第一讲 操作系统的历史

操作系统 张莉莉老师的联系方式： Tel：13032714320 Qq：443162055

考核方式：平时成绩（30%）+闭卷笔试（70%） 学时：48+16（1~13周） 教材： 课程性质：必修 考核方式：平时成绩（30%）+闭卷笔试（70%） 学时：48+16（1~13周） 教材： 计算机操作系统 庞丽萍 人民邮电出版社 linux操作系统实验教程 费翔林 高等教育出版社 平时成绩：作业+实验+考勤

课程内容（48学时） 概述（第1、2、3章）8学时 进程管理（第4、5、6章）14学时 主存管理（第7章）8学时 设备管理（第8章）4学时 文件系统（第9章）10学时 总共44学时，留4学时机动

实验（16学时） 实验一 操作系统交互式接口使用 实验二 进程创建 实验三 线程创建 实验四 基于管道的进程通讯 实验五 基于信号的通讯 实验一 操作系统交互式接口使用 实验二 进程创建 实验三 线程创建 实验四 基于管道的进程通讯 实验五 基于信号的通讯 实验六 基于消息队列的通讯 实验七 基于共享内存的通讯 实验八 基于信号量的进程之间的通讯

第1次课内容 什么是操作系统？操作系统做什么？没有操作系统行吗？ 操作系统是计算机一诞生就有的吗？

操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。 操作系统是硬件上的第一层软件，是对硬件的首次扩充 操作系统做硬件相关、应用无关的工作

巨型机操作系统 大型机操作系统 Pc机操作系统 手机操作系统 嵌入式操作系统

操作系统做什么？ int main(int argc, char *argv[]) { puts("hello world"); #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) { puts("hello world"); return 0; }

 用户告诉操作系统执行hello程序  操作系统找到该程序，检查其类型  检查程序首部，找出正文和数据的地址  文件系统找到第一个磁盘块  父进程需要创建一个新的子进程，执行hello程序  操作系统需要将执行文件映射到进程结构  操作系统设置CPU上下文环境，并跳到程序开始处  程序的第一条指令执行，失败，缺页中断发生  操作系统分配一页内存，并将代码从磁盘读入，继续执行  更多的缺页中断，读入更多的页面

 操作系统检查字符串的位置是否正确  操作系统找到字符串被送往的设备  设备是一个伪终端，由一个进程控制  操作系统将字符串送给该进程  该进程告诉窗口系统它要显示字符串  窗口系统确定这是一个合法的操作，然后将字符串转换成像素  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（重画屏幕）  显示器发射电子束  你在屏幕上看到hello world  程序执行系统调用，在文件描述符中写一字符串

如果没有操作系统，以上这些工作的程序都必须开发者自己编写 将磁盘上的程序放内存的程序 启动程序（手工） 从键盘接收输入、送到显示器

第1次课内容 什么是操作系统？操作系统做什么？没有操作系统行吗？ 操作系统是计算机一诞生就有的吗？

第1台计算机ENIAC

宾夕法尼亚大学的电气工程师约翰·莫奇利和普雷特斯波·艾克

ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator

目前最快的计算机 http://military.people.com.cn/n/2013/0617/c364869-21869328.html

冯.诺依曼

冯.诺依曼思想(1945年提出) 一是程序和数据采用二进制形式， 二是将程序事先放在存储器中，计算机工作时可以自动高效地从存储器中取出指令并执行指令 三是计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件构成。

操作系统的发展 无 → 大型机 → PC机 → 后PC时代

手工操作阶段 绪论——操作系统的形成与发展 特点 无任何软件 问题 有人工干预 独占性 串行性 人—— 机矛盾 当CPU速度提高时，出现了 机器 作业在机器上 人工操 操作时间与机器 速度 计算所需时间 作时间 有效运行时间之比 1万次/秒 1小时 3分钟 1 ：20 60万次/秒 1分钟 3分钟 3 ：1 人—— 机矛盾 17

绪论——操作系统的形成与发展 操作系统形成与发展过程 操作系统初期阶段 操作系统发展的初期阶段 手工操作 联机 脱机 执行 批处理 脱机 执行 系统 PC操作系统 网络操作系统 后PC操作系统 实时系统 多道程序系统 多道批 分时 处理系统 系统 早期批处理 操作系统的进一步发展 操作系统的形成 16

Os初级阶段 联机vs脱机 批处理 单道 多道

早期批处理系统 磁带机 卡片 打印机 卡片阅读机 IBM1401 IBM7094 IBM1401 输入磁带 输出磁带

脱机的好处（联机的坏处） 输入输出与计算并行 脱机的坏处（联机的好处） 手工处理时间 现在的操作系统：假脱机

Os初级阶段 联机vs脱机 批处理 单道：在内存中一次只放一道程序 多道：在内存中一次放多个程序

序在管理程序控制之下，相互穿插地运行。当某道程序 因某种原因不能继续运行下去时(如等待外部设备传输 数据)，管理程序便将另一道程序投入运行。 绪论——操作系统的形成与发展 什么是多道程序程序设计技术 　　 在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。这些程 序在管理程序控制之下，相互穿插地运行。当某道程序 因某种原因不能继续运行下去时(如等待外部设备传输 数据)，管理程序便将另一道程序投入运行。 多道运行的特征 多道 宏观上并行 微观上串行　 22

