操作系統

(OperatingSystem)

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操作系統是現代計算機系統中配備的最重要的系統軟件。它屏蔽了計算機硬件裸機的實現細節，在其基礎上提供一個統一的軟件平臺，為其他軟件的編寫和運行服務。《操作系統》是計算機專業本科的專業基礎課，是一門涉及較多硬件知識的計算機系統軟件課程。本課程與其它課程的聯系操作系統是計算機系統中硬件和軟件間聯系的紐帶，學習它需要具備一定的硬件和軟件方面的知識。微機原理與接口技術等課程為本課程的學習建立必要的硬件知識背景，數據結構、程序設計語言等課程將為本課程的學習建立必要的軟件知識背景。本課程的后續課程包括計算機網絡、J2EE開發等。學習操作系統目的-1不是如何使用操作系統而是理解操作系統如何工作OS工作方式OS內部算法和數據結構設計OS過程中的問題、解決方案和折中權衡學習操作系統目的-2為專門用途人們設計、修改、擴充操作系統。例如操作系統漢化、中文操作系統環境、嵌入式操作系統開發。大多數計算機部門主要決策者選擇操作系統及操作系統中的選擇部分。用戶為了完成自己的任務必須與操作系統交往，用戶要了解操作系統提供的人－機接口，在編程中靈活應用進程（線程）。操作系統中所用的許多概念和技巧一般可以應用到其它領域。操作系統課程的特點實踐性強（從實踐總結出原理)涉及面廣（并行程序，性能問題，結構問題，程序方法論，軟件工程，等等）錯綜復雜：縱橫交叉課程考核課堂表現與作業包括考勤、課堂練習、課堂討論、提問、作業等課堂測驗

2次隨機的課堂測驗

課程實驗14學時實驗

成績分布

平時表現（10％）＋課堂測驗（10％）＋筆記（10％）＋實驗（30％）＋期末考試（40％）如何學好操作系統？教師只指出要點

要通過自學、研讀參考書掌握內容整理筆記相當重要

不能只通過PowerPoint來復習課程作業\課外練習\源代碼分析善于發現問題、提出問題

要努力尋求問題的答案

第一章操作系統引論第一章操作系統引論

1.1操作系統的目標和作用1.2操作系統的發展過程1.3操作系統的基本特性1.4操作系統的主要功能1.5操作系統的結構設計

1.６操作系統縱覽1.1操作系統的目標和作用

1.計算機系統的組成

硬件系統（裸機）：CPU、存儲器（主存、輔存）、I/O、I/O控制系統

軟件系統：系統軟件、應用軟件

系統軟件：管理計算機本身的操作。如操作系統、編譯….

應用軟件：提供給用戶進行解題。如，科學計算、事物管理2.計算機系統的層次結構圖1.1計算機系統的層次結構3.操作系統的目標

目前存在著多種類型的OS，不同類型的OS，其目標各有所側重。通常在計算機硬件上配置的OS，其目標有以下幾點：1.方便性：2.有效性3.可擴充性4.開放性

4.操作系統的地位

計算機系統由硬件和軟件組成操作系統在硬件基礎上的第一層軟件是其他軟件和硬件之間的接口操作系統設計者應用軟件設計者應用軟件設計者5.操作系統的作用

OS作為用戶與計算機硬件系統之間的接口OS作為計算機系統資源的管理者OS用作擴充機器6.推動操作系統發展的主要動力

不斷提高計算機資源利用率方便用戶器件的不斷更新換代計算機體系結構的不斷發展1.2操作系統的發展過程1.2.1無操作系統的計算機系統1.人工操作方式

從第一臺計算機誕生(1945年)到50年代中期的計算機，屬于第一代，這時還未出現OS。計算機操作是由用戶采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統，即由程序員將事先已穿孔(對應于程序和數據)的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(或卡片輸入機)，再啟動它們將程序和數據輸入計算機，然后啟動計算機運行。當程序運行完畢并取走計算結果后，才讓下一個用戶上機。2.人工操作方式的特點特點:用戶獨占全機CPU等待人工操作獨占性串行性缺點:計算機的有效機時嚴重浪費效率低3.脫機輸入/輸出方式

在采用脫機輸入輸出方式時，程序和數據的輸入輸出都是在外圍計算機的控制下完成的，即它們是脫離主機進行的，故稱之為脫機輸入輸出操作。

脫機I/O方式的主要優點如下：

（1）減少了CPU的空閑時間。（2)提高I/O速度。圖1-2脫機I/O示意圖脫機輸入技術

為解決低速輸入設備與CPU速度不匹配的問題，可將用戶程序和數據，在一臺外圍計算機的控制下，預先從低速輸入設備輸入到磁帶上，當CPU需要這些程序和數據時，再直接從磁帶機高速輸入到內存，從而大大加快了程序的輸入過程，減少了CPU等待輸入的時間。脫機輸出技術

