操作系统历史与现状.pptx

1.2操作系统的发展历史:单道批处理时代单道批处理时代(50(50年代年代)多道批处理多道批处理,分时分时,实时系统时代实时系统时代(60(60年代初年代初)多方式系统时代多方式系统时代(60-70(60-70年代年代)分布式系统分布式系统,多机系统时代多机系统时代(70(70年代中期后年代中期后)*)*史前年代特点:计算机刚问世计算机刚问世,除硬件和应用软件外除硬件和应用软件外,几乎几乎没有中间层软件，没有操作系统没有中间层软件，没有操作系统用户独占机器或由系统操作员控制机器用户独占机器或由系统操作员控制机器*1.2.11.2.1监督程序（50年代单道批处理时代单道批处理时代）基本思想:系统有一常驻内存的监督程序系统有一常驻内存的监督程序(第一第一代操作系统代操作系统).).操作员有选择的把若干作业合成操作员有选择的把若干作业合成一批一批,安装在输入设备上安装在输入设备上,并启动监督程序并启动监督程序,然然后由监督程序依次顺序启动这批作业后由监督程序依次顺序启动这批作业,以单道以单道方式运行。方式运行。作业：用户的一次上机行为。用户的一次上机行为。作业步：作业的执行步骤。作业的执行步骤。作业控制语言:用于说明作业如何执行的语言。用于说明作业如何执行的语言。作业控制说明书:用作业控制语言编写的作业执用作业控制语言编写的作业执行程序。行程序。*$END$END$RUN$RUN$LOAD$LOAD$FORTRAN$FORTRAN$JOB,JOBNAME=$JOB,JOBNAME=程程序序处处理理数据数据FORTRANFORTRAN程序语句程序语句典型的卡片作业举例典型的卡片作业举例普通指令:用户程序监督程序都可包含的指令。用户程序监督程序都可包含的指令。特权指令:只有监督程序才可包含的指令。只有监督程序才可包含的指令。系统空间:监督程序所占内存监督程序所占内存(0-K)(0-K)。用户空间:供用户程序使用的内存供用户程序使用的内存(K+1-N)(K+1-N)方式/态:指处理机能执行什么类型指令、访问指处理机能执行什么类型指令、访问多大内存的状态。在特权方式下多大内存的状态。在特权方式下,除能执行普除能执行普通指另外还能执行特权指令并访问更大的空间通指另外还能执行特权指令并访问更大的空间.在普通方式下只能执行普通指令。在普通方式下只能执行普通指令。系统调用（广义指令）:由监督程序提供给用户由监督程序提供给用户调用的系统功能。调用的系统功能。TRAP机制:硬件支持在特定状态下硬件支持在特定状态下(如执行如执行traptrap指令指令,定时器中断定时器中断)进入监督程序的机制。用于实进入监督程序的机制。用于实现系统调用或由监督程序处理作业死循环现系统调用或由监督程序处理作业死循环*存储保护:硬件提供一个界地址寄存器硬件提供一个界地址寄存器,每次访问每次访问内存时内存时,处理机依照目前处理机的态判断访问是处理机依照目前处理机的态判断访问是否越界。否越界。定时器中断:在规定时间间隔到时在规定时间间隔到时,系统暂停当前系统暂停当前程序之运行程序之运行,去进行时间相关的处理去进行时间相关的处理.如看作业是如看作业是否已超过其运行期限。否已超过其运行期限。*早期批处理系统中的监督程序工作流程:1.1.判输入设备上是否有待输入作业判输入设备上是否有待输入作业,没有则停止没有则停止2.2.从设备上输入一道作业从设备上输入一道作业3.3.控制作业运行控制作业运行a.a.取作业说明书中一条语句取作业说明书中一条语句,解析执行解析执行,如果是如果是“作作业终止业终止”语句语句,这删除该作业这删除该作业,转转1 1b.b.如果是一条执行性语句如果是一条执行性语句,则在主存中建立相应程则在主存中建立相应程序运行环境序运行环境,传递好参数传递好参数,转去执行该程序转去执行该程序(变到用变到用户态运行户态运行)c.c.在用户态程序运行过程中在用户态程序运行过程中,如发生中断事件如发生中断事件(如系如系统调用统调用/定时器中断定时器中断),),立即转监督程序立即转监督程序,待中断事件待中断事件处理结束后处理结束后,用户态程序继续执行用户态程序继续执行.d.d.