操作系统发展史

概念 如图1-1给出了一个逻辑上的简化视图，图的底部是硬件，硬件包括芯片、电路板、磁盘、键盘、显示器以及类似的设备，在硬件的顶部是软件。 多数计算机有两种运行模式：内核态和用户态。软件中最基础也是最核心的部分是操作系统，它运行在内核态，在这个模式中，操作系统具有对所有硬件的安全访问权，可以执行机器能够运行的任 何指令；软件的其余部分运行在用户态下，只使用机器指令中的一个子集；用户接口程序如GUI处于用户态程序中最低层次，允许用户使用或运行其他程序，诸如web浏览器等。 如图1-1所示，操作系统运行在裸机之上，为所有软件提供基础的运行环境。 操作系统与普通软件区别 1、用户不喜欢某个普通软件，如XX阅读器，他可以换或者自己写一个；操作系统是很难编写的，操作系统源代码有500万行甚至更高数量级的。 2、操作系统更加大型、复杂、长寿；普通软件更加小型、简单、寿命周期短。 操作系统定义 操作系统定义：是一种运行在内核态的软件，是一组控制和管理计算机软硬件资源，同时为用户提供使用计算机应用程序的集合。 操作系统的两大基本职能：面向机器管理计算机；面向用户使用计算机。 主要两大作用：管理和使用计算机 主要特征：并发性；共享性；虚拟性和不确定性 操作系统的主要功能有：进程管理；存储管理；设备管理；文件管理，用户接口等等。 计算机与操作系统的发展史 第一台真正纯机械的数字计算机

计算机的硬件组成: 　　主板　　　　固化(寄存器,是直接和CPU进行交互的一个硬件) 　　CPU　　　　中央处理器:计算(数字计算和逻辑计算)和控制(控制所有硬件协调工作) 　　储存　　　　硬盘,内存 　　输入设备 　　键盘,鼠标,话筒 　　输出设备　　显示器,音响,打印机 早期的计算器是以计算为核心的 现在的计算器是以储存为核心的 第一代计算机:电子管计算机,及其耗电,体积庞大,散热量特别高 第二代计算机:晶体管计算机 第三代计算机:白色大头计算机集成电路计算机,一个板子固化即使到上百个小硬件 第四代计算机:大型集成电路计算机,一个板子可以达到固化十万个硬件 第五代计算机:甚大型集成电路计算机 计算机的操作系统 　　操作系统是一个软件,是一个能直接操纵硬件的一个软件 　　微软研发的windows操作系统. 计算机刚开始使用的时候,还没有操作系统 人工时代:穿孔卡带 　　每个人都能将自己在一段时间内独享计算机所有资源 脱机时代:完全将人和机器隔离开来 单道批处理系统:内存只允许放一道作业 多道批处理系统:内存中允许放多道作业 分时系统:将CPU的执行划分时间片,每个程序以时间片为单位去执行 实时系统:一般比较少见,主要用于军事和工业生产上 无论什么时候,操作系统的目标是:让用户用起来更加的轻松.高可用,低耦合 语言的发展史: 　　计算机识别的是二进制,机器语言,由1和0组成代码 　

操作系统的发展史 一、手工操作——穿孔卡片 1946年第一台计算机诞生--20世纪50年代中期，计算机工作还在采用手工操作方式。此时还没有操作系统的概念。 程序员将对应于程序和数据的已穿孔的纸带（或卡片）装入输入机，然后启动输入机把程序和数据输入计算机内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行；计算完毕，打印机输出计算结果；用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。 手工操作方式两个特点： 用户独占全机。不会出现因资源已被其他用户占用而等待的现象，但资源的利用率低。 CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。 20世纪50年代后期，出现 人机矛盾 。：手工操作的慢速度和计算机的高速度之间形成了尖锐矛盾，手工操作方式已严重损害了系统资源的利用率（使资源利用率降为百分之几，甚至更低），不能容忍。唯一的解决办法：只有摆脱人的手工操作，实现作业的自动过渡。这样就出现了成 批处理 。 二、批处理——磁带存储 批处理系统：加载在计算机上的一个 系统软件 ，在它的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业（这作业包括程序、数据和命令）。 2.1 联机批处理系统 主机与输入机之间增加一个存储设备——磁带，在运行于主机上的监督程序的自动控制下，计算机可自动完成：成批地把输入机上的用户作业读入磁带，依次把磁带上的用户作业读入主机内存并执行并把计算结果向输出机输出

