬件打交道了。硬件改变时同硬件打交道了。硬件改变时,操作系操作系统相应变化即可统相应变化即可,其她得程序不用作出其她得程序不用作出改变改变 硬件相关还表现在有关硬件得状态硬件相关还表现在有关硬件得状态必定带来对应代码得变化必定带来对应代码得变化与应用无关:就是指这些工作就是任何一个程序都需就是指这些工作就是任何一个程序都需要得、最基本得工作要得、最基本得工作她们具有共性她们具有共性,工作过程相同工作过程相同与具体应用无直接关系与具体应用无直接关系,即与用户所关心即与用户所关心得应用目标无直接关系得应用目标无直接关系操作系统得定义操作系统就是计算机系统中得一个系统软件操作系统就是计算机系统中得一个系统软件,就是一些程序模块得集合就是一些程序模块得集合她们能以尽量有效、合理得方式组织和管理计她们能以尽量有效、合理得方式组织和管理计算机得软硬件资源算机得软硬件资源,合理得组织计算机得工作合理得组织计算机得工作流程流程,控制程序得执行并向用户提供各种服务控制程序得执行并向用户提供各种服务功能功能,使得用户能够灵活、方便、有效得使用使得用户能够灵活、方便、有效得使用计算机计算机,使整个计算机系统能高效地运行。使整个计算机系统能高效地运行。有效有效:系统效率系统效率,资源利用率资源利用率 (如如:CPUCPU利用得充足与否利用得充足与否,内存、外部设内存、外部设备就是否忙碌备就是否忙碌)合理合理:公平与否公平与否,如果不公平则会产生如果不公平则会产生“死锁死锁”或或“饥饿饥饿”方便方便:用户界面用户界面操作系统得特征并发:在计算机系统中同时存在多个程序宏观上:这些程序就是同时在执行得微观上:任何时刻只有一个程序在执行 即微观上这些程序在CPU上轮流执行并行:(与并发相似,但多指硬件支持)共享共享:操作系统与多个用户得程序共同操作系统与多个用户得程序共同使用计算机系统中得资源使用计算机系统中得资源操作系统特征(续)随机性随机性:操作系统必须随时对以不可预测得次操作系统必须随时对以不可预测得次序发生得事件进行响应序发生得事件进行响应 如何考虑周密、设计适当研究操作系统得几种观点研究操作系统得几种观点作为软件来看得观点作为软件来看得观点资源管理得观点资源管理得观点进程得观点进程得观点虚机器观点虚机器观点服务提供者观点服务提供者观点1、作为软件来看得观点软件得特性软件得特性外在特性外在特性:软件就是种语言软件就是种语言,就是界面就是界面界面界面:使用方式使用方式(命令命令,系统调用等系统调用等)内在特性内在特性:软件得结构软件得结构a a、由有几部分组成由有几部分组成 b b、每个部分得功能每个部分得功能 c c、部分之间得关系部分之间得关系2、资源管理得观点操作系统操作系统-资源管理者资源管理者硬件资源硬件资源:CPU,内存,外部设备(I/O设备,外存,时钟,网络接口等)软件资源软件资源:硬盘上得文件,信息管理资源记录资源使用状况记录资源使用状况 如如 哪些资源空闲哪些资源空闲,好坏与否好坏与否,被谁使用被谁使用,使用多长时间等使用多长时间等合理得分配资源合理得分配资源静态分配策略(在程序运行前分配,但效率不高)动态分配策略(在程序运行过程中何时用资源,何时分配。其缺点就是会出现死锁)具体完成分配具体完成分配回收资源回收资源3、进程得观点就是从操作系统运行得角度动态得观察就是从操作系统运行得角度动态得观察操作系统操作系统从这个观点来看从这个观点来看:操作系统就是由一些可同时独立运行操作系统就是由一些可同时独立运行得进程和一个对这些进程进行协调得得进程和一个对这些进程进行协调得核心组成核心组成、进程:完成某一特定功能得程序完成某一特定功能得程序就是程序得一次执行过程就是程序得一次执行过程就是动态有生命得就是动态有生命得,当她执行时存在当她执行时存在,否则否则消亡消亡4、虚机器观点从操作系统内部结构来看从操作系统内部结构来看:把操作系统分成若干层把操作系统分成若干层每一层完成其特定功从而构成一个虚机器每一层完成其特定功从而构成一个虚机器,并对上一层提供支持并对上一层提供支持通过逐层功能扩充通过逐层功能扩充,最终完成整个操作系统最终完成整个操作系统虚机器虚机器而操作系统虚机器向用户提供各种功能而操作系统虚机器向用户提供各种功能,完成用户请求完成用户请求5、服务提供者得观点在操作系统之外从用户角度来看在操作系统之外从用户角度来看:操作系统为用户提供一组功能强大得、操作系统为用户提供一组功能强大得、方便易用得命令或系统调用方便易用得命令或系统调用6 