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上古时代操作系统小考

最早的计算机是无操作系统 。 用户使用穿孔纸卡和磁带或纸带将程序和数据到达计算机, 程序将被加载到机器中,机器将被设置为工作,直到程序完成或崩溃。 程序通常可以通过控制面板使用拨号,拨动开关和面板指示灯进行调试,为了充分地利用计算机资源,尽量使计算机系统连续运行,减少空闲时间,并在系统中配上监视程序(Monitor),在它的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理,这就是早期的批处理系统,但在当时这些能够管理多批次进程的驻地后台程序在“操作系统”一词提出之前通常被称为监视器或监视程序。

IBM 701

在1953年IBM发布的IBM 701上,安装的是KOMPILERK运行系统和PACT编译器,但随着IBM 704的出现,该系统被放弃。

IBM 704

IBM在1954年推出了IBM 704,起初安装的系统还是沿用的701的,编译器升级为 PACT-IA,1956年,通用汽车和北美航空公司为IBM 704开发了首个分享操作系统GM-NAA I / O,

同时,命令式编程语言 Fortran被用到IBM 704上,57年Fortran 编译器出现,编译器的出现能够将Fortran 这种高级语言自动生成汇编语言

编译器:就是一种程序,可以阅读以某种语言(源语言)编写的程序,并将其翻译成另外一种等价的、用另外一种语言(目标语言)编写的程序。-《编译原理》

Atlas 2

1958年,在由曼彻斯特大学、ferrtian 大学、plessery学院联合开发的Atalas计算机上,其操作系统为:Atlas Superviosr,是一个能把计算机资源交由管理程序来控制的系统,依此来实现计算机的多任务及用户程序的并发执行。

该操作系统功能多样,包括能运行在Atlas计算机上的虚拟存储,并且是第一个实现了操作系统的虚拟化。

BESYS

由贝尔实验室在1957年为IBM 704设计的一种批量处理操作系统,能够有效的批量处理纸张和打孔纸作业,能够对存储在磁盘或磁带 存储单元上的数据进行处理,提供了I/O管理

(批量程序:允许多个程序同时进入内存并运行。即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、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时,CPU便立即转去运行另一道程序。)

IBMSYS

是为IBM7090/94提供的基于8个双通道的磁带的操作系统,基于FORTRAN监视系统和SHARE操作系统。

其本身是一个更全面的监控程序,可以读取控制卡的图像,放置在单独的作业的程序和数据控制卡之间, 这些卡片图像从磁带读取,离线准备,通常不直接从打孔读卡器读取。

通过在第一列中的“$”之后,在“$”之后紧跟着控制名称来识别IBSYS的控制卡。 在IBSYS下运行FORTRAN程序的示例Job Deck是:

$JOB (First Card of a job)  $EXECUTE IBJOB (Calls IBJOB Monitor that Contains the FORTRAN IV Compiler)  $IBJOB GO, (options) (Specified GO Execution Option in IBJOB)  $IBFTC DECK1 Options (Specified FORTRAM IV, Deck Name, and Compiler Options)  (Program Source)  $DATA (Data Follows)  7/8EOF (Last Card of a Job -- First Card Column has 7 and 8 punches :)   

CTSS OS

是首分时操作系统 ,由约翰.巴普斯在1954年代麻省理工学院的夏季会议上提出, 一个程序能够进行调试另外一个程序能够同时运行,1961年费尔南多.科把托验证了实验分时制,每个计算机都装了二套磁带单元,一套用于存放文件目录,另一套用于程序的转储,成为CTSS操作系统雏形,1973年CTSS在麻省理工学院运作。

(分时:把处理机的运行时间分成很短的时间片,按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算,则该作业暂时中断,把处理机让给另一作业使用,等待下一轮时再继续其运行。)

该操作系统拥有计算机文本程序,实现用户之间的通信,并且创建了一套文件操作命令,有一个保护模式的内核,主管的A核中的功能只能通过程序中断来调用, 导致内存保护中断被用于软件中断。时间单位200 ms的处理器分配调度由多级反馈队列控制 ,具备时钟中断和捕获某些指令的能力,系统内置汇编器FAP和编译器MAD,并且能够使用LISP