當程序運行完畢或告一段落，CPU需要輸出時，無須直接把計算結果送至低速輸出設備，而是高速地把結果送到磁帶上，然后再另一臺外圍機地控制下，把磁帶上的計算結果由相應的輸出設備輸出，著就大大加快了程序的輸出過程。1.2.2單道批處理系統

單道批處理系統的處理過程

批處理是指計算機系統對一批作業自動進行處理的一種技術。

單道批處理在內存中僅有一道作業。圖1-3單道批處理系統的處理流程

2.單道批處理系統的特征單道批處理系統是最早出現的一種OS，嚴格地說，它只能算作是OS的前身而并非是現在人們所理解的OS。該系統的主要特征如下：

(1)自動性(2)順序性(3)單道性1.2.3多道批處理系統

1.多道程序設計的基本概念在計算機內存中同時存放若干道已開始運行尚未結束的程序，它們交替運行，共享系統中的各種硬、軟件資源，從而使處理機得到充分利用。在該系統中，用戶所提交的作業都先存放在外存上并排成一個隊列，稱為“后備隊列”；然后，由作業調度程序按一定的算法從后備隊列中選擇若干個作業調入內存，使它們共享CPU和系統中的各種資源。卡片IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機卡片閱讀機輸出磁帶打印機圖1－4早期批處理系統圖1-6單道和多道程序運行情況2.多道批處理系統的特點

多道：

多道指某個作業占用CPU，若由于某種原因暫時不用CPU則系統讓第二個作業占用CPU成批處理：

用戶自己不能干預自己作業的運行，一旦發現作業錯誤不能及時改正，并延長開發軟件時間，所以適用于成熟的程序無序性調度性

3.多道批處理系統的優缺點

資源利用率高(2)系統吞吐量大(3)可提高內存和I/O設備利用率(4)平均周轉時間長(5)無交互能力。適合大型科學計算、數據處理。

4.多道批處理需要解決的問題

處理機管理問題。(2)內存管理問題。(3)I/O設備管理問題。(4)文件管理問題。(5)作業管理問題。1.2.4分時系統

1.分時系統(Time-SharingSystem)的產生分時系統是為了滿足用戶需求所形成的一種新型OS。它與多道批處理系統之間，有著截然不同的性能差別。用戶的需求具體表現在以下幾個方面：(1)人—機交互(2)共享主機(3)便于用戶上機主機終端圖1-7分時系統示意圖2.分時系統的思想采用時間片輪的方法，同時為許多終端用戶服務，對每個用戶能保證足夠快的響應時間，并提供交互會話的功能。時間片：將CPU的時間劃分成若干個片段,稱為時間片，操作系統以時間片為單位,輪流為每個終端用戶服務設計目標：對用戶的請求及時響應，并在可能條件下盡量提高系統資源的利用率。適合辦公自動化、教學及事務處理等要求人機會話的場合。

3.分時操作系統工作方式

一臺主機連接了若干個終端每個終端有一個用戶在使用交互式的向系統提出命令請求系統接受每個用戶的命令采用時間片輪轉方式處理服務請求并通過交互方式在終端上向用戶顯示結果用戶根據上步結果發出下道命令4.分時系統實現中的關鍵問題為實現分時系統，其中，最關鍵的問題是如何使用戶能與自己的作業進行交互，即當用戶在自己的終端上鍵入命令時，系統應能及時接收并及時處理該命令，再將結果返回給用戶。此后用戶可繼續鍵入下一條命令，此即人—機交互。即使有多個用戶同時通過自己的鍵盤鍵入命令，系統也應能全部地及時接收并處理:(1)及時接收。(2)及時處理。

5.分時操作系統特點多路性交互性“獨占”性及時性同時有多個用戶使用一臺計算機宏觀上：是多個人同時使用一個CPU微觀上：多個人在不同時刻輪流使用CPU用戶根據系統響應結果進一步提出新請求(用戶直接干預每一步)用戶感覺不到計算機為其他人服務（OS提供虛機器，各個用戶的虛機器互不干擾）系統對用戶提出的請求及時響應

6.影響響應時間的因素

終端數目多少調度算法（時間片的選取）信息交換量和信息交換速度機器處理能力請求服務的時間長短及服務請求的分布

1.2.5實時系統

“實時”，是表示“及時”，而實時系統(Real-TimeSystem)是指系統能及時響應外部事件的請求，在規定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協調一致地運行。特點：及時性要求高，系統可靠性高。

1.實時操作系統的分類實時控制系統：通常是指以計算機為中心的生產過程控制系統，又稱計算機控制系統。如：鋼鐵冶煉和鋼板軋制的自動控制、煉油、化工生產過程的自動控制,軍事控制等。實時信息處理系統：計算機及時接收從遠程終端發來的服務請求，根據用戶提出的問題對信息進行檢索和處理，并在很短時間內對用戶做出正確回答。例如：銀行，機票訂購系統、股市行情實時信息處理系統等。

2.