一、 手工操作——穿孔卡片 　　特点： 用户独占全机，不会出现因资源被其他用户占用而等待的现象，但资源利用率低。 CPU等待手工操作，利用不充分 二、 批处理系统——磁带储存 批处理系统 　　　　加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业（程序、数据和命令）。 　　2. 联机批处理系统 　　　　 CPU的工作：成批地把输入机上的用户作业读入磁带，将磁带输入主机内存执行计算，将结果保存在磁带上向输出机输出。 优点：实现作业到作业的自动转接，减少手工操作时间，提高计算机利用效率。 缺点：作业输入和结果输出时，CPU处于空闲状态。 　　3. 脱机批处理系统 　　　　引入一台不与主机直接相连而专门用于与I/O设备打交道的卫星机，负责磁带的写入和读取磁带上的运算结果。 优点：主机不用负责慢速的I/O设备，主机与卫星机并行工作，充分发挥主机的告诉计算能力。 缺点：卫星机执行I/O操作时，CPU仍处于空闲状态。 三、多道程序系统 多道程序技术 　　　　多个程序同时运行，为了让数据更加安全、稳定，出现内存空间隔离的概念。遇到I/O操作就切换程序，体现了时空复用的特点。 定义 　　　　同时把多个程序放入内存，并允许它们交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种硬件和软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去另一道程序。 优点 　　　

操作系统发展史 穿孔卡片 一个计算机机房,一次只能一个用户使用. CPU利用率低 联机处理系统 支持多个用户去使用一个计算机机房 脱机批量处理 高速磁盘 提高文件的读取速度 优点 提高CPU利用率 多道技术(基于单核情况下研究) 多道 空间上的复用(*****) 一个CPU可以提供给多个用户使用 时间上的复用(*****) 切换+保存状态 优点 若CPU遇见IO操作,会立即将当前程序的CPU使用权断开(会让CPU的利用率提高) 缺点 若一个程序使用CPU的时间过长,会立即将当前执行的程序的CPU使用权断开(会让程序的利用率降低) 单道 多个用户使用CPU时是串联运行的 必须让上一个程序运行完,才能运行下一个程序 并发与并行 并发 指的是看起来像同时在运行,多个程序不停切换+保存状态 并行 真实意义上的同时运行, 在多核的情况下,同时执行多个程序 进程 程序与进程 程序:一堆代码 进程:一堆代码运行的过程 进程调度 先来先服务调度 缺点:程序A先使用,程序B必须等待程序A使用CPU结束后才能使用 短作业优先调度 缺点:若程序A使用时间最长,有N个程序使用时间短,必须等待所有用时短的程序结束后才能使用 时间片轮转法 CPU执行的时间1秒钟,加载N个程序,要1秒等分多N个时间片 分级反馈队列 将执行优先分为多层级别 1级:优先级最高 2级:优先级第二 3级:类推 ……

目录 操作系统的发展史 手工操作——穿孔卡片 批处理——磁带存储 联机批处理系统 脱机批处理系统 多道程序系统 多道技术（基于单核情况下研究）: 单道: 多道技术: IO操作: 并发与并行: 进程 程序与进程 进程调度: 当代操作系统调度: 进程的三个状态 就绪状态: 运行状态 阻塞态: 同步和异步 同步 异步 阻塞与非阻塞 阻塞 非阻塞 操作系统的发展史 手工操作——穿孔卡片 一个计算机机房，一次只能被一个卡片使用。 1946年第一台计算机诞生--20世纪50年代中期，计算机工作还在采用手工操作方式。此时还没有操作系统的概念。 程序员将对应于程序和数据的已穿孔的纸带（或卡片）装入输入机，然后启动输入机把程序和数据输入计算机内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行；计算完毕，打印机输出计算结果；用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。 手工操作方式的两个特点： 用户独占全机，不会出现因资源已被其他用户占用而等待的现象，但资源的利用率低 CPU等待手工操作。CPU的利用不充分。 批处理——磁带存储 批处理系统：加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业（这作业包括程序、数据和命令）。 联机批处理系统 支持多用户去使用一个计算机机房 主机与输入机之间增加一个存储设备——磁带，在运行于主机上的监督程序的自动控制下

一、手工操作——穿孔卡片 1946年第一台计算机诞生--20世纪50年代中期，计算机工作还在采用手工操作方式。此时还没有操作系统的概念。 程序员将对应于程序和数据的已穿孔的纸带（或卡片）装入输入机，然后启动输入机把程序和数据输入计算机内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行；计算完毕，打印机输出计算结果；用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。 手工操作方式两个特点： 用户独占全机。不会出现因资源已被其他用户占用而等待的现象，但资源的利用率低。 CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。 20世纪50年代后期，出现 人机矛盾 。：手工操作的慢速度和计算机的高速度之间形成了尖锐矛盾，手工操作方式已严重损害了系统资源的利用率（使资源利用率降为百分之几，甚至更低），不能容忍。唯一的解决办法：只有摆脱人的手工操作，实现作业的自动过渡。这样就出现了成 批处理 。 二、批处理——磁带存储 批处理系统：加载在计算机上的一个 系统软件 ，在它的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业（这作业包括程序、数据和命令）。 2.1 联机批处理系统 主机与输入机之间增加一个存储设备——磁带，在运行于主机上的监督程序的自动控制下，计算机可自动完成：成批地把输入机上的用户作业读入磁带，依次把磁带上的用户作业读入主机内存并执行并把计算结果向输出机输出。完成了上一批作业后