用户态程序结束后用户态程序结束后,转转a a取下一作业控制语句取下一作业控制语句监督程序功能:输入用户作业输入用户作业,解释执行作业控解释执行作业控制说明书制说明书,提供系统调用。提供系统调用。监督程序与操作系统的区别:监督程序不具并发监督程序不具并发机制。机制。监督程序只是省缺了作业步和作业原来监督程序只是省缺了作业步和作业原来由人工转接的开销由人工转接的开销*1.2.21.2.2专用操作系统（专用操作系统（60年代初多道批处理多道批处理,分分时时,实时系统时代实时系统时代)多道批处理多道批处理分时分时实时系统实时系统一、多道/高级批处理系统(源于中断,通道,磁盘的引入)特点:在单道批处理系统的基础上引入双缓存机在单道批处理系统的基础上引入双缓存机制制,脱机输入输出脱机输入输出,SPOOLing,SPOOLing技术技术,多道程序设计多道程序设计技术。技术。*1.脱机输入输出：利用卫星机将慢速介质转到利用卫星机将慢速介质转到快速介质快速介质,加速作业在输入输出时的速度加速作业在输入输出时的速度.2.输入输出缓冲：利用双缓冲技术利用双缓冲技术,使针对一使针对一个缓冲区的数据处理和针对另一个缓冲区的个缓冲区的数据处理和针对另一个缓冲区的I/OI/O并行运行并行运行.磁盘缓冲区CPU3.SPOOLing3.SPOOLing技术基础：I/OI/O中断中断:由由I/OI/O部件操作完成后通知处理机去运部件操作完成后通知处理机去运行相应的处理程序行相应的处理程序.通道通道:能够自主控制外设可与处理机并行工作能够自主控制外设可与处理机并行工作的、交换数据的的、交换数据的I/OI/O装置装置(控制器控制器).).磁盘磁盘:随机存取的存储设备随机存取的存储设备*SPOOLingSPOOLing的基本思想:用磁盘设备作为主机的直用磁盘设备作为主机的直接输入输出设备接输入输出设备,即主机从磁盘选取作业运行即主机从磁盘选取作业运行,结结果也存在磁盘中果也存在磁盘中.相应的通道则负责磁盘与慢速相应的通道则负责磁盘与慢速外设的传输外设的传输.利用通道和中断机制利用通道和中断机制,作业的输入输作业的输入输出与作业在处理机上的运行可很好并行起来出与作业在处理机上的运行可很好并行起来.*.*磁盘磁盘通道通道主机主机通道通道通道通道卡片机卡片机打印机打印机SPOOLingSPOOLing系统图示作业1作业n预输入程序作业调度程序缓 输 出 程序井管理读程序井管理写程序作业的执行作业1结果作业n结果打印机输入机作业1信息作业n信息 :作业1结果作业n结果 :输入井输出井磁盘:SPOOLing系统结构虚拟设备4.多道程序设计基本思想内存同时保持多道程序内存同时保持多道程序(作业作业),),处理机处理机(单处单处理机理机)以交替的方式同时处理多道程序以交替的方式同时处理多道程序.宏观宏观上看上看,已有多道程序开始运行且尚未结束已有多道程序开始运行且尚未结束,微微观上看观上看,某一时刻处理机只运行某道作业。某一时刻处理机只运行某道作业。作业CI/OCPUI/OCPUI/O作业BCPUI/OCPUI/O作业ACPUI/OCPUI/OCPU现场保护/恢复:指处理机从一个作业向另指处理机从一个作业向另一个作业切换时进行的有关寄存器值的保一个作业切换时进行的有关寄存器值的保护护/恢复。恢复。*操作系统的基本特征:并发与共享。并发与共享。并发并发:在单处理机情况下在单处理机情况下指多道程序分时指多道程序分时占用处理机运行。占用处理机运行。共享共享:指并行运行程序对系统的硬软资源指并行运行程序对系统的硬软资源的访问。的访问。*二、分时系统终端设备:键盘与显示器键盘与显示器交互式系统:操作系统提供终端命令语言及解析器操作系统提供终端命令语言及解析器.用户通过终端命令指导作业运行用户通过终端命令指导作业运行分时系统:交互式系统与多道程序设计结合的产物交互式系统与多道程序设计结合的产物分时系统特点:并行性；共享性；交互性；独占性并行性；共享性；交互性；独占性*三、实时系统实时系统:能满足要求快速响应作业运行的多道能满足要求快速响应作业运行的多道程序设计系统程序设计系统实时系统主要性能指标和功能:时钟分辨度时钟分辨度:有更高的时钟中断频度有更高的时钟中断频度,可更精确可更精确计时计时,更快进行调度。更快进行调度。多级中断机制。保证要求快速响应中断的及时多级中断机制。