實時操作系統主要追求目標對外部請求在嚴格時間范圍內作出反應高可靠性安全性完整性實時系統必須和先進的技術裝備相結合（1）多路性（2）獨立性（3）及時性（4）交互性（5）可靠性3.實時系統與分時系統特征的比較

1.2.6操作系統的發展

操作系統（包括其前身）成為獨立的程序，已有40年的歷史，它經過60和70年代的大發展時期，到80年代雖已趨于成熟，但它仍繼續沿著兩個方向繼續向前發展，一個是隨著計算機系統結構的發展，形成多處理機操作系統、網絡操作系統和分布式操作系統；另一個則是把操作系統應用于微機，形成微機操作系統。

1.多處理機操作系統

在1975年前后，打破了以單處理機體系結構為主的局面，形成了由多臺處理機通過互連網絡連接在一起的計算機系統。近年來所推出的大、中、小型機，大多數都在采用多處理機體系結構，甚至在高檔微機中也出現了這種趨勢。

多處理機結構

緊密耦合(TightlyCoupled)多處理機結構松散耦合(LooselyCoupled)多處理機結構

多處理機類型

主－從式獨立管理程序系統浮動式管理程序控制方式

2.網絡操作系統

網絡操作系統是建立在主機操作系統基礎上，用于管理網絡通信和共享資源，協調各主機上任務地運行，并向用戶提供統一的、有效的網絡接口的軟件集合。

按網絡所覆蓋的地理范圍和互連計算機之間的距離的不同，可把計算機網絡分為兩種：廣域網WAN(WideAreaNetwork)局域網LAN(LocalAreaNetwork)

網絡操作系統的基本功能

網絡通信資源管理提供多種網絡服務提供網絡接口網絡操作系統網絡服務應用程序

通信軟件（協議支持）單機操作系統用戶應用程序圖1－8局域網操作系統的結構

通信軟件（協議支持）

1)分布式操作系統的功能資源管理任務分配分布式進程同步和通信管理程序浮動3.

分布式操作系統

2)要解決的關鍵問題

分布式OS設計過程中要解決的關鍵問題:

（1）通信原語的設計

（2）資源管理

（3）系統容錯

3)分布式操作系統特征1.系統內只有一個全局操作系統，采用分布式控制的辦法，負責全系統的資源管理和運行控制。2.資源進一步共享:系統內包含有多個物理資源和邏輯資源，它們可以動態地分配給各個任務3.透明性:資源共享，分布。系統對用戶提供一個透明的、一體化的用戶界面。4.自治性:處于分布式系統的多個主機處于平等地位，無主從關系所有資源都必須高度自治而相互配合地工作，它們之間不存在層次控制或主從控制的關系。5.處理能力增強、速度更快、可靠性增強4)

網絡和分布式的區別

(1)分布具有各個計算機間相互通訊，

無主從關系；網絡有主從關系(2)分布式系統資源為所有用戶共享；

而網絡有限制地共享(3)分布式系統中若干個計算機可相互

協作共同完成一項任務

4.微型機(個人）操作系統

計算機在某一時間內為單用戶服務,其追求目標是界面友好，使用方便，豐富的應用軟件。（1）

MS-DOS（2）微機多任務操作系統

微機多任務操作系統的分類

按系統結構分：內在式（built-in）

貼附式（bolt-on）

按任務調度方式分：先決式（preemptive）

協作式（cooperative）

微型機操作系統（續）

1)內在式是指操作系統開始設計就把多任務功能構筑.其中，如OS/2和UNIX操作系統。2)貼附式是指把多任務功能附加到一個單任務操作系統中而形成，如Microsoft的Windows就是在DOS基礎上加入多任務功能而構成的多任務操作系統。

微型機操作系統（續）

3)先決式是指由系統內部時鐘來決定CPU由一個任務轉移去執行另一個任務的時刻，轉移時刻是系統以某種分配策略預先確定的，應用程序無權干預。如OS/2和UNIX都是先決式多任務操作系統。4)協作式是指幾個應用程序聯合動作，通過某種通信方式來分享CPU。Windows和Novell公司的Netware網絡操作系統是以協作式來工作的。5.

嵌入式操作系統1)什么是嵌入式系統：

在各種設備、裝置或系統中，完成特定功能的軟硬件系統它們是一個大設備、裝置或系統中的一部分，這個大設備、裝置或系統可以不是“計算機”通常工作在反應式或對處理時間有較嚴格要求環境中由于它們被嵌入在各種設備、裝置或系統中，因此稱為嵌入式系統2）嵌入式系統軟件：用于提供系統所需的功能和靈活性硬件=（處理器、ASIC、存儲器…）用于提供所需的性能以及部分安全機制專用門陣列模擬I/O處理器核存儲器3)

嵌入式操作系統在嵌入式系統中的OS，稱為嵌入式操作系統。嵌入式操作系統，是運行在嵌入式智能芯片環境中，對整個智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進行統一協調、調度、指揮和控制的系統軟件。