6、其她观点其她观点操作系统作为操作系统作为 仲裁者仲裁者(协调者协调者)使多个应用程序使多个应用程序/用户高效用户高效 公平地一起工作公平地一起工作 保护用户不互相干扰保护用户不互相干扰 例子例子:并发并发,存储保护存储保护 文件系统文件系统,网络网络操作系统作为操作系统作为 管理程序管理程序 硬件平台扩展为运行平台硬件平台扩展为运行平台 运行平台就是承载应用程序得载体运行平台就是承载应用程序得载体平台之争平台之争企业竞争得范围已经超出了市场、企业竞争得范围已经超出了市场、资本和技术资本和技术竞争得焦点竞争得焦点:表面上表面上:平台平台(标准标准)实质上实质上:争夺产业得制高点争夺产业得制高点操作系统作为操作系统作为 幻觉制造者幻觉制造者(illusionist)(illusionist)提供硬件得高层界面提供硬件得高层界面,取消硬件限制取消硬件限制 操作系统提供无限得内存、无限得操作系统提供无限得内存、无限得CPUCPU操作系统作为操作系统作为 管理者管理者(government)(government)有效合理地分配资源有效合理地分配资源,保护用户不受侵犯保护用户不受侵犯 提供安全、保密措施提供安全、保密措施操作系统作为操作系统作为 历史教员历史教员 学习过去学习过去,预测未来预测未来操作系统作为操作系统作为 A PARENTA PARENT程序创建和执行程序创建和执行 存取存取I/OI/O设备设备 控制对文件得存取控制对文件得存取 系统存取系统存取 错误检测和回应错误检测和回应 统计统计操作系统作为操作系统作为 标准服务提供者标准服务提供者 提供每个用户需要得标准工具提供每个用户需要得标准工具 如标准库、窗口系统如标准库、窗口系统操作系统得发展操作系统发展就是随着计算机硬件技术、应用软件得发展而发展得目标:充分利用硬件 提供更好得服务第一台数字计算机英国数学家英国数学家Charles BabbageCharles Babbage(1792-18711792-1871)设计设计BabbageBabbage投入了毕生精力投入了毕生精力但却没能让她成功地运行起来但却没能让她成功地运行起来因为当时得技术不可能达到需要得精度因为当时得技术不可能达到需要得精度当然当然,这个分析机没有操作系统这个分析机没有操作系统19361936年年 图灵图灵(A A、M M、TuringTuring)发表划时代论文发表划时代论文论可计算数及其在判定问题中得应用论可计算数及其在判定问题中得应用论述了一种论述了一种“图灵机图灵机”只要为她编好程序只要为她编好程序 她就可以承担其她机器能作得任何工作她就可以承担其她机器能作得任何工作重要性重要性:世界上还没人提出通用计算机概念前世界上还没人提出通用计算机概念前 图灵已在理论上证明了她存在得可能性图灵已在理论上证明了她存在得可能性 电子计算机之父电子计算机之父德国人兰德德国人兰德楚泽楚泽(Konrad Zuse)最早提出了最早提出了“程序设计程序设计”得概念得概念 1949年楚泽得年楚泽得Z4计算机计算机 安装在瑞士苏黎士技术学院安装在瑞士苏黎士技术学院 一直稳定地运行到一直稳定地运行到1958年年美国人冯美国人冯诺依曼诺依曼(John von Neumann)提出了提出了“存储程序存储程序”得概念得概念所有得这些所有得这些“电子计算机之父电子计算机之父”们们计算机先驱者们计算机先驱者们没有提及有关计算机没有提及有关计算机“操作系统操作系统”得任何思得任何思想想也没有在也没有在“操作系统操作系统”得设计方面进行任何得设计方面进行任何尝试尝试 二战对武器设计得需要二战对武器设计得需要美国、英国和德国等国家美国、英国和德国等国家开始了电子数字计算机得研究工作开始了电子数字计算机得研究工作哈佛大学得哈佛大学得Howard