0
00:00:00,000 --> 00:00:06,400


1
00:00:06,440 --> 00:00:08,080
接下来 我们讨论

2
00:00:08,120 --> 00:00:10,240
为什么要学操作系统

3
00:00:10,280 --> 00:00:12,400
  

4
00:00:12,440 --> 00:00:14,960
操作系统是计算机系统当中

5
00:00:15,000 --> 00:00:16,880
一个重要的组成部分

6
00:00:16,920 --> 00:00:18,920
但是有很多人并不一定

7
00:00:18,960 --> 00:00:21,200
直接去研究操作系统

8
00:00:21,240 --> 00:00:25,840
作为大学计算机专业本科的必修课

9
00:00:25,880 --> 00:00:27,640
我们大多数的同学

10
00:00:27,680 --> 00:00:30,080
为什么要学操作系统

11
00:00:30,120 --> 00:00:33,720
我们说操作系统是一门综合的课程

12
00:00:33,760 --> 00:00:36,240
在这里综合我们前面讲到的

13
00:00:36,280 --> 00:00:37,760
程序设计 数据结构 

14
00:00:37,800 --> 00:00:39,600
计算机系统结构等

15
00:00:39,640 --> 00:00:42,960
在这里我们要去研究的对象

16
00:00:43,000 --> 00:00:46,680
是操作系统的概念和基本原理

17
00:00:46,720 --> 00:00:49,040
对应过来是操作系统的源代码

18
00:00:49,080 --> 00:00:51,560
我们在这里要学到的技能

19
00:00:51,600 --> 00:00:54,720
是操作系统的设计和实现

20
00:00:54,760 --> 00:00:57,000
说我们已经有

21
00:00:57,040 --> 00:00:59,400
很好用的操作系统在用着了

22
00:00:59,440 --> 00:01:01,200
我为什么还要学操作系统

23
00:01:01,240 --> 00:01:04,000
比如说现在我们用到的Windows Linux

24
00:01:04,040 --> 00:01:05,840
能够满足我的需求

25
00:01:05,880 --> 00:01:08,400
那我们在研究当中大量使用Linux

26
00:01:08,440 --> 00:01:11,440
里面很多开源的内容已经很好用了

27
00:01:11,480 --> 00:01:13,960
我们现在在这里面为什么要学呢

28
00:01:14,000 --> 00:01:16,320
实际上说我们修改操作系统

29
00:01:16,360 --> 00:01:18,320
去研究新的操作系统

30
00:01:18,360 --> 00:01:20,000
就是要想实现我们的需求

31
00:01:20,040 --> 00:01:20,880
这个时候说

32
00:01:20,920 --> 00:01:22,840
我们在这里到底有哪些需求

33
00:01:22,880 --> 00:01:24,560
它还没有解决呢

34
00:01:24,600 --> 00:01:25,920
实际上这个问题是说

35
00:01:25,960 --> 00:01:27,240
我们随着一个问题解决

36
00:01:27,280 --> 00:01:29,160
我们会对它有更高的需求

37
00:01:29,200 --> 00:01:31,080
这个需求导致我们会

38
00:01:31,120 --> 00:01:33,120
会进一步的研究操作系统

39
00:01:33,160 --> 00:01:35,000
对于我们本科生的

40
00:01:35,040 --> 00:01:36,280
操作系统的必修课

41
00:01:36,320 --> 00:01:37,600
我们为什么学它

42
00:01:37,640 --> 00:01:39,680
我们说学操作系统呢

43
00:01:39,720 --> 00:01:42,040
操作系统很有挑战

44
00:01:42,080 --> 00:01:44,960
我们在每一年都会有一些同学

45
00:01:45,000 --> 00:01:47,200
对操作系统极端有兴趣

46
00:01:47,240 --> 00:01:48,880
当然操作系统很复杂

47
00:01:48,920 --> 00:01:50,960
每一年也都会有一些同学

48
00:01:51,000 --> 00:01:54,000