保证要求快速响应中断的及时处理。处理。支持实时作业调度支持实时作业调度,保证实时作业无条件剥夺保证实时作业无条件剥夺非实时作业运行。非实时作业运行。*1.2.31.2.3多方式系统时代多方式系统时代(60-70(60-70年代年代)多种方式操作系统：同时具有批处理同时具有批处理,分时分时,实时功能的系统实时功能的系统1.2.41.2.4并行与分布式操作系统及发展并行与分布式操作系统及发展分布式操作系统：支持网络和分布处理的系统支持网络和分布处理的系统多机操作系统：支持共享内存多处理机的系统支持共享内存多处理机的系统Windows操作系统：支持友好用户界面的系统支持友好用户界面的系统*操作系统的发展趋势：嵌嵌入入式式操操作作系系统统：主主要要伴伴随随着着个个人人数数字字助助理理PAD,PAD,掌掌上上电电脑脑，电电视视机机顶顶盒盒，智智能能家家电电等等设设备备的的发发展展，对对操操作作系系统统在在功功能能和和所所占占空间大小权衡上提出了新的要求。空间大小权衡上提出了新的要求。强强实实时时操操作作系系统统：特特别别是是针针对对通通用用操操作作系系统的实时性研究，还在不断发展当中。统的实时性研究，还在不断发展当中。操作系统的发展趋势：并并行行操操作作系系统统的的研研究究：如如建建立立在在基基于于共共享享主主存存的的多多处处理理机机系系统统(MP)(MP)及及用用上上千千个个微微处处理理器器实实现现基基于于分分布布式式存存储储的的大大规规模模并并行行处处理理机机系系统统(MPP)(MPP)的的操操作作系系统统，系系统统突突出出特特征征是是提提供供各各类类并并行行机机制制。例例如如并并行行文文件件系系统统，并并行行I IO O控控制制，多多处处理理机机分分配配和和调调度度，处处理理机机间间的的通通讯讯和和同同步步，用用户户任任务务的的并行控制等。并行控制等。操作系统的发展趋势：网络操作系统和分布式操作系统的研究网络操作系统和分布式操作系统的研究就就目目前前情情形形而而言言，网网络络系系统统的的研研究究也也还还方方兴兴未未艾艾，基基于于ClientClientServerServer模模型型的的分分布布式式系系统统也也已已不不断断走走向向应应用用，完完全全分分布布式式的的系统还未成型，仍将是研究的热点问题系统还未成型，仍将是研究的热点问题。1.3 主要操作系统介绍WindowsWindows系列系列:DOS,Windows 3.x,:DOS,Windows 3.x,Window 95,Windows NT,Windows Window 95,Windows NT,Windows XPXP，VistaVista，Windows 7Windows 7UNIXUNIX大家庭大家庭：SVR4,BSD,SVR4,BSD,Solaris,AIX,HP_UX Solaris,AIX,HP_UX 自由软件自由软件LinuxLinux和和freeBSDfreeBSD等等 Windows Windows 1.01.0（19851985）Windows Windows 2.02.0（19871987）Windows Windows 3.03.0（19901990）Windows Windows 9595（19951995）Windows 3.xWindows 3.xWindowsMeWindowsMe（20002000）Windows Windows 9898（19981998）WindowsXPWindowsXP（20012001）WindowsNT3.1(NTWindowsNT3.1(NT第第1 1版版)（19931993）WindowsNT3.51(NTWindowsNT3.51(NT第第3 3版版)Windows2000(NT5.0)Windows2000(NT5.0)（20002000）Windows CEWindows CE（19981998）WindowsNT3.5(NTWindowsNT3.5(NT第第2 2版版)WindowsNT4.0(NTWindowsNT4.0(NT第第4 4版版)（19961996）微软公司微软公司WindowsWindows操作系统产品线操作系统产品线Vista 2005年7月22日Windows 7 2009年10月UNIX家谱家谱UNIX的历史开始于1969年kenThompson，DennisRitchie（即著名的K&G，C语言的发明人）与一群人在一部PDP-7上进行的一些工作，后来这个系统变成了UNIX。