4）典型嵌入式操作系統的特性

完成某一項或有限項功能；不是通用型的

在性能和實時性方面有嚴格的限制

能源、成本和可靠性通常是影響設計的重要

因素

占有資源少、易于連接

系統功能可針對需求進行裁剪、調整和生成

以便滿足最終產品的設計要求

5）嵌入式操作系統開發環境

通常配有源碼級可配置的系統模塊設計

豐富的同步原語

可選擇的調度算法

可選擇內存分配策略

定時器與計數器

多方式中斷處理支持

多種異常處理選擇

多種通信方式支持

標準Ｃ語言庫

數學運算庫和開放式應用程序接口

6.操作系統領域中新的操作系統有線電視機頂盒領域，PowerTV移動通信領域，EPOC掌上計算機領域，PalmOS數字影像領域，Digita1.3操作系統的基本特性

1.操作系統的定義操作系統（OperatingSystem，簡稱OS）是控制和管理計算機硬件和軟件資源的一個系統軟件,是一些程序模塊的集合。它能以盡量有效、合理的方式組織和管理計算機的軟硬件資源，合理的組織計算機的工作流程，控制程序的執行并向用戶提供各種服務功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效的使用計算機，使整個計算機系統能高效地運行。它是系統軟件的核心，是計算機處理時必不可少的非常重要的軟件。2.操作系統的特征并發性共享性虛擬性異步性

3.并發性并行性是指兩個或多個事件在同一時間發生。并發性是指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。(與并發相似，但多指硬件支持）程序的并發執行，有效地改善了系統資源的利用率和提高了系統的吞吐量，但它使系統復雜化，操作系統必須具有控制和管理各種并發活動的能力。4.共享性

操作系統與多個用戶的程序共同使用計算機系統中的資源資源共享是指系統中的硬件和軟件資源不再為某個程序所獨占，而是供多個用戶共同使用。并發和共享是操作系統兩個最基本的特征，這兩者之間又是互為存在條件的。資源共享是以程序的并發為條件的，若系統不允許程序并發執行，自然不存在資源共享問題。若系統不能對資源共享實施有效的管理，也必將影響到程序的并發執行，甚至根本無法并發執行。5.虛擬性

在操作系統中，所謂虛擬，是指把一個物理上的實體，變為若干個邏輯上的對應物。物理實體(前者)是實的，而后者是虛的，相應地，用于實現虛擬的技術，稱為虛擬技術。在OS中利用了多種虛擬技術，分別用來實現虛擬處理機、虛擬內存、虛擬外部設備和虛擬信道等。

6.異步性(Asynchronism)

在多道程序環境下，允許多個進程并發執行，但由于競爭資源等因素的限制，使進程的執行不是“一氣呵成，而是以“走走停停”的方式運行。多道程序環境下程序的執行，是以異步方式進行的；每個程序在何時執行，多個程序間的執行順序以及完成每道程序所需的時間都是不確定和不可預知的。進程是以人們不可預知的速度向前推進，此即進程的異步性。1.4操作系統的主要功能

從資源管理觀點看，操作系統具有五大功能：處理機管理存儲器管理設備管理文件管理作業管理

1.處理機管理

主要任務：是對處理機的分配和運行實施有效管理。對處理機管理，可歸結為對進程的管理。

進程管理的主要功能

進程控制：當用戶作業要運行時，應為之建立一個或多個進程，并為它分配除處理機以外的所有資源，將它放入進程就緒隊列。當進程運行完成時，立即撤消該進程，以便及時釋放其所占有的資源。進程控制的基本功能就是創建和撤消進程以及控制進程的狀態轉換。進程同步：所謂進程同步是指系統對并發執行的進程進行協調。最基本的進程同步方式是使諸進程以互斥方式訪問臨界資源。

進程管理的主要功能（續）

此外，對于彼此相互合作、去完成共同任務的諸進程，則應由系統對它們的運行速度加以協調。進程通信：對于相互合作的進程，在它們運行時，相互之間往往要交換一定的信息，這種進程間所進行的信息交換稱為進程通信。進程調度：當一個正在執行的進程已經完成，或因某事件而無法繼續執行時，系統應進行進程調度，重新分配處理機。進程調度是指按一定算法，如最高優先算法，從進程就緒隊列中選出一進程，把處理機分配給它，為該進程設置運行現場，并使之投入運行。2.存儲器管理存儲器管理的主要任務:為多道程序的并發運行提供良好環境；便于用戶使用存儲器；提高存儲器的利用率；為盡量多的用戶提供足夠大的存儲空間。存儲器管理的功能內存分配：多道程序能并發執行的首要條件是，各道程序都有自己的內存空間，因此，為每道程序分配內存是存儲器管理的最基本功能。內存保護：為保證各道程序都能在自己的內存空間運行而互不干擾，要求每道程序在執行時能隨時檢查對內存的所有訪問是否合法。必須防止因一道程序的錯誤而擾亂了其它程序，尤其應防止用戶程序侵犯操作系統的內存區。

