《操作系統之哲學原理》（鄒恆明 著）
基礎原理篇
Chapter2 os歷史
“操作系統的演變就是對計算機硬件進行粉飾的過程。”——《操作系統之哲學原理》
歷史發展的因素驅動：
- 硬件成本不斷下降，硬件質量、數量提升；
- 計算機功能和複雜性不斷變化；
- os攻擊者的破壞。
一、狀態機os（1940年以前）
- 一種簡單的狀態轉換程序，功能簡單，計算僅加減法。
- 不支持交互命令輸入及自動程序設計，無存儲程序概念。
- 此時自動機的一切動作由人操控。
二、單一操作員單一控制端os（1940s）
【Single Operator,Single Console,SOSC】
- 代表機型：ENIAC計算機，是第一臺電子計算機。
- 提供一些標準命令供用戶使用，滿足基本功能。
- 不支持併發和多道程序運行，不自我運行，需等待操作員輸入命令再運行，故從機器角度，資源利用率低。
三、批處理os（1950s）
- 起因：提高SOSC效率，改進其機器需等待人慢動作操作纔可運行的缺點。
- 代表機型：第二代通用計算機IBM：1401和7094等。
解決方案：通過減少人機交互時間而達到CPU和輸入輸出利用率改善。 - 過程：程序手工編寫到卡片或紙帶上，交給計算機管理員。管理員按批次給IBM1401讀入並寫到磁帶上。每盤磁帶包含多個用戶程序，再將每盤磁帶加載到IBM7094。運行結果寫在另一磁盤上後，鐮刀IBM1401打印結果。
- 構成：批處理監視器（batch monitor）+原os庫函數。其中，批處理監視器控制程序的開始和結束。
批處理監視器：控制程序運行。OS庫函數：支持程序運行。
- 優點：此時代開始出現文件概念。
因磁帶上多個用戶程序必須以某種方式隔離，因此抽象出文件概念。此外，os還能管理讀卡機、磁帶、打印機等，
- 缺點：只能在同一時間執行一個程序。
四、多道批處理os（1960s）
- 起因：批處理os的CPU和I/O設備的運行穿行，CPU需不斷探尋I/O是否完成而不能執行其他程序。
- 解決方案：多個程序同時加載到計算機內存。
- 功能：管理工作，管理內存，管理CPU調度。
- 代表：IBM的OS/360(M)。
五之一：分時os（1970s）
- 起因：用戶無法即時獲知程序運行結果，響應時間過長，越來越多的資源管理。
- 解決方案：多人同時連在計算機上，每個人看作另一I/O終端；每用戶擁有一終端顯示器，經過RS232穿行線纜與計算機連接，只能接收和發送文本命令和信息。計算機在所有連接的終端用戶間分時，時間到了，就換一個程序。
- 優點：資源公平管理【區別於多道批處理】。任意時間可運行多個程序，用戶直接與計算機交互，當場調試程序【特點：人等機器，區別於SOSC】。
- 缺點：增加應對競爭、通信、死鎖、保護等問題。
- 衍生物：UNIX，CTSS（Compatible Time Sharing System），VMS。
- 此os通常運行在第三代計算機PDP、VAX、CRAY上。
五之二：實時os
- 起因：如核反應堆狀態監視系統、化學反應堆監視系統、航空飛行控制系統、導彈防衛系統等，要求計算機需在規定時間內做出響應。【此類系統稱爲臨界系統或應用。】
- 條件：需滿足時序可預測（timing pre-dictability）。
注意：實時系統並不是指反應迅速的系統，而是反應具有時序可預測性的系統。不過實際中，其反應確實很迅速。
- 解決方案：需精確、合理、及時的進程或工作調度。合理的資源管理。具備高的可用性和可靠性。
- 分類：軟實時系統，硬實時系統。
軟：可接受部分無法及時響應，如流水線裝配線。
硬：都要及時響應。如導彈防衛系統。
- 商用代表：VxWorks,EMS的DART系統。
六、現代OS（1980-至今）
- 代表：DOS、Windows、UNIX、Linux，各種主機操作系統，如VM、MVS等。
開放式系統os：DOS、Windows、UNIX、Linux，分別運行在PC機、VAX、Workstation上。
- 特徵：網絡促進網絡os和分佈式os的出現 。
網絡os：將多個計算機虛擬成一個計算機。
傳統的網絡os：現有os基礎上增加網絡功能。
分佈式os：外加提供計算機協作功能。
七、未來發展趨勢
- 最新SOLARIS將os劃分爲核心內核、可裝入模塊。
核心內核：系統調用、調度、內存管理、進程管理、VFS框架、內核鎖定、始終和計時器、中斷管理、引導和啓動、陷阱管理、CPU管理。
可裝入模塊：調度類、文件系統、可加載系統調用、可執行文件格式、流模塊、設備和總線驅動程序等。
- 最新Windows將os劃分爲內核(kernel)+執行體(executive)+視窗+圖形驅動+可裝入模塊。
執行體劃分爲：I/O管理、文件系統緩存、對象管理、熱插拔管理器、能源管理器、安全監視器、虛擬內存、進程與線程、配置管理器、本地過程調用等。
- 虛擬化技術——將傳統os提供的一個虛擬機變成多個虛擬機。
優點：利用閒置計算資源。 - 雲os——分佈式os的擴展，是分佈式範圍和從同源到異源的擴展。
優點：對分散的計算資源進行整合、同化。
八、思考題
- 人云：沒有os的計算機是一對廢鐵，無法運轉。但在計算機剛誕生的時候，誰也不知道os這回事。那個時候的計算機爲什麼在沒有os的情況下能夠運轉呢？它們又是如何運轉呢?
- os根據其運行的計算機硬件結構不同而分爲主機os、服務器os和個人機os。簡要論述這3種os的關鍵不同點。
- MACH所提倡的微內核os因運行效率低下而沒有獲得廣泛的商業應用，其效率低下原因何在？