早期批处理系统 磁带机 卡片 打印机 卡片阅读机 IBM1401 IBM7094 IBM1401 输入磁带 输出磁带

典型的操作系统 FMS（FORTRAN Monitor System，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

OS/360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 问题很多 不兼容 程序在内存不能移动 文件处理单位不一致 。。。

IBM System/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 数百万行汇编代码中有成千上万处错误 随着时间的流逝，错误的数量大致保持不变

绪论——操作系统的形成与发展 操作系统形成与发展过程 操作系统初期阶段 操作系统发展的初期阶段 手工操作 联机 脱机 执行 批处理 脱机 执行 系统 PC操作系统 网络操作系统 后PC操作系统 实时系统 多道程序系统 多道批 分时 处理系统 系统 早期批处理 操作系统的进一步发展 操作系统的形成 16

OS基本形成 分时 中断：硬件支撑 多用户

绪论——操作系统的形成与发展 分时技术 什么是分时技术 分时处理 所谓分时技术，是把处理机时间划分成很短的时间片(如几百毫秒) 轮流地分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配的时间片 用完之前计算还未完成，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算。 分时处理 一台计算机与许多终端设备连接，终端用户以联机方式使用计算机。　 ┇ 主机 终端 1 终端 2 终端 n 23

第一个分时操作系统CTSS Compatible Time-Sharing System 1962年第一个分时系统CTSS,运行在IBM 7094机上,支持32个交互式用户同时工作 计算机能够为许多用户提供交互式、快速服务 同时在CPU空闲时还能在后台运行大作业

锻炼了很多人的分时系统MULTICS MULTICS设计目标是： 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 (MULTiplexed Information and Computing Service ) MULTICS设计目标是： 大量远程终端通过电话线接入计算机主机 大容量的用户信息共享； 层次化存储信息

第一个操作系统 Unix 起源于MULTICS

Ken Thompson Dennis Ritchie 1983年图灵奖得主

图1.8 Thompson（左）和Ritchie（中）于1999 年接受当时美国总统克林顿授予的国家技术勋章

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，Ken Thompson和Dennis M. Ritchie 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，重新摆弄原先在MULTICS项目上设计的“空间旅行”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，给新系统起了个同MULTICS发音相近的名字UNIX 随后，UNIX用C语言全部重写，自此，UNIX诞生了

UNIX成功 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 Ken Thompson与b语言 Dennis M. Ritchie与C语言

UNIX 两个版本系列 AT&T System V（AmericanTelephone&Telegraph） BSD（Berkeley Software Distribution）

OS基本形成 分时 中断：硬件支撑 多用户

中断概念 操作系统的结构和硬件支持——中断技术 所谓中断是指某个事件 (例如 电源掉电、定点加法溢出或 I/O传输结束等) 发生时，系 统中止现行程序的运行、引 出处理事件程序对该事件进 行处理，处理完毕后返回断 点，继续执行。 继续执行 中断进入 中断 返回 中断信号 正在执行 的程序 中断处 理程序 14

第一个微机操作系统 CP/M 操作系统

CP/M 操作系统 Control Program/Monitor 1973年Gary Kildall 向16位转型的时候被微软取代

市场占有率最高的OS 曾经：DOS 现在：windows 关联名词：Microsoft、Bill Gates 单用户单任务操作系统 单用户多任务操作系统 关联名词：Microsoft、Bill Gates

不要钱的操作系统 Linux 林纳斯·本纳第克特·托瓦兹(Linus Benedict Torvalds, 1969- )

作业： 写一个1000字以内的文字介绍windows或者linux（从诞生到现在）

最后建议了解 Xerox PARC（Xerox Palo Alto Research Center，简称Xerox PARC）即施乐帕克研究中心，是施乐公司所成立的最重要的研究机构，帕克成立于1970年，位于加利福尼亚州的帕洛阿图市(Palo Alto)，坐落在山坡上，而山下就是举世闻名的斯坦福大学。 先知

操作系统领域中新的操作系统 有线电视机顶盒领域 PowerTV 掌上计算机领域 Palm OS 数字影像领域 Digita 手机 Symbian，SmartPhone，Palm OS 其他 Nucleus，VxWorks 嵌入式Linux：uClinux，Monta Vista Linux，LynxOS

3. 实时系统 绪论——现代操作系统类型 什么是实时系统 实时系统的分类 硬实时系统 软实时系统 3. 实时系统 什么是实时系统 配置实时操作系统，可以对科学实验、医学成像系统、工业控制系 统、武器装备控制系统和特定显示系统进行实时控制的系统。 实时系统的分类 硬实时系统 系统必须满足应用程序对截止期限(deadline)的要求，若错过了截止 期限，将导致灾难性后果。 软实时系统 系统中截止期限被错过的情况下，只造成系统性能下降而不会带 来严重后果。 35

绪论——现代操作系统类型 什么是实时操作系统 内处理完毕并作出反应。 特点 及时响应 高可靠性和安全性 实时操作系统的类型 实时控制 —— 实时操作系统对外部输入的信息，能够在规定的时间 内处理完毕并作出反应。 特点 及时响应 高可靠性和安全性 实时操作系统的类型 实时控制 —— 生产过程控制、作战指挥 实时信息处理 —— 订购机票、情报检索 36

操作系统的名称 监控（督）程序（系统）（Monitor) 执行系统（程序）(Executive System(program)) 控制系统（程序）(Control System program)) 管理程序(Supervisor, Supervisory System) 核心程序(Kernel) 操作系统(Operating System)

谢谢！