存儲器管理的功能（續）

地址映射：在多道程序的系統中，操作系統必須提供把程序地址空間中的邏輯地址轉換為內存空間對應的物理地址的功能。地址映射功能可使用戶不必過問物理存儲空間的分配細節，從而為用戶編程提供了方便。內存擴充：由于物理內存的大小可能限制了大型作業或多個作業的并發執行，為了滿足用戶的要求并改善系統性能，必須對內存加以擴充。但我們無須去真正地增加內存空間，而只須借助于虛擬存貯技術，便可獲得這樣地效果，使系統能運行內存要求量遠比物理內存大得多得作業，或讓更多得作業并發執行。

3.設備管理

1)設備管理的主要任務:為用戶程序分配I/O設備；完成用戶程序請求的I/O操作；提高CPU和I/O設備的利用率；改善人機界面。

2)設備管理程序應具有的功能

緩沖管理：幾乎所有的外圍設備于處理機交換信息時，都要利用緩沖來緩和CPU和I/O設備間速度不匹配的矛盾，和提高CPU與設備、設備與設備間操作的并行程度，以提高CPU和I/O設備的利用率。設備分配：系統根據用戶所請求的設備類型和所采用的分配算法對設備進行分配，并將未獲得所需設備的進程放進相應設備的等待隊列。

設備管理程序應具有功能(續）

設備處理：啟動指定的I/O設備，完成用戶規定的I/O操作，并對由設備發來的中斷請求進行及時響應，根據中斷類型進行相應的處理。虛擬設備功能：通常，把一次僅允許一個進程使用的設備稱為獨占設備。系統可通過某種技術使該設備成為能被多個用戶共享的設備，以提高設備利用率及加速程序的執行過程。可使每個用戶都感覺到自己在獨占該設備。

4.文件管理

文件存儲空間的管理目錄管理文件讀、寫管理文件保護向用戶提供接口

5.作業管理

1）作業管理的主要任務:是根據系統條件和用戶需要，對作業的運行進行合理的組織、調度及相應的控制。2）作業調度：作業調度是指根據系統的能力和當前作業的運行情況，按一定策略，從后備作業隊列中選出一批作業，為它們分配所需的I/O設備和存儲空間，將它們調入內存并為之建立相應的進程，使之成為具有獲得處理機資格的侯選進程。3）作業控制：作業控制是指作業從進入系統開始，直到運行完成的整個過程中，用戶可通過某種形式向系統發出各種命令，以對自己的作業進行控制和管理。1.5操作系統的結構設計

1.5.1軟件工程的基本概念

1.軟件的含義

軟件是指當計算機運行時，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，該程序能夠正確地處理信息的數據結構；作為規范軟件，還應具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文檔。2.軟件工程的含義軟件工程是指運用系統的、規范的和可定量的方法，來開發、運行和維護軟件。其目的是為了解決在軟件開發中所出現的編程隨意、軟件質量不可保證以及維護困難等問題。無結構OS模塊化OS結構分層式OS結構1.5.2傳統的操作系統結構在早期開發操作系統時，設計者只是把他的注意力放在功能的實現和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設計思想。這種OS是無結構的。主要是編制緊湊程序，便于利用內存，對goto無限制，缺乏清晰的程序結構，難以維護和理解，增加了維護人員的負擔。

1.無結構操作系統2.模塊化OS結構

模塊化程序設計技術，是基于“分解”和“模塊化”原則來控制大型軟件的復雜度的。將OS按其功能劃分為若干個具有一定獨立性和大小的模塊。并規定好各模塊間的接口，各模塊之間能通過該接口實現交互。模塊化OS結構優缺點優點：提高設計的正確性；增強可適應性；加速開發過程缺點：難保證模塊完全正確；未區分獨占與共享資源。3.分層式OS結構有序分層的

高層只能調用低層功能，應考慮：嵌套、運行頻率、公用模塊、用戶接口。2)層次的設置a.程序嵌套b.運行頻率c.公用模塊d.用戶接口1.5.3微內核OS結構客戶/服務器模式面向對象程序設計技術微內核技術1.客戶/服務器模式

為了提高OS的靈活性和可擴充性而將OS劃分為兩部分，一部分是用于提供各種服務的一組服務器(進程)，另一部分是內核，用來處理客戶和服務器之間的通信。在內核中還應具有其它一些機構，用于實現與硬件緊密相關的一些較基本的功能。單機環境下的客戶/服務器模式客戶/服務器模式的優點（1）提高了系統的靈活性和可擴充性。（2）提高了OS的可靠性。（3）可運行于分布式系統中。2.面向對象的程序設計技術(Object-OrientatedProgramming)