目录 并发的背景 操作系统的发展 第一代计算机（1940~1955）：真空管和插件板 第二代计算机（1955~1965）：晶体管和批处理系统 第三代计算机（1965~1980）：集成电路芯片和多道程序设计 并发的背景 引入： 顾名思义，进程即正在执行的一个过程。进程是对正在运行程序的一个抽象。 操作系统的发展 为什么要有操作系统 现代的计算机系统主要是由一个或者多个处理器，主存，硬盘，键盘，鼠标，显示器，打印机，网络接口及其他输入输出设备组成。 一般而言，现代计算机系统是一个复杂的系统。 其一：如果每位应用程序员都必须掌握该系统所有的细节，那就不可能再编写代码了（严重影响了程序员的开发效率） 其二：并且管理这些部件并加以优化使用，是一件极富挑战性的工作，于是，计算安装了一层软件（系统软件），称为操作系统。它的任务就是为用户程序提供一个更好、更简单、更清晰的计算机模型，并管理刚才提到的所有设备。 总结： 程序员无法把所有的硬件操作细节都了解到，管理这些硬件并且加以优化使用是非常繁琐的工作，这个繁琐的工作就是操作系统来干的，有了他，程序员就从这些繁琐的工作中解脱了出来，只需要考虑自己的应用软件的编写就可以了，应用软件直接使用操作系统提供的功能来间接使用硬件。 发展史 第一代计算机（1940~1955）：真空管和插件板 第一代计算机的产生背景： 第一代之前人类是想用机械取代人力

首先先补充一下上一篇的一个小问题。 　　应用程序的启动流程： 　　前提：应用程序是运行于操作系统之上的 　　举例：启动暴风音影 　　　　1.双击快捷方式 　　　　2.告诉操作系统一个文件路径 　　　　3.操作系统从硬盘读取文件内容到内存中 　　　　4.cpu从内存读取数据执行 下面开始今天的课程： 一、操作系统发展史及多道技术 　　1.第一代计算机（1940~1955）： 真空管和穿孔卡片 　　　　 特点：没有操作系统的概念，所有的程序设计都是直接操控硬件。 　　　　优点：每个人独享，可以自己调试代码，找到bug。 　　　　缺点：浪费计算机资源。 　　2.第二代就算机（1955~1965）： 晶体管和批处理系统 　　　　 特点：把代码都赞到一块，让一个CPU共享，但是还是一个一个的去运行，还是顺序算法（串行） 　　　　优点：批处理，节省了机时。 　　　　缺点：有人的参与了，搬过来搬过去的麻烦，拖慢程序运行的速度 　　3.第三代计算机（1965~1980）： 集成电路芯片和多道程序设计 　　　　第三代计算机的操作系统广泛应用了第二代计算机的操作系统没有的关键技术： 多道技术 　　　　 多道技术:（指的是多道/个程序） 　　　　　　1.空间上的复用：内存要支持同时跑进多个程序 　　　　　　2.时间上的复用：多个程序要让它们能切换（什么时候要切？一个程序占用的时间过长要切

操作系统的发展史 一、手工操作———穿孔卡片 1946年第一台计算机诞生--20世纪50年代中期，计算机工作还在采用手工操作方式。此时还没有操作系统的概念。 程序员将对应于程序和数据的已穿孔的纸带（或卡片）装入输入机，然后启动输入机把程序和数据输入计算机内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行；计算完毕，打印机输出计算结果；用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。 手工操作方式两个特点： 用户独占全机。不会出现因资源已被其他用户占用而等待的现象，但资源的利用率低。 CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。 20世纪50年代后期，出现 人机矛盾 。：手工操作的慢速度和计算机的高速度之间形成了尖锐矛盾，手工操作方式已严重损害了系统资源的利用率（使资源利用率降为百分之几，甚至更低），不能容忍。唯一的解决办法：只有摆脱人的手工操作，实现作业的自动过渡。这样就出现了成 批处理 。 二、批处理——磁带存储 2.1 联机批处理系统 [ ]( http://ww 主机与输入机之间增加一个存储设备——磁带，在运行于主机上的监督程序的自动控制下，计算机可自动完成：成批地把输入机上的用户作业读入磁带，依次把磁带上的用户作业读入主机内存并执行并把计算结果向输出机输出。完成了上一批作业后，监督程序又从输入机上输入另一批作业，保存在磁带上，并按上述步骤重复处理。