搜索
“操作系统”课程参考书籍•“分布式操作系统”–AndrewS.Tanenbaum陆丽娜等译–电子工业出版社•Windows操作系统原理–尤晋元等–机械工业出版社•采用AndrewS.Tanenbaum的《ModernOperatingSystems》作为教材或参考书籍的有15家•采用AndrewS.TanenbaumandAlbertS.Woodhull的《OperatingSystems:DesignandImplementation》作为教材或参考书籍的有8家2005年7月OS教材采用统计结果-2为什么操作系统设计困难？Tanenbaum在《现代操作系统》（2版）中指出•操作系统极其庞大、复杂•操作系统必须处理并发•操作系统必须处理有敌意的用户•操作系统必须提供安全前提下的资源共享•操作系统生命周期较长、设计要考虑环境可能变化•操作系统用户背景差异大、须考虑使用上通用性•现代操作系统必须考虑可移植性•操作系统往往需要考虑向后兼容•操作系统是计算机系统的核心，它负责控制和管理整个计算机系统的软硬件资源，使之协调工作。•对信息和数据的存储和管理是操作系统的基本功能。大容量存储技术的发展给用户利用计算机管理大量的数据提供了物质基础，这也给操作系统管理数据和信息、带来了新的挑战。•近年来，现代操作系统在经典体系结构的基础上，加入了很多新的特性和功能。•图形用户界面的出现是操作系统发展中的一个里程碑。图形界面相对字符界面更加方便和快捷的操作方式，使得计算机不再只是专业人员的工具，而为更多的普通用户所接受，办公系统也成为图形界面操作系统的主流应用。操作系统目标操作系统是控制应用程序执行的程序，并充当应用程序和计算机硬件之间的接口。它有下面三个目标：•方便：操作系统使计算机更易于使用。•有效：操作系统允许以更有效的方式使用计算机系统资源。•扩展的能力：在构造操作系统时，应该允许在不妨碍服务的前提下有效地开发、测试和引进新的系统功能。操作系统易扩展性的理由•硬件升级和新型硬件的出现：举一个例子，早期运行UNIX和IBMOS/2的机器没有“调页(paging）”的硬件机制，因此这两个操作系统也没有使用页面调度技术，而较近的版本经过修改，具备了页面调度能力。同样，图形终端和页面式终端替代了行滚动终端，这也将影响操作系统的设计，例如，此类终端允许用户通过屏幕上的窗口同时查看多个应用程序，这就要求在操作系统中提供更高级的支持。•新的服务：为适应用户的要求或系统管理员的需要，需要扩展操作系统以提供新的服务。例如，如果发现用现有的工具很难保持较好的性能，操作系统就必须增加新的测量和控制工具。另一个例子是新的应用程序需要在显示器屏幕上使用窗口，这个特征需要对操作系统进行较大的升级。•纠正错误：任何一个操作系统都有错误，在使用一段时间后发现了错误就需要进行纠错。当然，纠错本身可能会产生新的错误。•操作系统经常性的变化对它的设计提出一定的要求。一个非常明确的观点是，在构造系统时应该采用模块化的结构，清楚地定义模块间的接口，并备有说明文件。•对于像当今典型的操作系统这样的大型程序，简单的模块化是不够的，也就是说，不能只是简单地把程序划分为子程序，还需要做更多的工作。学习OS的思考角度•1、概念定位（为什么引入？）•2、数据结构与算法为主线•3、工作方式？实现过程？特点或优缺点•4、逻辑与物理•虚与实•抽象与具体•静态与动态•时间与空间•相对与绝对教学内容介绍–第1章操作系统概述–第2章WindowsServer2003的操作系统模型–进程和处理机管理存储管理–文件系统设备管理与I/O系统–第3章Windows环境下的程序设计–第4章分布式系统概述–第5章分布式系统模型–第6章分布式系统的管理–同步进程和处理机管理–文件系统共享存储管理–第7章实例分析与研究对学习培训Windows技术的建议•Windows已成为IT行业一个OS主要平台•应用软件技术人员有必要了解Windows操作系统的内部体系结构•从事PC机接口和外设研发的人员有必要掌握编写WindowsOS驱动程序的技术“观察与体验”介绍•对OS直接观察和体验必定有助于对OS原理的学习和掌握•利用Windows提供的各种工具针对课程学习的进程有意识观察Windows的运行–体验运行中Windows表现的各种特征–加深对Windows原理的理解Windows的开发过程•Windows的起源可以追溯到美国Xerox公司进行的工作。该公司著名的研究机构PaloAltoResearchCenter（PARC），在1981年宣布推出世界上第一个商用的GUI（图形用户接口）系统：Star8010工作站。•当时，AppleComputer公司的创始人之一SteveJobs，在参观Xerox公司的PARC研究中心后，认识到了图形用户接口的重要性以及广阔的市场前景，开始着手进行自己的GUI系统研究开发工作，并于1983年研制成功第一个GUI系统：AppleLisa。随后不久，Apple又推出第二个GUI系统AppleMacintosh，这是世界上第一个成功的商用GUI系统。•图形界面的优势，人人可见，这是未来趋势，早在1981年，微软公司内部就制定了发展“界面管理者”的计划。到了1983年5月，微软公司决定把这一计划命名为MicrosoftWindows。•1983年11月10日，比尔·盖茨宣布推出Windows，但是一直到1985年11月微软公司才正式发•布Windows1.0版。Windows这个产品在微软公司的历史上创造了几个记录：延迟交货次数最多，投入开发人员最多，开发时间最长，更换主管人员最多。几年之后，Windows也创造了销售成绩最佳的历史记录。