1)面向對象技術的基本概念面向對象技術是20世紀80年代初提出并很快流行起來的。該技術是基于“抽象”和“隱蔽”原則來控制大型軟件的復雜度的。OS中的各類實體如進程、線程、消息、存儲器等，都使用了對象這一概念，相應地，便有進程對象線程對象、存儲器對象等。2）面向對象技術的優點可修改性和可擴充性繼承性正確性和可靠性3微內核技術微內核技術的引入微內核技術，是指精心設計的、能實現現代OS核心功能的小型內核，它運行在核心態，且開機后常駐內存。微內核的基本功能

(1)進程管理。(2)存儲器管理。(3)進程通信管理。(4)I/O設備管理。1.６操作系統縱覽下面讓我們順著歷史軌跡縱覽各個時期的操作系統單道批處理操作系統1、FMS（FORTRANMonitorSystem，FORTRAN監控系統）2、IBMSYS（IBM為7094機配備的操作系統）IBMOS/3601964年IBM宣布推出System/360計算機系統

第一個采用小規模集成電路的主流機型IBMSystem/360,龐大的軟件怪獸數千名程序員寫的數百萬行匯編語言代碼

系統自身占據了大量存儲空間和一半的CPU時間數百萬行匯編代碼中有成千上萬處錯誤IBM不斷發行新的版本試圖更正這些錯誤

每個新版本在更正老錯誤的同時又引入新錯誤所以隨著時間的流逝，錯誤的數量大致保持不變MULTICS的災難1965年在ARPA的支持下MIT、貝爾實驗室和通用電氣公司決定開發一種“公用計算服務系統”，希望能夠同時支持整個波士頓所有的分時用戶。該系統稱作MULTICS（MULTiplexedInformationandComputingService)MULTICS設計目標是：便利的遠程終端使用，大量終端通過電話線接入計算機主機

高可靠的大型文件系統；大容量的用戶信息共享；存儲和構造層次化信息結構的能力MULTICS研制難度超出了所有人預料長期研制工作達不到預期目標，1969年4月貝爾實驗室退出，通用電氣公司也退出了MULTICS引入了許多現代操作系統的概念雛形，對隨后操作系統特別是UNIX的成功有著巨大的影響

UNIX一個極為成功的操作系統UNIX概述多用戶多任務操作系統目前三大主流操作系統之一跨越從PC到巨型機范圍的唯一操作系統有許多變種與克隆UNIX發展簡史產生：69年AT＆T公司貝爾實驗室Thompson&Ritchie，PDP-7第二階段（73-79）：免費擴散第三階段（75－85）：商用版本的出現（77年）和三大主線的形成第四階段（80年代后期）：兩大陣營和標準化第五階段（90年代至今）：共同面對外來競爭、兩大陣營淡化UNIX的誕生1969年，在貝爾退出MULTICS研制項目后，KenThompson和DennisM.Ritchie想申請經費買計算機從事操作系統研究，但多次申請得不到批準項目無著落，他們在一臺無人用的PDP-7上，重新擺弄原先在MULTICS項目上設計的“空間旅行”游戲為了使游戲能夠在PDP-7上順利運行，他們陸續開發了浮點運算軟件包、顯示驅動軟件，設計了文件系統、實用程序、shell和匯編程序到了1970年，在一切完成后，給新系統起了個同MULTICS發音相近的名字UNIX1973年，UNIX用C語言全部重寫。第二階段（73-79）免費擴散73年后，UNIX迅速以許可證形式免費傳播到各大學。這些大學、研究機構對UNIX進行了深入研究、改進和移植。AT&T又將這些改進加入到UNIX。眾多大學免費使用UNIX，使學生們熟悉了UNIX，他們畢業后將UNIX傳播到各地。第三階段（75－85）商用版本的出現（77年）和三大主線的形成UNIX的發展導致許多公司開發自己機器上UNIX增值商業版本。UNIX變種大量增加。這些變種圍繞3條主線：由Bell實驗室發布的UNIX研究版（V1到V10）；伯克利發布BSD；Bell發布的UNIXSystemIII和SystemV。BSD對UNIX的發展有重要影響，許多新技術是BSD率先引入的：TCP/IP，分頁存儲管理，快速文件系統，套接字等。第四階段（80年代后期）兩大陣營和標準化80年代后期，UNIX變種的增多導致了程序的不兼容性和不可移植，因此迫切需要標準化。87年AT&T同SUN合作將SystemV和SUNOS統一為一個系統。其它廠商（IBM、DEC、HP等）感到了威脅，于是聯合起來在88年成立了開放軟件基金會（OSF）。作為回應AT&T和SUN成立了UNIX國際（UI）。IEEE嘗試將兩大陣營統一起來，制定了POSIX標準。在標準化的過程中，各廠商總想加入一些特性來標榜自己的“產品特色和優勢”，這使得標準化沒有完全成功。第五階段（90年代至今）共同面對外來競爭、兩大陣營淡化80年代是UNIX蓬勃發展的十年，進入90年代，Windows的發展、Linux的出現，兩大陣營的爭斗很快淡化下來。UNIX發展簡圖UNIX主要變種概況UNIX評析早期優點：內核結構小巧精湛接口簡潔統一功能豐富實用用高級語言編寫和好的結構導致可移植性好源碼免費開放早期缺點：缺乏圖形界面內核單體結構可擴充性差現在這些優缺點有的還在，有的沒有了結構越來越龐大源碼免費開放和簡單許可證形式促進了早期的普及，但也導致各變種間的不兼容圖形界面大大增強內核仍是單體結構源碼不開放后又開始開放CP/M操作系統隨著大規模集成電路發展，個人計算機時代到來了,各種類型的個人計算機和軟件層出不窮1973年GaryKildall看到對個人計算機操作系統的需求,設計了CP/M操作系統 (ControlProgram/MicroprocessororMicrocomputer)CP/M操作系統有較好的層次結構。它的BIOS把操作系統的其他模塊與硬件配置分隔開，所以它的可移植性好,具有較好的可適應性和易學易用性到了1981年，CP/M操作系統成為世界上流行最廣的8位操作系統之一微軟MSDOS個人計算機的成功，逼得IBM采取緊急戰略行動,決定要在1980年盡快生產出微型計算機，以應付挑戰但沒有操作系統不行。要想快就是找現成系統配套，IBM公司洽談CP/M操作系統不順利，機遇落到了微軟公司在關鍵時刻，開發新操作系統時間和人手上已經不可能，微軟找到西雅圖計算機產品公司，達成由微軟經銷西雅圖計算機產品公司的QDOS操作系統的協議當時西雅圖公司并不知道QDOS將被轉賣給IBM，否則歷史將會怎樣演變，誰也無法知曉IBM在1981年推出個人計算機，宣布了DOS操作系統隨著IBMPC和MSDOS普及，CP/M逐漸走向下坡路MSDOS有優良的文件系統