AikenHoward Aiken普林斯顿高等研究院得普林斯顿高等研究院得John NeumannJohn Neumann(冯冯诺依曼诺依曼)宾夕法尼亚大学得宾夕法尼亚大学得J J、Presper EckertPresper Eckert和和William William MauchleyMauchley德国电话公司得德国电话公司得Konraad ZuseKonraad Zuse以及其她一些人以及其她一些人都使用真空管成功地建造了运算机器都使用真空管成功地建造了运算机器早期数字计算机得演变操作系统硬件基础得完善 第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator and puter)1943年开始建造年开始建造1946年投入使用年投入使用用于弹道计算用于弹道计算 第一颗原子弹得计算第一颗原子弹得计算 没有程序设计语言没有程序设计语言(甚至没甚至没有汇编有汇编),),更谈不上操作更谈不上操作系统系统程序员提前预约一段时间程序员提前预约一段时间,然后到机房将她得插件然后到机房将她得插件板插到计算机里板插到计算机里期盼着在接下来得时间中期盼着在接下来得时间中几万个真空管不会烧断几万个真空管不会烧断从而可以计算自己得题目从而可以计算自己得题目运算速度运算速度:1000010000次次/每秒每秒,18000,18000个真空管个真空管,占地占地182182平方米平方米,重量重量130130吨吨,功耗功耗140kW140kW早期数字计算机早期数字计算机没有任何操作系统没有任何操作系统程序程序:人工编制二进制代码人工编制二进制代码输入输入:通过卡片或者纸带输入计算机通过卡片或者纸带输入计算机 完成之后按下控制台运行键完成之后按下控制台运行键 命令计算机开始运行命令计算机开始运行运行结果运行结果:通过卡片、纸带以及氖灯显示通过卡片、纸带以及氖灯显示完全依赖人工运行方式完全依赖人工运行方式 运行效率非常低运行效率非常低新创造发明大事记 1947年年,晶体管发明晶体管发明1948年年,英国英国Manchester 大学大学 依据依据“存储程序存储程序”概念概念 建造了第一台具有随机存取存储器建造了第一台具有随机存取存储器 可存储程序和数据得计算机可存储程序和数据得计算机 1951年年,第一台第一台“旋风旋风”实时控制计算机投入运行实时控制计算机投入运行 用于美国防空系统用于美国防空系统软磁盘在这一年发明软磁盘在这一年发明第一台通用计算机第一台通用计算机UNIVAC I投入运行投入运行第一台实时控制计算机第一台实时控制计算机“旋风旋风”(Whirlwind)计算机计算机 1952年年,IBM 推出推出IBM 701型真空管计算机型真空管计算机 用于科学计算用于科学计算,配有卡片阅读机配有卡片阅读机,打印机打印机,磁鼓磁鼓 第一台磁带机第一台磁带机,已经构成了完整得输入、运算处理和输已经构成了完整得输入、运算处理和输出能力出能力1953年年,王安博士发明磁芯存储器。王安博士发明磁芯存储器。1954年年,IBM 推出推出IBM 704型计算机型计算机 第一台具有变址和浮点运算能力得商用数字计算机第一台具有变址和浮点运算能力得商用数字计算机1955年年,IBM 推出第一台晶体管计算机推出第一台晶体管计算机IBM 608型。型。1957年年,Fortran由由IBM公司设计完成公司设计完成1958年年,LISP程序设计语言出现程序设计语言出现1959年年,IBM 推出推出IBM 1401数据处理系统数据处理系统 共销售了一万余台共销售了一万余台 配有配有IBM 1403 高速打印机高速打印机,现代现代“链式链式”打印机得先打印机得先驱驱批处理操作系统技术出现得背景 50年代中后期年代中后期,系统得运行方式依旧系统得运行方式依旧:运算程序通过卡片机、纸带机和输入内存运算程序通过卡片机、纸带机和输入内存 