对操作系统极端不感兴趣

49
00:01:54,040 --> 00:01:58,560
好 那我们说我们对操作系统很有用

50
00:01:58,600 --> 00:02:00,280
不感兴趣的你也得学

51
00:02:00,320 --> 00:02:01,560
因为你要用计算机 

52
00:02:01,600 --> 00:02:04,320
你想把计算机使用的好

53
00:02:04,360 --> 00:02:07,200
你必须了解我操作系统里面

54
00:02:07,240 --> 00:02:08,840
是怎么工作的

55
00:02:08,880 --> 00:02:10,800
如果说你对操作系统很有兴趣

56
00:02:10,840 --> 00:02:13,760
我想知道操作系统里面是如何工作的

57
00:02:13,800 --> 00:02:16,040
我想让它能够更好的为我工作

58
00:02:16,080 --> 00:02:18,080
你也需要来学操作系统

59
00:02:18,120 --> 00:02:22,000
这是我们为什么要学操作系统

60
00:02:22,040 --> 00:02:23,880
我们说操作系统

61
00:02:23,920 --> 00:02:26,320
在整个计算机系统当中的地位

62
00:02:26,360 --> 00:02:27,520
是非常重要的

63
00:02:27,560 --> 00:02:29,680
比如说我们这在里面微软

64
00:02:29,720 --> 00:02:32,160
它最赚钱的不是操作系统软件

65
00:02:32,200 --> 00:02:33,320
是它上面的应用

66
00:02:33,360 --> 00:02:35,000
但是它投入大量精力

67
00:02:35,040 --> 00:02:38,040
去研究和改进操作系统

68
00:02:38,080 --> 00:02:41,640
那也就是说它在这里的重要地位是非常强的

69
00:02:41,680 --> 00:02:44,040
操作系统是计算机系统里的

70
00:02:44,080 --> 00:02:45,640
基本组成部分

71
00:02:45,680 --> 00:02:48,440
操作系统的硬件发展

72
00:02:48,480 --> 00:02:50,520
以至于我要在操作系统里面

73
00:02:50,560 --> 00:02:51,840
添更多的功能

74
00:02:51,880 --> 00:02:55,560
在里面对它做更好的优化

75
00:02:55,600 --> 00:02:57,600
正是由于这些原因在学术界

76
00:02:57,640 --> 00:02:59,360
和工业界都在持续的

77
00:02:59,400 --> 00:03:02,440
对操作系统进行研究和发展

78
00:03:02,480 --> 00:03:04,560
  

79
00:03:04,600 --> 00:03:05,800
到底有一些什么样人

80
00:03:05,840 --> 00:03:07,400
都在做操作系统呢

81
00:03:07,440 --> 00:03:10,920
随着技术的发展和时代的变化

82
00:03:10,960 --> 00:03:14,040
做操作系统的人也是有一些变化的

83
00:03:14,080 --> 00:03:15,800
比如说最早的时候

84
00:03:15,840 --> 00:03:18,360
只是学计算机的专业人士

85
00:03:18,400 --> 00:03:21,160
会去研究操作系统会去写程序

86
00:03:21,200 --> 00:03:25,880
写操作系统程序是一个很专业的事情

87
00:03:25,920 --> 00:03:27,920
随着操作系统的发展和普及

88
00:03:27,960 --> 00:03:30,520
那么工业界早的时候是

89
00:03:30,560 --> 00:03:33,040
做计算机系统的人的公司

90
00:03:33,080 --> 00:03:34,080
在研究操作系统

91
00:03:34,120 --> 00:03:38,360
比如说像我们说到的IBM DEC

92
00:03:38,400 --> 00:03:40,080
这些公司实际上有一些

93
00:03:40,120 --> 00:03:42,120
已经随着历史的发展

94
00:03:42,160 --> 00:03:43,520
退出了历史舞台

95
00:03:43,560 --> 00:03:44,960
在现在实际上

96
00:03:45,000 --> 00:03:47,760