但受到Intelx86體系結構的限制

缺乏以硬件為基礎的存儲保護機制它屬于單用戶單任務操作系統從1981的1.0版到1998年在Windows95/98之下的7.0版，MSDOS歷經了16個年頭迄今仍有MSDOS愛好者繼續開發各種DOS軟件產品拯救蘋果公司的Macintosh(MACOS)在推出IBMPC機后，市場卷起一股龍卷風IBM自己也沒有料到產品會有如此巨大的成功IBM的成功說明必有其他公司失敗。甚至連蘋果公司也遇到了問題，銷售數量落到了蘭色巨人的后面蘋果公司推出Lisa機遭到失敗，AppleIII型也遭到失敗分析家們認為，在微機市場上的戰斗似乎蘭色巨人要嬴了施樂(Xerox)PaloAlto研究中心-70年代的計算機研究思想庫世界上第一臺個人計算機Alto，1972年在這里出現圖形界面，手持鼠標，面向對象程序設計

微機網絡，桌面出版和激光打印等等

具有先進概念和技術的原型都首次出現在這里1979年蘋果公司允許施樂公司購買一百萬股的蘋果公司股票

作為回報，施樂公司允許蘋果公司的少數人員，包括喬布斯（Jobs），在有限的時間內考察施樂公司PaloAlto研究中心內部，并同該思想庫的研究人員交談蘋果公司對PaloAlto研究中心內的技術大感吃驚他們更吃驚的是，施樂公司在擁有這些寶貴技術的同時竟然什么也沒有做！對PaloAlto研究中心這些科學家們而言，蘋果公司的人是他們第一次遇到真正理解他們技術的人這些科學家們后來有的去了蘋果公司，微軟公司，有的最終創辦了自己的公司在訪問的基礎上，蘋果決定立即開發采用這些新技術的個人計算機蘋果公司已看到：IBMPC機的技術有多么糟糕，但他們賣得又是特別的好MACOS、鼠標的新型個人計算機1984年，人們看到一則廣告：“Whatwasthat?”和對Macintosh的介紹,這是配有圖形界面操作系統MACOS和鼠標的新型個人計算機MAC機一上市立即在市場上獲得極大的成功當年比爾.蓋茨都說，這是一臺他的媽媽也能使用的計算機Macintosh把蘋果公司從連續的失敗中拯救出來