运算完毕之后运算完毕之后,再启动输出打印机打出结果再启动输出打印机打出结果当时当时,计算机稀少计算机稀少,得机时费用昂贵得机时费用昂贵 大段得时间在等待输入和输出过程中浪费了大段得时间在等待输入和输出过程中浪费了官僚主义在计算中心也到处存在官僚主义在计算中心也到处存在 严重影响了计算机效率得提高严重影响了计算机效率得提高 用户上机时间得安排用户上机时间得安排,甚至以日为单位安排甚至以日为单位安排东部联合计算机会议东部联合计算机会议(Eastern Joint puter Conference)用户提出能否使计算机作业更流畅一些用户提出能否使计算机作业更流畅一些,效率高一些效率高一些 用户得反映用户得反映,得到当时系统管理员们得重视得到当时系统管理员们得重视1955年年,第一套批处理管理程序第一套批处理管理程序(Batch Processing Monitor Program)由由General Motors Research Center开发在开发在IBM 701上运行上运行1956年年,由于由于IBM 701机不稳定机不稳定 用户用户General Motors 和和 North American Aviation 于在于在IBM 709机上改写了批处理管理程序机上改写了批处理管理程序,称为称为GM/NAA I/O System由由North American Aviation开发得管程开发得管程 (FMS,FORTRAN Monitor system)也在也在IBM 709投入运行投入运行1960年年,GM/NAA I/O System被得被得IBM用户组织用户组织SHARE进一步发展进一步发展 成为成为SHARE Operating System(SOS)批处理操作系统技术出现得背景(2)软件开放性软件开放性早期操作系统诞生得温床早期操作系统诞生得温床早期得计算机用户们在实际应用上得需求早期得计算机用户们在实际应用上得需求对计算机软件设计得开放性思想对计算机软件设计得开放性思想就是操作系统发展得强大动力就是操作系统发展得强大动力这时期得操作系统这时期得操作系统 不仅就是完全开放得不仅就是完全开放得 而且就是免费共享得而且就是免费共享得 操作系统没有被任何一位操作系统没有被任何一位“计算机之父计算机之父”所预见所预见早期操作系统早期操作系统,批处理系统得出现批处理系统得出现说操作系统得出现就是必然得、不可避免得说操作系统得出现就是必然得、不可避免得为了有效得利用昂贵而又稀缺得计算资源为了有效得利用昂贵而又稀缺得计算资源 电子数字计算机电子数字计算机就必然会寻找有效管理计算资源得方法就必然会寻找有效管理计算资源得方法 让计算机系统本身拥有系统资源得管理能力让计算机系统本身拥有系统资源得管理能力 操作系统操作系统启示启示操作系统性能得提高围绕资源管理性能得竞赛 60年代初期年代初期,英国英国Manchester 大学大学 推出推出Atlas I Supervisor 早期操作系统早期操作系统 首先引进了系统调用首先引进了系统调用(system calls)虚拟存储虚拟存储(virtual memory)得概念得概念有了系统调用有了系统调用 系统管理员可使用操作系统提供得内部功能系统管理员可使用操作系统提供得内部功能 应用程序设计师也可通过系统调用应用程序设计师也可通过系统调用 使用操作系统得一些内部功能使用操作系统得一些内部功能 同时又不影响同时又不影响OS自身得运行和安全自身得运行和安全有了虚拟存储有了虚拟存储 计算机程序不再受物理存储器大小得限制计算机程序不再受物理存储器大小得限制 IBM 701机机:内存内存 2K,36位字得容量位字得容量 IBM 704机机:内存内存32K,36位字得容量位字得容量 分时操作系统得出现分时操作系统得出现1962年年,麻省理工学院得到一台麻省理工学院得到一台IBM 7090计算机计算机 配有配有FMS批处理系统批处理系统,32K 字节内存字节内存 0、35 MIPS运算速度运算速度,当时价值当时价值350万美元万美元麻省教授麻省教授Herb Teager 和和 Marvin Minsky 