系统控制主程序

RDFLXA - 从控制台读取输入行

WRFLX - 将输出线写入控制台

DORMNT - 将用户置于休眠状态,程序在内存中

GETMEM - 获取内存分配的大小

SETMEM - 设置内存分配的大小

TSSFIL - 访问磁盘上的CTSS系统文件

USRFIL - 更改回用户自己的目录

GETBRK - 取消指令位置计数器

文件系统

每个用户都有自己的目录 ,每个文件有两个名字,第二个名字类似于今天的扩展名 ,每个文件可能具有以下四种模式之一:临时,永久,只读类和只读类2.,只读类2的不同之处在于用户无法更改这些文件的模式。 文件也可以从其他目录链接到用户的目录。

系统磁盘控制子程序

DUMP - 将连续块转储到文件中

LOAD - 从文件加载一个连续的块

.ASIGN - 准备写文件

.APEND - 准备要追加的文件

SEEK - 准备文件阅读

WRITE - 将数据写入文件中的相对位置

.READK - 从文件中的相对位置读取数据

该系统主要运行在当时的IBM 7094大型机上

MCP

是1961年,第一个以以高级语言HLL编写的操作系统,第一个提供虚拟内存,能够为文件系统提供分目录结构。

AN/FSQ 32

是1963年为美国防空系统中的计算机AN/FSQ 32开发的一种专用操作系统,该操作系统实现了多批量任务处理和分享操作,能够同时处理多个地理上分散的计算机用户的数据,每个用户被给予基于优先级的时间片,以毫秒为单位,当用户的程序从磁鼓写入高得多的速度存储器时被处理,然后随着发生的任何计算变化而写回磁鼓。

OS/360

1964年。IBM为其IBM 360开发的批处理操作系统,可以同时最多运行15个程序,它将包含数百个程序组件,总计超过一百万行代码,OS / 360控制程序的开发(操作系统的核心)位于纽约波基普西的IBM计划开发实验室,系统最初由汇编语言写成,后改为系统用BSL语言编写,可以运行在8KB内存内。

除了基本型OS/360,还有磁带操作系统(TOS / 360)或磁盘操作系统/ 360(DOS / 360)

共有三种型号变种系统

PCP、MVT、MFT

CP / CMS

CP / CMS由IBM 剑桥科学中心编写,将该系统与当前其他操作系统以及其他大型IBM项目分开作为一个开源操作系统,以源代码形式向所有IBM客户免费提供。 CP / CMS用户自己互相支持。

CP / CMS由两个主要组成部分组成:

  • CP, 控制程序 ,创建了虚拟机环境。 广泛使用的版本是CP-67,运行在IBM S/360 67说,CP为每个用户提供了一个模拟独立的IBM S/360计算机。 每个系统都能够运行在裸机上运行的任何S / 360软件,实际上为每个用户提供了一个私人计算机系统。

  • CMS , 监控系统 (以及控制台监控系统 )

  • 是一个轻量级的单用户操作系统,用于交互式分时使用。 通过在CP虚拟机中运行多个CMS副本,而不是大型传统多任务操作系统的多个副本,每个用户的开销较少。 这允许大量的同时用户共享一个S / 360。

CP / CMS虚拟机概念是操作系统设计中的重要一步。

  • 通过隔离用户,CP / CMS大大提高了系统的可靠性和安全性。

  • 通过为每个用户模拟一个完整的独立计算机,CP / CMS可以在分时环境中运行任何 S / 360软件,而不仅仅是专门用于分时的应用程序。

  • 通过使用轻量级CMS作为主要用户界面,CP / CMS实现了前所未有的分时性能。 此外,CMS的简单性使得与传统操作系统相比,实现用户界面增强更容易。

TOPS-10

DEC为1967年推出的PDC-10 (或DECsystem-10) 而打造的操作系统,支持共享内存 ,允许开发第一台真正的多人游戏,系统内安装了一个称为FORUM的应用程序应用程序, 可能是第一个CB模拟器 ,允许用户进行对话。

TOPS-10具有非常强大的API,它使用称为UUO实现用户操作的机制。 UUO实现了操作系统调用,使得它们看起来像机器指令。 由于API非常领先于大多数操作系统,系统编程变得简单而强大,调度程序支持优先级运行队列,并根据其优先级将进程附加到队列中。 该系统还包括用户文件和设备独立性。

