OS发展

Lifang20111/39操作系统二、操作系统的发展1、“需求推动发展”2、操作系统的历史在某种意义上来说也是计算机的历史。目标:管理控制、充分利用硬件并提供更好的服务大型机→PC机→后PC时代计算机硬件的发展经历了如下的阶段：操作系统也随之经历了各个不同的阶段。Lifang20112/39操作系统第一台数字计算机英国数学家CharlesBabbage（1792-1871）设计Babbage投入了毕生精力，但却没能让它成功地运行起来因为纯机械，当时的技术不可能达到需要的精度当然，这个分析机没有操作系统Lifang20113/39操作系统注释A：她预言了通用计算机的作用，认为分析机可以接受各种各样的穿孔卡：“控制卡”、“数据卡”、“操作卡”，它们如何使计算机自动地对输入的数据完成正确的操作。换句话说，计算机能“分析数据”。她还提议数字和其他符号如字母都可以“编码”成数字数据，机器可以处理它们，并给出写成的数据。她甚至要为分析机能产生音乐而奋斗。注释B：ada讨论了分析机的记忆能力，她把记忆装置称为“仓库”。她提出了存储位置或地址的想法。她指出插入“注解或备忘”的可能性，计算机不会执行它们，但可以让人们简明地了解程序将走向何方。注释C：ada引入“返回”(backing)的概念，制作一个操作卡返回到某个位置，而它就是将要工作的下一个数据卡。这个思想我们今天称为”循环”。注释D：ada解释了如何使用操作卡、返回、仓库以及各种控制卡，以写成一个指令序列，去完成一个特定的操作集合。注释E：她解释了机器如何拥有三角函数和其他函数。这就在计算机内部引入了内建函数(built-infunction)的思想。注释F：ada警告读者，如果输入“不真实”的信息，那么计算机就不能做任何事今天我们把这称为“输入垃圾，输出垃圾”(Garbagein,Garbageout)。第一位计算机程序员——AdaLifang20114/39操作系统二战对武器设计的需要，美国、英国和德国等国家开始了电子数字计算机的研究工作哈佛大学的HowardAiken普林斯顿高等研究院的JohnvonNeumann宾夕法尼亚大学的J.PresperEckert和WilliamMauchley德国电话公司的KonraadZuse以及其他一些人都使用真空管成功地建造了运算机器第一代真空管计算机（1945年-1955年）时期Lifang20115/39操作系统没有程序设计语言（甚至没有汇编），更谈不上操作系统程序员提前预约一段时间,然后到机房将他的插件板插到计算机里期盼着在接下来的时间中几万个真空管不会烧断从而可以计算自己的题目ENIAC计算机（美国宾夕法尼亚大学）运算速度：5000次/每秒,18000个真空管,占地182平方米，重量30吨Lifang20116/39操作系统50年代早期出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机但计算过程则依然如旧Lifang20117/39操作系统第二代晶体管计算机（1955年-1965年）时期50年代晶体管发明,计算机比较可靠,可成批生产用户可指望计算机长时间运行，完成一些工作FORTRAN1954年提出，1956年设计完成ALGOL1958年引入，COBOL1959年引入；设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员之间第一次有了明确的分工运行一个作业：将程序写在纸上（用高级语言或汇编语言）穿孔成卡片将卡片盒交给操作员计算结果从打印机输出操作员到打印机上撕下运算结果送到输出室操作员从输入室的卡片盒中读入一个任务计算（如果是高级语言还需要拿来编译器）机时在走来走去时被浪费Lifang20118/39操作系统为了解决人机矛盾以及CPU和I/O设备间速度的不匹配引入了I/O处理机概念,即：脱机输入输出方式P6其思想是：在输入室收集全部的作业，用一台相对便宜的计算机如IBM1401计算机，将它们读到磁带上另外用较昂贵的计算机，如IBM7094来完成真正的计算产生批处理操作系统-现代操作系统雏型Lifang20119/39操作系统（单道）批处理系统处理流程还有下一个作业？把下一个作业的源程序转化为目标程序源程序是否有错？是装配目标程序运行目标程序否是否停止常驻监控程序自动地装入程序，运行、撤出作业Lifang201110/39操作系统第二代计算机典型的操作系统FMS（FORTRANMonitorSystem，FORTRAN监控系统）IBMSYS（IBM为7094机配备的操作系统）这些操作系统由监控程序，特权指令，存储保护和简单的批处理构成Lifang201111/39操作系统第三代集成电路计算机（1965年-1980年）时期多数厂商有几条完全不同的生产线，生产不同的计算机(如ibm7094和1401)。开发和维护完全不同的产品，对厂商来说是昂贵的另外，新用户，在开始时只需要一台小计算机，后来可能需要一台大的计算机。而且希望能在新计算机上执行原有的程序厂家和用户需要软件在不同型号的计算机之间兼容Lifang201112/39操作系统1964年IBM宣布推出System/360计算机系统第一个采用小规模集成电路的主流机型试图一次性地解决上述两个问题引入系列机的思想：同系列中，所有的计算机都有相同的体系结构和指令集。理论上，为一型号编写的程序可以在其他型号机器上运行Lifang201113/39操作系统OS/360,庞大的软件怪兽数千名程序员写的数百万行汇编语言代码系统自身占据了大量存储空间和一半的CPU时间数百万行汇编代码中有成千上万处错误IBM不断发行新的版本试图更正这些错误每个新版本在更正老错误的同时又引入新错误所以随着时间的流逝，错误的数量大致保持不变FredbrooksSilberschatzetalTheMythicalMan-MonthLifang201114/39操作系统1）多道程序设计技术（multiprogramming）在IBM7094机上，若当前作业因等待I/O而暂停，CUP只能踏步直至该I/O完成对于CPU操作密集科学计算问题，浪费时间少；对于商业数据处理，I/O等待时间常占80％－90％解决办法将内存分几个部分，每部分放不同的作业，内存中可以同时存放多个作业。