它主要的几个版本为：V1（1971）：第一版的UNIX，以PDP-11/20的汇编语言写成。包括文件系统，fork、roff、ed等软件。V4（1973）：以C语言从头写过，这使得UNIX修改容易，可以在几个月内移植到新的硬件平台上。最初C语言是为UNIX设计的，所以C与UNIX间有紧密的关系。UNIX家谱家谱V6（1975）：第一个在贝尔实验室外（尤其是大学中）广为流传的UNIX版本。这也是UNIX分支的起点与广受欢迎的开始。1.xBSD（PDP-II）就是由这个版本衍生出来的。V7（1979）：在许多UNIX玩家的心目中，这是“最后一个真正的UNIX，”这个版本包括一个完整的K&RC编译器，Bourneshell。V7移植到VAX机器后称为32V。目前开发UNIX（SystemV）的公司是UnixSystemLaboratories(USL)。USL本为AT&T所有，1993年初被Novell收购。Novell于1993年末将UNIX这个注册商标转让给X/Open组织。UNIX家谱家谱目前为止，UNIX有两大流派：那就是AT&T发布的UNIX操作系统SystemV与美国加州大学伯克利分校发布的UNIX版BSD（BerkeleySoftwareDistribution）。SVR4是两大流派融合后的产物。1991年底，与SystemV针锋相对的开放软件基金会(OpenSoftwareFoundation)推出了OSF/1。第一版第一版(1971年年)第三版第三版(1973年年)第六版第六版(1975年年)SYSTEM III(1982年年)第七版第七版第八版第八版第九版第九版第十版第十版1989年年SYSTEM V(1983年年)SVR2(1984年年)SVR3(1987年年)SVR4(1989年年)SUNSolarisIBM AIXHP UX1BSD(1978年年)2BSD(1978年年)3BSD(1979年年)4.0BSD(1980年年)4.4BSD(1993年年)MACH2.5OSF/1(1989年年)DEC OSF/1Digital UNIXTru64 UNIX UNIX发展简图发展简图 现在几种主要的现在几种主要的UNIX版本：版本：AIX：IBM的UNIX，是根据SVR2（最近已经出到SVR3.2）以及一部分BSD延伸而来，加上各种硬件的支持。具备特有的系统管理（SMIT）。386BSD：Jolitz从Net/2software移植过来的。支持Posix，32位。FreeBSD：1.x从386BSD0.1而来，FreeBSD2.x版是用4.4BSDlite改写。HP-UX（HP）：旧系统是从SIII（SVRx）发展面来，现在是由SVR2（4.2BSD）发展而来，目前是10.x版。Linux(x86)：遵从POSIX，SYSV及BSD的扩展，这一点从上页表中即可看出。现在几种主要的现在几种主要的UNIX版本：版本：OSF/1（DEC）：DEC对OSF/1的移植。SCOUNIX（x86）：SVR3.2，目前影响较大的PCUNIX。SunOS（680 x0，Sparc，i386）：根据4.3BSD，包含许多来自SystemV的东西。Sun的主要成果在于：NFS，OpenLookGUI标准，后来演变为Solaris。这也是目前最著名的UNIX版本之一。Ultrix(DEC)：根据4.2BSD再加上许多4.3BSD的东西。Xenix(x86)：Intel硬件平台上的UNIX，以SVR2为基础，由微软推出。在中国使用较广泛。LinuxLinux和和FreeBSDFreeBSDLinuxLinux由芬兰赫尔辛基大学计算机系大学生由芬兰赫尔辛基大学计算机系大学生Linus TorvaldsLinus Torvalds，在从，在从19901990年底到年底到19911991年年的几个月中，为了自己的操作系统课程学的几个月中，为了自己的操作系统课程学习和后来上网使用而陆续编写的。在习和后来上网使用而陆续编写的。