支持ALGOL、APL、BASIC、BLISS、COBOL、Fortran等编程语言

Multics

是基于单层内存概念的早期分时操作系统, 由贝尔实验室于1969年推出,Multics具有许多功能,旨在确保高可用性,从而支持类似于电话公司等公共事业单位的程序计算 。 使用模块化硬件结构和软件架构来实现。 系统可以通过简单地添加更多的适当的资源计算能力,主存储器,磁盘存储器等来增加体积。每个文件上的单独的访问控制列表提供了灵活的信息共享,但是在需要时完全隐私。 Multics有许多标准机制,允许工程师分析系统的性能,以及一些自适应性能优化机制。

Multics运行在特定硬件架构,具有一半(18位)的36位字大小和索引寄存器(用于在段内寻址)。 必须使用额外的代码来处理大于此的文件,称为多段文件。另一个主要新思想是动态链接 ,其中正在运行的进程可以请求将其他段添加到其地址空间,段可以包含可以执行的代码。 支持在线重新配置 :在系统继续运行时,可以添加和删除中央单元 ,内存库,磁盘驱动器等。 Multics支持多个CPU;它是最早的多处理器系统之一。

Multics是第一个提供分层文件系统的操作系统,文件名可能几乎是任意的长度和语法。 是第一个使用堆栈这些现在标准概念的操作系统,每个安全环都有一个单独的堆栈。

它也是第一个将命令处理实现为普通用户代码的操作系统。

TOPS-20

是DEC的一些36位大型计算机上使用的专有操作系统,虚拟内存和多线线程是该系统最大特征,一个进程的概念包括一个262 kword(18位地址)的虚拟地址空间,虚拟内存架构的设计地点:

  • 进程地址空间不包含真正的存储,它只是一组512个窗口(映射)到存储。

  • 唯一真正的存储位于文件中。 通过以下组合识别真实存储的页面:文件名+ VPN(虚拟页码)。

  • 系统调用将实际存储的页面映射到进程窗口并取消映射。 同一页面可能被映射到许多进程(并且进入相同进程的多个窗口),并且所有窗口都可以看到并共享相同的物理存储。

该系统的另外一些特色是,可以通过命令处理器EXEC.EXE 输入命令,来自MACRO语言(.MAC)程序的JSYS(跳转到系统)调用,内部代码也被JSYS调用,具有:逃脱识别,,噪音字,动态帮助形式,可以输入“?” 以了解哪些操作数被允许/需要。

UNICS(后来的UNIX)

Unix的历史可追溯到20世纪60年代中期,当时麻省理工学院、贝尔实验室、通用电气正在Multics操作系统。由于Multics的规模和复杂性而不是目标,贝尔实验室慢慢退出了项目。 他们最后的研究人员离开了Multics, 决定以更小的规模重做这项工作。

1970年,该项目最初被建议Unics (Uniplexed Information and Computing Service,大意是太监)是Multics(Multiplexed Information and Computer Services)的双关语言 :新的操作系统是一个去空的Multics。

最初是由汇编语言编写,在1972年,Unix被用C语言重新编写 。

DEC BATCH-11 / DOS-11

内核是一个名为MONLIB.LCL的文件。 LCL扩展名是LInked Core Image Library(或LICIL)的缩写。 LICIL可以存储在DOS-11 操作系统分发的任何类型的介质上(磁盘,磁带)。 当将LICIL文件(Hooked)安装到磁盘驱动器上作为连续文件时,监视器库名称将更改为MONLIBCIL,然后可以启动它。 CIL扩展名是Core Image Library的缩写。 核心,是PDP-11通用核心内存系统的术语。 可以使用CILUS(核心映像库更新和保存)程序创建核心映像库。 MONLIBCIL通常包含驻留监视器(RMON),键盘命令例程,设备驱动程序,EMT程序,时钟例程和瞬态监视器。

MUSIC / SP

最初的“麦吉尔大学交互式计算系统”(McGill University System for Interactive Computing))是从早期的IBM时间分享系统RAX在20世纪70年代开发的(远程访问计算系统)。 该系统运行在IBM S/360 S/370 4300 大型机上,并提供了文件访问控制和数据压缩等新特性。 它旨在让学者和学生在终端交互式创建和运行程序。

文件系统在许多方面是独一无二的。 有一个系统范围的文件索引,该系统旨在支持学术计算和计算机科学的教学,因此可以使用丰富的编程语言。 系统是用IBM / 370汇编器编写的,但是大多数本机应用程序都是用FORTRAN编写的 。 该系统支持WATFIV和WATBO编译器,并为Pascl、C、BASIC、APL、ALGOL等提供了编译器。

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