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操作系统与透明计算 张尧学
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目 录 一 操作系统简介 二 操作系统发展变化观 三 操作系统与透明计算
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一、操作系统简介 网络计算 普适计算 多样化 人本化 网络化 高速化 ……
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操作系统与计算机同在： 主机： C/S： FMS（Fortran Monitor System）、IBSYS、UNIX、MAC…
不同的计算机对应于不同的操作系统 （批处理、分时、实时等） 主机： FMS（Fortran Monitor System）、IBSYS、UNIX、MAC… UNIX为主 C/S： DosWindowsWindows95/98/2000/XP Longhorn(Vista) Windows为主
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C/N, C/VE: Client 手机：Symbian（摩托罗拉等）
Windows Mobile（微软） Palm OS（32位嵌入式） Linux 群雄逐鹿 PDA：Windows CE，等 Server： SunONE（Sunsoft） WebSphere（IBM） .NET（Microsoft） OpenView（HP）
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什么是普适计算时代的操作系统？ 对传统操作系统的继承和发展 （服务、共享、效率、安全、管理） 服务： 主动化 个性化 共享： 网络化
服务： 主动化 个性化 共享： 网络化 软件： 构件化 安全： 结构化
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谁拥有普适计算时代的操作系统，谁将成为下一轮信息技术发展中的主导者
国内外研发新操作系统的努力从来没有停住过。 永远的梦，永远的痛！
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二、操作系统的发展变化观 分时系统UNIX和Macintosh奠定了现代操作系统的基础
（服务、共享、效率、安全、管理） UNIX： 机器如何高效执行、共享？ （1983年，1990年图灵奖） Macintosh ：人机界面如何友好（服务）？
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现代操作系统发展中的几种有趣现象 大世界还是小世界？ 简单还是复杂？ 开放还是封闭？ 合作还是竞争？
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三、操作系统与透明计算 普适计算的操作系统： 网络共享 效率更高 管理更方便 安全性更高 服务更主动
网络共享 效率更高 管理更方便 安全性更高 服务更主动 虚拟环境，能共享不同设备 减少overhead（最好是只运转需要执行的那部分指令） 安装，维护等（最好是像电视机那样） 防止病毒、防止偷数据，合适的人、合适的地点、合适的信息 友好的界面、提供用户需要的可重构服务
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透明计算(1) 客户端不装操作系统 还原为裸机 用户可以从服务器上任意选择自己需要的OS 操作系统与客户端硬件分离
客户端不装操作系统 还原为裸机 用户可以从服务器上任意选择自己需要的OS 操作系统与客户端硬件分离 服务器OS动态调度到客户端执行 效率更高
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透明计算(2) 资源管理存储全部在服务器上 管理维护更加容易 客户端只需内存、CPU和接口 成本更低 新的体系结构 安全、防病毒
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实现： 进一步开放 操作系统 体系结构 中间件 应用程序 开 放 层 下 移 开放界面 开放OS与主板的接口 应用接口 主板 标准 界面
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技术难题 网络速度 连续、高速（有线、无线） 如何发现不同的BOOT区，引导下载？ 多OS远程启动协议
网络速度 连续、高速（有线、无线） 如何发现不同的BOOT区，引导下载？ 多OS远程启动协议 如何发现多服务器上的OS、程序、资源？ 多OS、多服务器远程启动 如何解决本地执行与VE上的指令存储？ 虚拟存储管理方法 如何解决资源的共享与安全？ 透明计算文件系统 等等。
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实现示例 我们已在以太网环境下成功实现 拓扑图： … … … Inetrnet Server1 Server2 Server3 NAT
Win2000 Win98 Linux NAT:Network Address Translation … Server1 Server2 Server3 NAT TransC … TransC … TransC
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实现技术 1）支持多操作系统的远程启动协议MRBP 解决不同操作系统从服务器到端系统的下载问题: 端系统 Linux Win98 端系统
改写Int13中断 搜索BOOT区 识别BOOT区 移交控制权 确认 传送 Linux Win98 Win2000 端系统
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2）虚拟交换与调度 端系统中无硬盘和程序代码，通过网络从服务器中交换或调度，解决计算和存储的分布式一体化问题 服务器内存 Cache
网络请求调页 CPU 数据 服务器CPU 指令 （网络） 内存 本地硬盘 交换区 服务器硬盘 端系统