提供操作系统的服务的公司

97
00:03:47,800 --> 00:03:54,600
比如说谷歌 VMware或者说亚马逊

98
00:03:54,640 --> 00:03:56,560
国内的一些公司像

99
00:03:56,600 --> 00:03:59,800
阿里巴巴 百度 华为

100
00:03:59,840 --> 00:04:01,560
这些公司我们在这里

101
00:04:01,600 --> 00:04:04,720
组成了一些很重要的研究协会

102
00:04:04,760 --> 00:04:08,840
比如说计算机Unix用户协会

103
00:04:08,880 --> 00:04:11,880
每年的研究在操作系统领域里面

104
00:04:11,920 --> 00:04:14,840
最主要的顶级会议有这样两个

105
00:04:14,880 --> 00:04:18,360
一个是操作系统原理研讨会

106
00:04:18,400 --> 00:04:21,680
一个是操作系统设计与实现研讨会

107
00:04:21,720 --> 00:04:24,680
它们俩是隔年开一次 一奇一偶

108
00:04:24,720 --> 00:04:27,880
实际上每年有大约20篇文章

109
00:04:27,920 --> 00:04:28,920
在这个会议上发表

110
00:04:28,960 --> 00:04:30,280
这能代表了计算机

111
00:04:30,320 --> 00:04:33,200
当前发展的最前沿的状态

112
00:04:33,240 --> 00:04:36,240
那么在计算机操作系统领域里头

113
00:04:36,280 --> 00:04:38,160
还有一个重要的标志

114
00:04:38,200 --> 00:04:40,840
就是操作系统里面会

115
00:04:40,880 --> 00:04:43,560
每年评选过去10年当中

116
00:04:43,600 --> 00:04:45,160
最优秀的学术论文

117
00:04:45,200 --> 00:04:47,280
如果说你想了解操作系统

118
00:04:47,320 --> 00:04:51,160
现在最前沿的技术和研究热点在哪

119
00:04:51,200 --> 00:04:54,080
去看这些论文是非常有必要的

120
00:04:54,120 --> 00:04:56,800
  

121
00:04:56,840 --> 00:04:59,160
我们说操作系统

122
00:04:59,200 --> 00:05:00,680
我们现在仍然需要

123
00:05:00,720 --> 00:05:03,000
去投入大量精力研究它

124
00:05:03,040 --> 00:05:05,560
它在这里有很多挑战

125
00:05:05,600 --> 00:05:09,800
首先第一个挑战就是操作系统非常庞大

126
00:05:09,840 --> 00:05:14,440
我们看Windwos XP代码已经有4500万行

127
00:05:14,480 --> 00:05:16,080
在这么庞大的代码里面

128
00:05:16,120 --> 00:05:18,600
我们要想在里面管理它的并发

129
00:05:18,640 --> 00:05:21,600
这时候你的编程挑战是非常大的

130
00:05:21,640 --> 00:05:24,080
然后操作系统要管理

131
00:05:24,120 --> 00:05:26,080
各种各样的硬件故障

132
00:05:26,120 --> 00:05:29,000
然后我需要对它的各个部分的管理

133
00:05:29,040 --> 00:05:30,480
要实现高效

134
00:05:30,520 --> 00:05:32,120
这些都会使得

135
00:05:32,160 --> 00:05:33,920
我们在这个庞大的系统里

136
00:05:33,960 --> 00:05:36,160
来处理这个问题的时候非常复杂

137
00:05:36,200 --> 00:05:39,360
而随着计算机系统的联网

138
00:05:39,400 --> 00:05:42,440
那么在网络环境下安全的问题

139
00:05:42,480 --> 00:05:45,080
又变成是越来越关键的

140
00:05:45,120 --> 00:05:46,560
而在操作系统里

141
00:05:46,600 --> 00:05:48,040
必须在操作系统层面上

142
00:05:48,080 --> 00:05:49,360
解决安全的问题

143