蘋果公司又開始向前發展正是Mac先進圖形界面操作系統技術，超前PC機若干年，造就了一批蘋果的忠實追隨者一波三折的微軟Windows操作系統1983年10月，PC機競爭廠家的圖形界面相關產品上市面對市場壓力，比爾.蓋茨在1983年11月10日宣布推出Windows操作系統然而宣布容易，交貨就不簡單了，Windows交貨期的災難，成了當年計算機界的笑柄直到1985年11月20日，Windows1.0才正式上市Windows的歷史記錄Windows在當時微軟歷史上創了幾個記錄：延遲交貨次數最多，投入開發人員最多，開發時間最長，更換主管人員最多不過幾年之后，Windows終于創造了銷售成績最佳的歷史記錄1992年4月，推出Windows3.1,1993年5月，發表WindowsNTWindows95，WindowsCE，Windows98，Windows2000，WindowsXP,.net個人計算機采用Windows占90％以上，微軟公司成了壟斷PC行業的同義詞Windows系列基于微內核的Mach操作系統1975年Rochester大學開發了RIG操作系統系統設計者之一RichardRashid移居到CMU后，在DARPA支持下，1984年開始了Mach的開發希望Mach能與UNIX兼容，運行線程，更好的進程通信機制，支持多處理機及好的虛擬存儲系統Mach第一個版本是1986年為VAX11/784四CPU多處理機發布1988年的Mach2.5版包含了大量的BSDUNIX的代碼1989年，Mach內核中去掉了所有的BSDUNIX的代碼，剩下了一個純的Mach微內核，這就是Mach3.0版本，它是OSF發布的基礎Mach中采用了許多當代操作系統使用的技術,微內核、線程、進程間消息傳遞和面向對象的設計方法等等在Mach的基礎上，有不少用于微處理器、多處理器以及超級計算機的操作系統和實時嵌入式操作系統陸續設計和開發出來，如OSF/1，DCEUnix,NeXT等等IBM大型計算機操作系統OS/39090年代末期，電子商務發展刺激對計算能力的要求，導致大型機市場的再度升溫三十年的改進,IBMS/390已成為有高可靠性、可擴展性、及安全可用性的現代大型計算機系統支持UNIX95標準，UNIX應用程序可在IBMOS/390上運行同時還可繼續運行S/390應用程序，包括S/370上開發的應用程序包括TCP/IP的多種通信協議，具有高網絡安全性采用面向對象程序設計、并行處理、分布式處理以及客戶機/服務器技術，具有較強的互操作性、可移植性與可擴展性由于歷史淵源，OS/390有不同的系統運行方式:S/370本機模式，支持原先在S/370運行的程序ESA/390模式，支持到10個240M處理器內存和256個通道ESA/390LPAR模式，系統可分成最多十個部分，每個部分有自己的CPU，存儲器和通道，且分別運行不同的操作系統，如S/370,ESA/370和ESA/390等在PC機時代，人們曾經估計大型計算機會衰亡IBMS/390是大型計算機復活的一個典型

那么，在21世紀的Internet和后PC的時代，大型機還會有什么演化，只有讓時間來說明IBM的OS產品簡介AIX5L：IBMRS/6000和SP結點上的高端UNIXAIX：AdvancedInteractiveExecutive深藍，藍色太平洋zOS:IBMz/900大型主機系統64位專有OS前身：OS/390（S390服務器）更早前身：MVS（S38/s370/S360大型主機系統）VM和VSE：S38/s370/S360大型主機系統OS/400：IBMAS/400服務器專有OS（原小型機）OS/2Warp4.0：IBMPS/2微機PCDOS7和PCDOS2000：IBMPC個人機嵌入式操作系統的代表VxWorksVxWorks支持各種工業標準，包括POSIX,ANSIC和TCP/IP網絡協議VxWorks運行系統的核心是一高效率的微內核微內核支持各種實時功能，包括快速多任務處理，中斷支持，搶占式和輪轉式調度微內核設計減輕了系統負載并可快速響應外部事件從只需幾千字節存儲器的深嵌式產品設計到復雜高端實時系統設計，開發人員有八十多個選件并可構成上百個不同的配置VxWorks開發主機：Windows9x,WindowsNT,SunSolaris,SunOS,HP-UX等支持目標微處理器：86,68k,PPC,CPU32,i960,SPARC,SPARCLite,SH,ColdFire,R3000,R4000,C16X,ARM,MIPS等在“極地登陸者”號，“深空二號”和火星氣候軌道器等登陸火星探測器上，就采用了VxWorksVxWorks負責火星探測器全部飛行控制，包括飛行糾正、載體自旋和降落時的高度控制等，而且還負責數據收集和與地球的通信工作目前在國內也占據嵌入式開發系統市場主要份額Internet時代與FreeOS自由軟件介紹Linux其他freeOS：FreeBSD,Minix等自由軟件介紹軟件按提供方式和是否盈利可劃分為三種模式:商業軟件(Commercialsoftware）共享軟件（Shareware）自由軟件（Freeware或Freesoftware）自由軟件的自由（free）有兩個含義：

可免費提供任何用戶使用其源碼公開和可自由修改84年，自由軟件的倡導者RichardStallman組織發起了GNU計劃，它的目標是創建一套完全自由的操作系統93年，Linus把Linux奉獻給了自由軟件，從而使自由軟件增加了一個很好的發展根基。Linux概述多任務多用戶自由OSUNIX的克隆（clone）全球用戶上千萬發行套件版本RedHat１０.*Linux歷史1990－91：芬蘭赫爾辛基大學計算機系大學生LinusTorvalds91年底：Linus在赫爾辛基大學FTP服務器發布93年：Linux1.0，完全自由版權