第一講操作系統概述摩爾定律2Xtransistors/ChipEvery1.5yearsCalled“Moore’sLaw”

Moore’sLawMicroprocessorshavebecomesmaller,denser,andmorepowerful.GordonMoore(co-founderofIntel)predictedin1965thatthetransistordensityofsemiconductorchipswoulddoubleroughlyevery18months.Internet

ConnectivityClustersMassiveClusterGigabitEthernet計算機應用范圍軟件規模5內容提要操作系統發展簡史操作系統基本特征操作系統原理組成操作系統結構設計內容提要操作系統發展簡史前計算機時代1642年，帕斯卡發明加法器，第一臺數字計算器1671年，萊不尼茲發明乘法演算器1833年，巴貝奇發明“分析機”，建立計算機的邏輯基礎1876年，貝爾發明電話；1887年，赫茲通信原理；1895年，湯姆遜發現電子操作系統發展簡史繼電器與真空管時代——沒有OS的概念存在哈佛（HowardAiken）、普林斯頓（VonNeumann）、賓夕發尼亞大學（J.PresperEckert）、德國（KZuse）基于機械繼電器與真空管的計算機，沒有操作系統概念主要特點：個人獨占使用，主要完成科學計算ENIAC:(1945—1955)

“ThemachinedesignedbyDrs.EckertandMauchlywasamonstrosity.Whenitwasfinished,theENIACfilledanentireroom,weighedthirtytons,andconsumedtwohundredkilowattsofpower.”/~history/ENIAC.Richey.HTML晶體管時代——批處理操作系統FMS（IBM1401），IBSYS（IBM7094）批處理概念起源作業輸入與打印輸出的速度遠遠低于計算速度寶貴的計算資源被浪費，如何提高利用效率？脫機概念起源相對于主計算機而言，輸入和輸出都是非聯機計算機使用方式的進化個人獨占——批處理以節省資源CoreMemories(1950s&60s)CoreMemorystoreddataasmagnetizationinironringsIron“cores”wovenintoa2-dimensionalmeshofwiresOriginoftheterm“DumpCore”RumorthatIBMconsultedLifeSavercompanySee:/acis/history/core.htmlThefirstmagneticcorememory,fromtheIBM405AlphabeticalAccountingMachine.版權所有，轉載請注明出處11課程導論卡片IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機卡片閱讀機輸出磁帶打印機課程導論$END$RUNDataforprogram$LOADFortranprogram$FORTRAN

$JOB,10,429754

CherryChen

集成電路時代（IC）OS/360，IBM為滿足產業發展推出的第二代OS商業計算與科學計算的集成：System/360多道程序設計和假脫機技術的概念起源商業計算中I/O操作比例很大，直接造成CPU浪費分時操作系統的概念起源批處理系統的普及——對第一代計算機的懷念概念的回歸：個人獨占計算機個人計算機概念的萌芽DEC公司小型計算機的崛起和發展課程導論課程導論主機終端課程導論操作系統維護一個程序計數器，在作業間切換對每一個作業而言，都有獨立的計數器和CPU時間操作系統實現分時，任意時刻只有一個進程運行AMulticsSystem(Circa1976)The6180atMITIPC,skindoorsopen,circa1976:“WeusuallyranthemachinewithdoorsopensotheoperatorscouldseetheAQregisterdisplay,whichgaveyouanideaofthemachineload,andforconvenientaccesstotheEXECUTEbutton,whichtheoperatorwouldpushtoenterBOSifthemachinecrashed.”/multics-stories.html1973:1.7Mbit/sq.in140MBytes1979:7.7Mbit/sq.in2,300MBytesEarlyDiskHistoryContrast:Seagate2TB,

400GB/SQin,3?indisk,

4plattersTheARPANet(1968-1970’s)PaulBaranRANDCorp,early1960sCommunicationsnetworksthatwouldsurviveamajorenemyattackARPANet:Researchvehiclefor“ResourceSharingComputerNetworks”2September1969:UCLAfirstnodeontheARPANetDecember1969:4nodesconnectedby56kbpsphonelines1971:FirstEmail1970’s:<100computersSRI940UCLASigma7UCSBIBM360UtahPDP10IMPsBBNteamthatimplementedtheinterfacemessageprocessorARPANetEvolvesintoInternetFirstE-mailSPAMmessage:1May197812:33EDT80-83:TCP/IP,DNS;ARPANETandMILNETsplit85-86:NSFbuildsNSFNETasbackbone,links6Supercomputercenters,1.5Mbps,10,000computers87-90:linkregionalnetworks,NSI(NASA),ESNet(DOE),DARTnet,TWBNet(DARPA),100,000computersARPANetSATNetPRNetTCP/IPNSFNetDeregulation&Commercialization19651975198519952005WWWISPASPAIPSATNet:SatelitenetworkPRNet:RadioNetwork操作系統現代觀點的出現（集成電路時代）“物理”與“邏輯”概念的明確多道程序帶來的地址映射機制改變“分時”與“保護”——OS的責任更加重要內存保護和CPU狀態切換中斷概念的出現設備管理概念的增強I/O設備、內存管理：更加強大資源共享與互斥：Spooling技術，DMA的起源虛擬思想的萌芽分時系統的特點、多道程序的特點個人計算機時代（LSI與VLSI）1974年，Intel推出了8080通用8位CPUCP/M系統：GaryKildall，創建DigitalResearch公司1977－1982：CP/M統治PC世界的時代1983年，兼容機概念的出現與發展CP/M系統的死亡之旅：后悔100輩子的選擇BillGates的成功之路：源自SeattleComputerProducts的DOS系統IT業成功的商業模式：軟硬件捆綁＋知識產權保護成功的偶然與必然：Microsoft從螞蟻到大象的發展道路GUI界面的起源——SteveJobs的興衰DougEngelbar發明了GUI機制，新的計算機科學領域HCI逐漸興起XeroxPARC的際遇和悲哀：掌握GUI，卻沒有實現其商業價值；1972年，第一臺PC機AltoSteveJobs：Lisa的失敗與Macintosh的成功微軟時代的來臨Windows3.1(1985-1995),Windows95,Windows98:16位操作系統的代表WindowsNT與2K，WindowsXP，Windows2003：32位操作系統的代表Vista,Win7：下一代64位操作系統XeroxStar:1981Originallyaresearch