00:05:49,400 --> 00:05:51,960
那上面的应用才能有一个很好的

144
00:05:52,000 --> 00:05:53,240
安全基础

145
00:05:53,280 --> 00:05:57,360
这是由于操作系统庞大所带来的挑战

146
00:05:57,400 --> 00:05:58,360
第二个挑战 

147
00:05:58,400 --> 00:06:01,480
实际上操作系统里面它的关系是错综复杂的

148
00:06:01,520 --> 00:06:05,640
我们说我们前面讲操作系统有并发

149
00:06:05,680 --> 00:06:08,920
两个多个进程之间交替使用资源

150
00:06:08,960 --> 00:06:11,960
这个时候有一些相互之间的相互影响

151
00:06:12,000 --> 00:06:14,040
但实际上这个时候在操作系统里面

152
00:06:14,080 --> 00:06:15,640
最复杂的一个问题是

153
00:06:15,680 --> 00:06:18,360
各个资源相互使用的时候

154
00:06:18,400 --> 00:06:20,480
到最底层你必须互斥的

155
00:06:20,520 --> 00:06:20,920
这个时候

156
00:06:20,960 --> 00:06:23,720
我们这种锁机制导致很多时候

157
00:06:23,760 --> 00:06:26,240
我们一些资源处在空等的状态

158
00:06:26,280 --> 00:06:28,520
这个实际上是提高操作系统效率

159
00:06:28,560 --> 00:06:30,640
必须解决的一个重要的问题

160
00:06:30,680 --> 00:06:33,080
也就是说它这里由于关系错综复杂

161
00:06:33,120 --> 00:06:36,080
如何能让它高效变成异常困难

162
00:06:36,120 --> 00:06:37,760
而在这种环境下

163
00:06:37,800 --> 00:06:39,680
反倒是我们传统操作系统里面

164
00:06:39,720 --> 00:06:43,440
讲到的调度这些问题都变成了

165
00:06:43,480 --> 00:06:46,600
不是当前研究的最热的点了

166
00:06:46,640 --> 00:06:50,040
操作系统面临的第三个挑战是

167
00:06:50,080 --> 00:06:53,920
各种错综复杂关系之间的权衡

168
00:06:53,960 --> 00:06:55,880
比如说我们在操作系统里面

169
00:06:55,920 --> 00:07:00,320
有时间优化目标和空间优化目标

170
00:07:00,360 --> 00:07:02,120
这两个实际上是相互矛盾的

171
00:07:02,160 --> 00:07:04,480
比如说我在这里做一个数组的排序

172
00:07:04,520 --> 00:07:06,880
如果说我有很大的空间都在内存里

173
00:07:06,920 --> 00:07:09,040
这个时候我会排起来很快

174
00:07:09,080 --> 00:07:09,600
但是这个时候

175
00:07:09,640 --> 00:07:11,680
它占用很大的存储空间

176
00:07:11,720 --> 00:07:14,120
而我的储存空间又是十分有限的

177
00:07:14,160 --> 00:07:18,840
这个时候你只能在这两者之间去平衡

178
00:07:18,880 --> 00:07:21,440
然后说我们需要提高它的性能

179
00:07:21,480 --> 00:07:22,960
这个时候需要资源多的

180
00:07:23,000 --> 00:07:25,760
我会给它分配更多的系统资源来使用

181
00:07:25,800 --> 00:07:27,640
但是这个时候另外一个应用

182
00:07:27,680 --> 00:07:29,880
如果说它长时间分配不到资源

183
00:07:29,920 --> 00:07:33,000
这个时候它的响应时间又不可预测

184
00:07:33,040 --> 00:07:35,120
这个时候我们的性能和

185
00:07:35,160 --> 00:07:38,880
行为的可预测之间又是一个矛盾

186
00:07:38,920 --> 00:07:40,840
这种矛盾在操作系统里头

187
00:07:40,880 --> 00:07:43,240
都必须对它做平衡

188
00:07:43,280 --> 00:07:46,760