•从此，在许多独立软件开发商和硬件厂商的支持下，微软Windows在市场中逐渐开始取代DOS成为操作系统平台的主流软件。观察与体验•针对Window2K/XP的原理内容设置了若干个观察与体验，直观演示Windows2K/XP的内部运行特征•将观察与体验和实验相结合，帮助读者更深刻的掌握有关操作系统的基本设计方法，尤其是Windows2K/XP的较高水平的设计技巧，直观有效地加深理解其内部工作原理•读者也可以根据原理知识自行设置观察与体验，对原理知识加深理解操作系统的发展操作系统发展是随着计算机硬件技术、应用软件的发展而发展的目标：充分利用硬件提供更好的服务历史操作系统历史划分为5个阶段大型机→PC机→后PC时代第1阶段（1948-1970）硬件昂贵，人工便宜更有效地利用硬件资源缺乏用户和计算机之间的交互•控制台：一次一个用户•批处理：装入程序→运行→打印输出（保护：无）•数据通道、中断：I/O和计算重叠•多道程序设计：多个程序同时运行，多个用户共享系统（需要存储保护）操作系统必须管理所有程序的交接、运行复杂首次面对重大失败•MULTICS于1963年开始直至1969年才发布•IBM的OS/360发布时带着已知的1000个错误第2阶段（1970-1985）硬件便宜，人工昂贵交互分时：利用便宜的终端→多个用户同时与系统交互牺牲CPU时间→用户得到更好的响应时间用户可以在线工作：开发、调试、编辑等问题：增加用户时系统性能降低（响应时间、抖动）成功案例•一群计算机迷在贝尔实验室开发出UNIX•初衷：可以在一台无人使用的DECPDP-7小型计算机上玩星际探险游戏•KenThompson，DennisRitchie1983年图灵奖获得者1999年4月美国国家技术金奖第3阶段（1981-）硬件非常便宜，人工非常昂贵面临挑战：如何利用计算机充分发挥人的时间个人计算时代开始PC硬件资源有限一次运行一个程序OS是一个例程库回归简单逐渐PC资源丰富OS又成为一个庞然大物（大型OS）存储保护、多道程序设计又出现第4阶段（1981-）分布式系统网络：允许不同机器很容易共享资源（打印机、文件服务器、Web服务器）客户/服务器模型解决问题：共享，安全第5阶段（1995-）移动系统时代各种移动设备出现（笔记本、PDA等等）特点：小型、移动、便宜但有限能力无线支持可以leverage分布式系统的资源历史上的操作系统随历史线索，介绍一些重要的操作系统•FMS（FORTRANMonitorSystem）和IBSYS（IBM为7094配备的操作系统）•OS/360（IBM为系列机360配备的操作系统）•CTSS（CompatibleTimeSharingSystem）•MULTICS（MULTiplexedInformationandComputerService）•UNIX类、Linux•VMS•CP/M历史上的操作系统•MS-DOS、Windows3.1/95/98/Me、WindowsNT、Windows2000/XP、WindowsCE、WindowsServer2003•Macintosh•OS/390•Mach•VxWorks•嵌入式领域•国产操作系统•研究型操作系统IBMSystem/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•随着时间的流逝，错误的数量大致保持不变•分时系统的思想——1959年在MIT提出•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）•调试程序的用户常常只发出简短的命令很少有长的费时命令•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第一个分时操作系统CTSSMULTICS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：便利的终端使用——大量远程终端通过电话线接入计算机主机高可靠的大型文件系统——大容量的用户信息共享；存储和构造层次化信息结构的能力小型计算机，电子游戏和UNIX的成功•1969年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，KenThompson和DennisM.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Internet时代与Linux•1990年秋天，Linus在芬兰首都赫尔辛基大学学习操作系统课程，因为上机需要排队等待，Linus买了台PC机，开发了第一个程序，程序包括两个进程，向屏幕上写字母，然后用定时器来切换进程•Linus需要终端仿真程序来存取Usenet新闻组的内容，于是他编写了从调制解调器上接发信息的程序以及显示器、键盘和调制解调器的驱动程序•然后编写了磁盘驱动程序、文件系统，一旦有了进程切换、文件系统和设备驱动程序，当然就拥有了一个操作系统原型，或者至少是它的一个内核•Linux就以这样极其古怪但也极其自然式问世操作系统与虚拟计算环境•提供更加直观友好的用户操作方式•提供统一的外部设备访问接口•提供透明的资源分配与调度方案CPUoperatingsystemApplicationsoftwarememdiskprt…早期的批处理监控系统•任务管理与监控•计费•数据输入输出操作系统简史方便个人用户的pc系统•提供系统命令•行编辑软件•基础编程语言•硬盘，软盘，打印机控制操作系统简史完善的支持多用户的VMS系统•分时轮转调度共享C