Lifang201115/39操作系统多道批处理系统解决如下的问题处理机管理问题、内存管理问题、I/O管理问题、文件管理问题、作业管理问题由此可见：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度以及方便用户的程序的集合。Lifang201116/39操作系统2）Spooling技术SPOOLing技术是在通道技术和多道程序设计基础上产生的，它由主机和相应的通道共同承担作业的输入输出工作，利用磁盘作为后援存储器，实现外围设备同时联机操作。Spooling技术——假脱机技术(SimultaneousPeripheralOperationOnLine)联机情况下的同时外围操作。Lifang201117/39操作系统3）分时系统第三代计算机实质是批处理系统而从一作业提交到结果取回,往往长达数小时一个逗号的误用会导致编译失败而可能浪费程序员半天时间问题的解决导致分时系统的流行Lifang201118/39操作系统分时系统的思想——1959年在MIT提出1961年在一改装的IBM7090/94机上开发成功当时有32个交互式用户是多道程序设计的一个变种，每个用户有一个联机终端。在分时系统中，假设20个用户登录其中17个在思考或谈论或喝咖啡则CPU可分配给那三个需要的作业（轮流服务）第一个分时操作系统CTSSLifang201119/39操作系统MULTICS的灾难1965年在ARPA的支持下MIT、贝尔实验室和通用电气公司决定开发一种“公用计算服务系统”，希望能够同时支持整个波士顿所有的分时用户。该系统称作MULTICS(MULTiplexedInformationandComputingService)MULTICS设计目标是：便利的远程终端使用，大量终端通过电话线接入计算机主机，同时支持数百名分时用户。就象电器设备需要电能时，只需将电器设备接到墙上的插座一样简单。Lifang201120/39操作系统MULTICS研制难度超出了所有人预料长期研制工作达不到预期目标，1969年4月贝尔实验室退出，通用电气公司也退出了。MULTICS于1963年开始，直至1969年才发布，最终，MULTICS成功地应用MULTICS引入了许多现代操作系统领域概念雏形，对随后操作系统特别是UNIX的成功有着巨大的影响概念的回归：公共服务系统——以因特网服务器形式回归Lifang201121/39操作系统小型计算机，电子游戏和UNIX的成功1969年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，KenThompson和DennisRitchie想申请经费买计算机从事操作系统研究，但多次申请得不到批准项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7上，开始开发简化的单用户版MULTICS，并继续摆弄原来的“太空旅行”游戏。为了使游戏能够在PDP-7上顺利运行，他们陆续开发了浮点运算软件包、显示驱动软件，设计了文件系统、实用程序、shell和汇编程序到了1970年，在一切完成后，给新系统起了个名字UNIX随后，UNIX用C语言全部重写，自此，UNIX诞生了Lifang201122/39操作系统UNIXUNIX是现代操作系统的代表。Unix运行时的安全性、可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖促使UNIX系统成功的因素：首先，由于UNIX是用C语言编写，因此它是可移植的，UNIX是世界上唯一能在笔记本计算机、PC机、工作站直至巨型机上运行的操作系统第二，系统源代码非常有效，系统容易适应特殊的需求最后，也是最重要的一点，它是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统KenThompson，DennisRitchie1983年图灵奖获得者1999年4月美国国家技术金奖Lifang201123/39操作系统Lifang201124/39操作系统第四代大规模集成电路计算机（1980年-至今）随着大规模集成电路发展，硬件非常便宜，CPU便宜到可在每台终端上安装，功能强大有效。而人力却异常昂贵。个人计算机时代到来了，各种类型的个人计算机和软件层出不穷。CP/M操作系统1973Intel8080，请GaryKildall设计操作系统CP/M操作系统(ControlProgram/MicroprocessororMicrocomputer)GaryKildall看到了个人计算机操作系统的前景,要求CP/M版权——digitalresearchCP/M操作系统有较好的层次结构。它的BIOS把操作系统的其他模块与硬件配置分隔开，所以它的可移植性好,具有较好的可适应性和易学易用性到了1981年，CP/M操作系统成为世界上流行最广的8位操作系统之一Lifang201125/39操作系统微软MSDOS个人计算机的成功，逼得IBM采取紧急战略行动,决定要在1980年尽快生产出微型计算机，以应付挑战但没有操作系统不行。要想快就是找现成系统配套，IBM公司洽谈CP/M操作系统不顺利，机遇落到了微软公司在关键时刻，开发新操作系统时间和人手上已经不可能，微软找到西雅图计算机产品公司，达成由微软经销西雅图计算机产品公司的QDOS操作系统的协议当时西雅图公司并不知道QDOS将被转卖给IBM，否则历史将会怎样演变，谁也无法知晓Lifang201126/39操作系统IBM在1981年推出个人计算机，宣布了DOS操作系统随着IBMPC和MSDOS普及，CP/M逐渐走向下坡路MSDOS有优良的文件系统但受到Intelx86体系结构的限制缺乏以硬件为基础的存储保护机制它属于单用户单任务操作系统从1981的1.0版到1998年在Windows95/98之下的7.0版，MSDOS历经了16个年头