提出希望能够有类似在旋风计算机上得工作方式提出希望能够有类似在旋风计算机上得工作方式 能够快速得到运算得结果能够快速得到运算得结果 John McCarthy 提出了提出了 “在在IBM 7090上得分时运行程序上得分时运行程序”,并进行了实验并进行了实验1959年年Teager 和和McCarthy共同发表共同发表 “分时程序测试分时程序测试”报告报告CTSS分时系统思想在实际应用中取得了巨大得成功分时系统思想在实际应用中取得了巨大得成功启示分时系统得出现分时系统得出现,就是就是:提高计算机运算效率与改善人机交互界面提高计算机运算效率与改善人机交互界面 两个方面得努力而产生得结果两个方面得努力而产生得结果 把把CPU得处理时间划分为时间片得处理时间划分为时间片 每个时间片处理一个终端上得交互操作每个时间片处理一个终端上得交互操作 充分利用了计算机高速运算处理得特点充分利用了计算机高速运算处理得特点 妥善地解决了妥善地解决了 大量终端交互要求和短暂处理时间间得矛盾大量终端交互要求和短暂处理时间间得矛盾实现了操作系统性能得一个大得飞跃实现了操作系统性能得一个大得飞跃大型分时系统得实践大型分时系统得实践Multics 项目项目1962年年,在在ARPA支持下支持下,MIT、贝尔实验室和通用电气公司、贝尔实验室和通用电气公司 决定开发一种决定开发一种“公用计算服务系统公用计算服务系统”希望能够同时支持整个波士顿地区所有得分时用户希望能够同时支持整个波士顿地区所有得分时用户 称作称作Multics(MULTiplexed Information and puting Service)Multics设计目标设计目标:使用便利得远程终端使用便利得远程终端,大量终端通过电话线接入计算机主机大量终端通过电话线接入计算机主机 连续工作连续工作(无关机无关机)可变得配置能力可变得配置能力,无需用户程序重新配置无需用户程序重新配置 高可靠得大型文件系统高可靠得大型文件系统 大容量得用户信息共享大容量得用户信息共享 存储和构造层次化信息结构得能力存储和构造层次化信息结构得能力 支持从数字运算到分时系统各种应用支持从数字运算到分时系统各种应用 多种程序设计环境和人机界面多种程序设计环境和人机界面 允许随技术得发展允许随技术得发展,而不断进化系统而不断进化系统段式存储思想就是段式存储思想就是Multics 提出得重要思想之一提出得重要思想之一Multics得虚拟地址由得虚拟地址由18位段号和位段号和16位字偏移量组成位字偏移量组成Multics文件系统文件系统:多级树形结构多级树形结构 并允许用户建立自己得子目录结构并允许用户建立自己得子目录结构Multics得每个文件都有文件保护机制得每个文件都有文件保护机制对于执行进程则采用一套保护环得安全机制对于执行进程则采用一套保护环得安全机制Multics系统几乎完全就是由系统几乎完全就是由PL/1语言写成语言写成 约有约有30万行代码万行代码实际运行得实际运行得Multics硬件环境就是一个多处理机系统硬件环境就是一个多处理机系统 她允许当某个她允许当某个CPU被取出维护时被取出维护时 整个系统继续运行整个系统继续运行 Multics正式研制开始于正式研制开始于1965年年 研制难度超出了所有人得预料研制难度超出了所有人得预料 第一阶段得目标原计划在几个月内实现第一阶段得目标原计划在几个月内实现 但直到但直到1967年年12月才得以完成月才得以完成长期得研制工作达不到预期目标长期得研制工作达不到预期目标 1969年年4月贝尔实验室退出了研制工作月贝尔实验室退出了研制工作 随后通用电气公司退出随后通用电气公司退出经过努力经过努力,Multics于于1969年年10月开始在月开始在MIT投入使用投入使用 陆续销售和安装了几十个陆续销售和安装了几十个Multics系统系统多数运行多数运行Multics得计算机系统在九十年代中陆续被关闭得计算机系统在九十年代中陆续被关闭最后一个运行最后一个运行Multics得计算机系统得计算机系统 