project(Alto)First“mice”,“windows”AppleLisa/Machintosh:1984“LookandFeel”suit1988MicrosoftWindows:Win1.0(1985)Win3.1(1990)Win95(1995)WinNT(1993)Win2000(2000)WinXP(2001)WinVista(2007)XeroxStarWindows3.1SingleLevelHAL/ProtectionNoHAL/FullProt其他獨具特色的操作系統微內核操作系統1975，Rochester大學開發了RIG系統1984年，Mach系統的研發。1986（1.0），1988（2.5），1989（3.0）IBM的大型機操作系統OS/390大型機的復活：網絡時代的新生嵌入式操作系統——VxWorksWindDriver公司的獨到眼光，火星探測器的大腦技術應用的新領域：計算時代與智能時代的來臨LinusTorvalds如此自然的Linux系統：DIY概念的起源Android,Symbin,iphone——未來趨勢移動嵌入式操作系統嵌入式操作系統示例課程導論美國加州伯克利大學研制：微型智能傳感器，安裝TinyOS智能卡操作系統課程導論

在讀寫器與智能卡之間通過“命令-響應對”方式進行通信和控制讀寫器發出操作命令，智能卡接收命令操作系統對命令加以解釋，完成命令的解密與校驗操作系統調用相應程序來進行數據處理，產生應答信息，加密后送給讀寫器28內容提要操作系統發展簡史操作系統基本特征操作系統原理組成操作系統結構設計內容提要操作系統基本特征虛擬——最主要的特征CPU虛擬、內存虛擬、顯示設備虛擬更高層次的虛擬：硬件設備虛擬并發與共享——分時系統的特征CoCurrency的宏觀體現和微觀概念共享與互斥：由此引發的一系列設計難題不確定性——復雜應用的特征并發情況無法預期，如何有效控制保護機制與恢復機制：操作系統穩定性的體現課程導論虛擬技術計算機硬件的多樣性；不同類型的CPUPentium,PowerPC,ColdFire,ARM,MIPS不同類型的memory,disk,…不同類型的外設Mice,Keyboards,Sensors,Cameras,Fingerprintreaders不同的網絡環境Cable,DSL,Wireless,Firewalls,…ApplicationOperatingSystemHardwareVirtualMachineInterfacePhysicalMachineInterface并發性1．并行與并發并行性和并發性(Concurrence)是既相似又有區別的兩個概念，并行性是指兩個或多個事件在同一時刻發生；而并發性是指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。在多道程序環境下，并發性是指在一段時間內宏觀上有多個程序在同時運行，但在單處理機系統中，每一時刻卻僅能有一道程序執行，故微觀上這些程序只能是分時地交替執行。共享性互斥共享方式

系統中的某些資源，如打印機、磁帶機，雖然它們可以提供給多個進程(線程)使用，但為使所打印或記錄的結果不致造成混淆，應規定在一段時間內只允許一個進程(線程)訪問該資源。為此，系統中應建立一種機制，以保證對這類資源的互斥訪問。同時訪問方式

系統中還有另一類資源，允許在一段時間內由多個進程“同時”對它們進行訪問。內容提要操作系統發展簡史操作系統基本特征操作系統原理組成操作系統結構設計內容提要操作系統的基本原理框架進程管理（CPU管理）進程的定義與實現、進程的調度、進程通信…存儲管理（內存管理）存儲管理策略、虛擬存儲、頁面調度、工作集模型設備管理（I/O管理）I/O軟件設計、中斷處理、死鎖、DMA…文件系統（硬盤管理與數據管理）硬盤空間管理、文件系統結構、文件與目錄、安全保護課程導論內容提要操作系統發展簡史操作系統基本特征操作系統原理組成操作系統結構設計內容提要

無結構操作系統在早期開發操作系統時，設計者只是把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。此時的OS是為數眾多的一組過程的集合，每個過程可以任意地相互調用其它過程，致使操作系統內部既復雜又混亂。因此，這種OS是無結構的，也有人把它稱為整體系統結構。

模塊化結構OS

模塊化程序設計技術是20世紀60年代出現的一種結構化程