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Boot 块 i节点 文件1 文件2 … 3）预防病毒 MultiBoot区 原文件卷 File System
提出和实现了专用文件系统接口、自动地址配置、重置引 导区等技术，可防御目前已知的主要病毒； Boot 块 File System i节点 文件1 文件2 … 原文件卷 MultiBoot区
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4）多用户地址配置 自动配置MMNC客户端的计算机名和内部IP地址，实现多内 部IP地址到单一外部IP地址的映射，从而有效隔离内部网络与 外部网络。 1、DHCP：分配内部IP地址实现与外部的隔离 2、NPC：计算机名称的自动配置
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已研制出三种系列： “小宝” 小宝系列(深圳在线通) 龙星系列(湖大远程与湘计算机) 网锐系列(联想集团) “网锐” “龙星”
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应用 已广泛用于军事、教育、电子政务、电子商务、金融、企业 等领域；
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与其它产品的区别 对服务器 性能要求 抗病毒能力 OS 程序存储与计算 支持用户数 运行不同OS，不预置 存储管理在服务器，计算在终端
本计算机 运行不同OS，不预置 存储管理在服务器，计算在终端 多用户，随服务器性能可扩展 50个终端时为普通PC机 具有抗病毒破坏能力，已通过安全部测试 PC 运行单OS 且预置 单机内，存储器大 单用户 不具有抗病毒破坏能力 NC 存储与计算都在服务器上 相同用户数时高于本模式 Win终端 运行Windows不预置 存储计算在服务器上，终端为人机界面 多用户，但固定用户数 无盘站 运行单一OS不预制 存储在服务器，计算在终端 相同用户数时高于本模式(每个用户需要一个拷贝) 具有抗部分病毒破坏能力
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系统演示 演示脚本： 演示视频（点击播放） 在同一终端设备上自主选择启动多个操作系统及其应用 1、启动Win98系统;
2、启动Win2000系统，并演示 Word文字处理、IPTV等应用; 3、启动Linux（Redhat）系统，并演示上网等应用。 演示视频（点击播放）
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小 结 透明计算的特点： 1、实现网格计算的一种方法：计算像电流、像自来水 2、成本降低 3、使用方便，像开电视机
小 结 透明计算的特点： 1、实现网格计算的一种方法：计算像电流、像自来水 2、成本降低 3、使用方便，像开电视机 4、形成新的产业链,为国产CPU和软件发展提供机会 5、防止病毒 直接成本： 硬件、软件 间接成本： 管理维护成本、升级成本、使用成本、 安全成本、等
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小 结 进一步研究方向： 不同设备 不同网络 相关理论 ……
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谢 谢！
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大世界与小世界 操作系统：大世界 如何发展小世界？ 世界上的一切事物都是由小世界构成的 小世界：相对独立、经常联系的小圈子
从汤普森和里奇开始：强调可移植性 即把一个OS放到各种计算机上 X86 OS RISC 嵌入式芯片等 如何发展小世界？
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简单与复杂 复杂化导致了微内核技术的失败 （小内核 与大内核） 简单化造就了UNIX，Linux和Dos的成功
复杂化导致了微内核技术的失败 （小内核 与大内核） 简单化造就了UNIX，Linux和Dos的成功 “Keep it Simple, Stupid.” 汤普森 “实用 有限目标 简单设计” Linus的 Linux三原则
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开放与封闭 世界上很少有完全的封闭系统，Open与Closed是一个相对概念，开放是向上兼容的，是与标准连在一起的。
最早的开放是程序的开放，例如Fortran 只要支持Fortran编译，什么样的机器都可以执行Fortran 之后是API的开放 (UNIX) 再就是体系结构的开放 (OSI/ISO,TCP/IP) 下一步怎么开放？
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合作与竞争 如何加强合作？ 操作系统与人类社会的管理在很多方面相同 中国的哲学思想是合作多于竞争： 孔子的中庸 道教的无为 现代的和谐社会
操作系统是竞争多于合作 UXIX内部争论 Window、UNIX 和 Linux的争论 如何加强合作？
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客户端不装操作系统 原计算模式 透明计算模式 网络 网络 S: 计算、存储、管理 单OS 成本高 C: 交互、通信 单OS 成本高
管理与存储 成本低、负载轻 C: 无OS 本地计算 执行快、成本低
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用户从服务器上自主选择需要的操作系统 使用哪个OS？ 用户选择 端系统 服务器
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服务器OS动态调度到客户端执行 服务器 客户端 服务器硬盘 虚拟页面管理 虚拟页面管理 服务器CPU 缓存 缓存 内存 CPU 交换区
缺页请求 虚拟页面管理 虚拟页面管理 数据请求 服务器CPU 缓存 缓存 内存 CPU 服务器 客户端
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新体系结构 硬件
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