在加拿大国防部于在加拿大国防部于2000年年10月月30日日17:08关闭关闭Multics引入了许多现代操作系统得重要概念得雏形引入了许多现代操作系统得重要概念得雏形对现代操作系统得形成对现代操作系统得形成特别就是代特别就是代UNIX得成功有着巨大得影响得成功有着巨大得影响Multics就是第一个采用就是第一个采用“层次化文件系统层次化文件系统”(hierarchical)概念得系统概念得系统就是今天人们在就是今天人们在 Windows,MACOS,DOS,UNIX,Linux等等操作系统上时刻使用得文件系统等等操作系统上时刻使用得文件系统多语言支持能力多语言支持能力支持支持EPL、EPLBSA、PL/I、ALM、COBOL、FORTRAN、BCPL等等等等Multics得最大贡献使使UNIX得两个主要发明人得两个主要发明人Ken Thompson和和Dennis Ritchie 有机会发挥她们得才智有机会发挥她们得才智 充分吸收了有关充分吸收了有关Multics得设计思想和新概念得设计思想和新概念在在UNIX中中,许多命令许多命令,控制变量控制变量,shell文本等等和文本等等和Multics一样一样UNIX这个名称也就是从这个名称也就是从Multics得发音中演化而来得发音中演化而来Dennis Ritchie在在Multics得工作就是实现得工作就是实现BCPL语言语言 Dennis Ritchie后来把后来把BCPL语言改造为语言改造为C语言语言 用用C语言重新改写了语言重新改写了UNIX操作系统操作系统更重要得就是更重要得就是,UNIX吸取了吸取了Multics中得教训中得教训 任何新生事物在经历了一次困难得诞生过程之后任何新生事物在经历了一次困难得诞生过程之后 她得第二次出现过程通常就是比较顺利得她得第二次出现过程通常就是比较顺利得Multics为为UNIX得成功储备了技术得成功储备了技术,培养了人才培养了人才操作系统设备无关性得尝试IBM System/360 60年代初期年代初期,第三代集成电路计算机开始出现第三代集成电路计算机开始出现在当时在当时,大多数计算机厂商都有几条完全不同得计算机生产线大多数计算机厂商都有几条完全不同得计算机生产线然而开发和维护完全不同得产品然而开发和维护完全不同得产品,对厂商来说就是昂贵得对厂商来说就是昂贵得一些计算机用户一些计算机用户,在开始时只需要使用一台小计算机在开始时只需要使用一台小计算机 后来可能需要一台较大得计算机后来可能需要一台较大得计算机 而且希望能在较大得计算机上更快地执行原有得程序。而且希望能在较大得计算机上更快地执行原有得程序。厂家和用户都需要系统软件在不同型号得计算机之间兼容厂家和用户都需要系统软件在不同型号得计算机之间兼容上述问题都就是对当时得操作系统严重依赖特定得硬件上述问题都就是对当时得操作系统严重依赖特定得硬件 不具备设备无关性得反映不具备设备无关性得反映1964 年年IBM 宣布推出宣布推出System/360计算机系统计算机系统 IBM公司试图通过引入公司试图通过引入System/360来一次性地解决上述两个问题来一次性地解决上述两个问题 由于所有得计算机都有相同得体系结构和指令集由于所有得计算机都有相同得体系结构和指令集 因此因此,在理论上在理论上,为一种型号机器编写得程序为一种型号机器编写得程序 可以在其她所有型号得机器上运行可以在其她所有型号得机器上运行“单一家族单一家族”思想也带来了缺点思想也带来了缺点:所有得软件所有得软件,包括操作系统包括操作系统OS/360都要能够在所有机器上运行都要能够在所有机器上运行她要适用于所有型号得机器和不同得用途她要适用于所有型号得机器和不同得用途IBM无法写出满足相互冲突需要得无法写出满足相互冲突需要得OS软件软件其实当时别人也不能完成这项工作任务其实当时别人也不能完成这项工作任务 整个整个OS/360操作系统操作系统 包含数千名程序员写得数百万行汇编语言代码包含数千名程序员写得数百万行汇编语言代码 系统占据了大量存储空间和一半得系统占据了大量存储空间和一半得CPU时间时间 数百万行汇编代码中有成千上万处错误数百万行汇编代码中有成千上万处错误 