在20012001年初年初Linux WorldLinux World大会前夕推出了大会前夕推出了Linux2.4Linux2.4内核内核 ，现在推出了，现在推出了Linux2.6Linux2.6。FreeBSDFreeBSD是美国加利福尼亚洲大学伯克利分是美国加利福尼亚洲大学伯克利分校开发的支持校开发的支持POSIXPOSIX标准的免费操作系统，标准的免费操作系统，它基于它基于4.4BSD 4.4BSD。Linux历史简介历史背景：操作系统始于二十世纪50年代，当时的操作系统能运行批处理程序。批处理程序不需要用户的交互，它从文件或者穿孔卡片读取数据，然后输出到另外一个文件或者打印机。二十世纪六十年代初，交互式操作系统开始流行。它不仅仅可以交互，还能使多个用户从不同的终端同时操作主机。这样的操作系统被称作分时操作系统，它的出现对批处理操作系统是个极大的挑战。许多人尝试开发分时操作系统，其中包括一些大学的研究项目和商业项目。当时有一个项目叫做multics,它的技术在当时很创新。例如，它具有有一个分级的文件系统，这是现代操作系统必需的部分。multics项目的开发并不顺利。它花费了远超过预计的时间来完成，却没有在操作系统市场上占到多少份额。而参加该项目的一个开发团体-贝尔实验室退出了这个项目。他们在退出后开发了他们自己的一个操作系统-unix.unix最初免费发布并因此在大学里受到欢迎。后来，unix实现了tcp/ip协议栈，成为了早期工作站的操作系统的一个流行选择。1990年，unix在服务器市场尤其是大学校园成为主流操作系统，许多校园都有unix主机，当然还包括一些研究它的计算机系的学生。这些学生都渴望能在自己的电脑上运行unix。不幸的是，从那时候开始，unix开始变得商业化，它的价格也变得非常昂贵。而唯一低廉的选择就是minix,这是一个功能有限的类似unix的操作系统，作者andrewtanebaum开发它的目的是用于教学。而其他的操作系统如386bsd,netbsd的前身，freebsd以及openbsd不够成熟，对硬件性能的要求远远超过了家庭电脑。1991年10月，linustorvalds在赫尔辛基大学接触unix,他希望能在自己的电脑上运行一个类似的操作系统。可是unix的商业版本非常昂贵，于是他从minix开始入手，计划开发一个比minix性能更好的操作系统。很快他就开始了自己的开发工作。他第一次发行的版本很快吸引了一些黑客。尽管最初的linux并没有多少用处，但由于一些黑客的加入使它很快就具有了许多吸引人的特性，甚至一些对操作系统开发不感兴趣的人也开始关注它。linux本身只是操作系统的内核。内核是使其他程序能够运行的基础。它实现了多任务和硬件管理，用户或者系统管理员交互运行的所有程序实际上都运行在内核之上。其中有些程序是必需的，比如说，命令行解释器(shell),它用于用户交互和编写shell脚本（.bat文件）。linus没有自己去开发这些应用程序，而是使用已有的自由软件。这减少了搭建开发环境而所需花费的工作量。实际上，他经常改写内核，使得那些程序能更容易在linux上运行。许多重要的软件，包括c编译器，都来自于自由软件基金gnu项目。gnu项目开始于1984年，目的是为了开发一个完全类似于unix的免费操作系统。为了表扬gnu对linux的贡献，许多人把linux称为gnu/linux(gnu有自己的内核。）19921993年，linux内核具备了挑战unix的所有本质特性，包括tcp/ip网络，图形界面系统（xwindow).linux同样也吸引了许多行业的关注。一些小的公司开发和发行linux.有几十个linux用户社区成立。1994年，linux杂志也开始发行。linux内核1.0在1994年三月发布，内核的发布要经历许多开发周期，直至到达一个稳定的版本。每个开发周期会经过一到三年的时期，其中还会重新设计和重写内核的部分代码以解决硬件的变动问题（例如，为了支持新的连接外设的标准，如usb）.1997年。netscape公司决定将他们的浏览器作为开源软件发行（开源一词就从那时开始出现）。几年后，自由（无论是否开源）都开始逐渐被人们接受，甚至成了许多应用的首选。本贴来自天极网群乐社区-http:/