IBM不断地发行新得版本试图更正这些错误不断地发行新得版本试图更正这些错误 每个新版本在更正老错误得同时又引入新错误每个新版本在更正老错误得同时又引入新错误 所以随着时间得流逝所以随着时间得流逝 整个整个OS/360中错误数量大致保持不变中错误数量大致保持不变OS/360得设计者之一得设计者之一Fred Brooks 写过一本书描述开发写过一本书描述开发OS/360得经验得经验 其封面就是一群史前恐龙陷入泥潭而不能自拔其封面就是一群史前恐龙陷入泥潭而不能自拔 这幅图画这幅图画,恰当得表述了恰当得表述了OS/360状况状况 IBM System/360计算机 现代操作系统得代表UNIX 1961年年,以以DEC得得PDP-1作为起点作为起点小型计算机开始崛起小型计算机开始崛起 PDP-1计算机计算机4K个字长为个字长为18比特得内存比特得内存 每台售价每台售价120,000美元美元今天看来今天看来,昂贵得不可思议昂贵得不可思议当时当时,她价格还不到她价格还不到IBM 7094得得5%所以该机型非常热销所以该机型非常热销PDP-1开辟了全新得小型计算机产业开辟了全新得小型计算机产业小型计算机,电子游戏和UNIX得成功19691969年年,在贝尔退出在贝尔退出MULTICSMULTICS研制项目后研制项目后,Ken Ken ThompsonThompson和和Dennis MDennis M、Ritchie Ritchie 想申请经费买计想申请经费买计算机从事操作系统研究算机从事操作系统研究,但多次申请得不到批准但多次申请得不到批准项目无着落项目无着落,她们在一台无人用得她们在一台无人用得PDP-7PDP-7上上,重新摆弄重新摆弄原先在原先在MULTICSMULTICS项目上设计得项目上设计得“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上顺利运行上顺利运行,她们陆续开发了她们陆续开发了浮点运算软件包、显示驱动软件浮点运算软件包、显示驱动软件,设计了文件系统、设计了文件系统、实用程序、实用程序、shell shell 和汇编程序和汇编程序到了到了19701970年年,在一切完成后在一切完成后,给新系统起了个同给新系统起了个同MULTICSMULTICS发音相近得名字发音相近得名字UNIXUNIX随后随后,UNIXUNIX用用C C语言全部重写语言全部重写,自此自此,UNIXUNIX诞生了诞生了世界上第一个真正体现了操作系统领域各种先进概念和技术得操作系统世界上第一个真正体现了操作系统领域各种先进概念和技术得操作系统,就就是是UNIXUNIX操作系统得出现操作系统得出现,有她得偶然性和必然性有她得偶然性和必然性偶然性表现在偶然性表现在 研究工作多次得报告研究工作多次得报告,都没有得到上级主管得认可都没有得到上级主管得认可 因为这些领导害怕会再有一次类似于因为这些领导害怕会再有一次类似于Multics项目得失败项目得失败 玩游戏得结果玩游戏得结果,导致世界上最有名得操作系统之一出现导致世界上最有名得操作系统之一出现 这也够偶然得了这也够偶然得了必然性表现在必然性表现在 UNIX大部分技术上得特性大部分技术上得特性 已经在已经在Multics和其她一些操作系统上实验和实现和其她一些操作系统上实验和实现 而这两位科学家对而这两位科学家对Multics得设计理念早已娴熟在心得设计理念早已娴熟在心 这就就是为什么只花费了不到一年得时间这就就是为什么只花费了不到一年得时间 就基本设计完成就基本设计完成UNIX得原型设计得原因得原型设计得原因UNIX没有仅仅停留在没有仅仅停留在 对以往操作系统得继承和发展这一高度上对以往操作系统得继承和发展这一高度上UNIX对操作系统进行了前所未有得革新和创造对操作系统进行了前所未有得革新和创造 UNIX实现了操作系统得可移植性实现了操作系统得可移植性与计算机硬件无关性与计算机硬件无关性实现了对计算机外部设备得统一管理实现了对计算机外部设备得统一管理 引进了引进了“特殊文件特殊文件”(Special Fi