再有一个我们希望各种各样的情况下

189
00:07:46,800 --> 00:07:49,520
我的算法都能体现出很好的特征

190
00:07:49,560 --> 00:07:52,640
不会对某些应用性能好

191
00:07:52,680 --> 00:07:55,760
到另一些应用里面它的性能比较差

192
00:07:55,800 --> 00:07:57,480
这种差异性呢

193
00:07:57,520 --> 00:07:59,880
和我们性能的优化目标又是矛盾的

194
00:07:59,920 --> 00:08:00,960
这是我们通常所说的

195
00:08:01,000 --> 00:08:04,720
公平性和性能之间的矛盾

196
00:08:04,760 --> 00:08:06,480
你需要在这两者之间

197
00:08:06,520 --> 00:08:09,520
牺牲一定的公平性来达到性能

198
00:08:09,560 --> 00:08:13,760
或者反之你需要牺牲一定的性能

199
00:08:13,800 --> 00:08:16,160
我才能保证它的公平性

200
00:08:16,200 --> 00:08:18,240
再有一个就是操作系统

201
00:08:18,280 --> 00:08:21,200
要面对很多硬件细节

202
00:08:21,240 --> 00:08:23,640
我如何能够实现中断 异常

203
00:08:23,680 --> 00:08:26,600
上下文切换的有效进行

204
00:08:26,640 --> 00:08:28,680
我如何能让这个快表

205
00:08:28,720 --> 00:08:29,960
有很高的利用效率

206
00:08:30,000 --> 00:08:34,200
这都涉及到你的CPU的实现细节

207
00:08:34,240 --> 00:08:36,760
所以在这里操作系统很大一部分的

208
00:08:36,800 --> 00:08:38,640
直接跟硬件打交道的地方

209
00:08:38,680 --> 00:08:40,800
都是使用汇编代码来写的

210
00:08:40,840 --> 00:08:42,960
这样才能保证它的高效

211
00:08:43,000 --> 00:08:44,520
所以学操作系统里头

212
00:08:44,560 --> 00:08:47,400
你一定会是要用到汇编代码的

213
00:08:47,440 --> 00:08:51,000
  

214
00:08:51,040 --> 00:08:54,320
到底我们如何学操作系统呢

215
00:08:54,360 --> 00:08:56,160
不闻不若闻之

216
00:08:56,200 --> 00:08:58,040
闻之不若见之

217
00:08:58,080 --> 00:09:00,160
见之不若知之

218
00:09:00,200 --> 00:09:01,840
知之不若行之

219
00:09:01,880 --> 00:09:05,520
学至于行而止矣

220
00:09:05,560 --> 00:09:08,640
这是我们的一句古话

221
00:09:08,680 --> 00:09:09,960
在这个里面我们说

222
00:09:10,000 --> 00:09:13,200
你必须要落实到行动上

223
00:09:13,240 --> 00:09:15,360
你才能真正掌握它

224
00:09:15,400 --> 00:09:17,240
所以我们学操作系统呢

225
00:09:17,280 --> 00:09:19,840
在那的实验成分比较多的

226
00:09:19,880 --> 00:09:21,760
而另外一句提法是

227
00:09:21,800 --> 00:09:27,800
天才是1%的灵性加上99%的汗水

228
00:09:27,840 --> 00:09:29,600
你必须付出艰苦的努力

229
00:09:29,640 --> 00:09:32,360
你才能学好操作系统

230
00:09:32,400 --> 00:09:35,280
我们有同学的一个反馈意见说

231
00:09:35,320 --> 00:09:37,000
操作系统是困难的

232
00:09:37,040 --> 00:09:40,560
最好的和最有趣的三年级课程

233
00:09:40,600 --> 00:09:43,120
当然也有同学把它描述成地狱一般的

234
00:09:43,160 --> 00:09:46,680
这都是说明我们学操作系统的时候

235
00:09:46,720 --> 00:09:50,160
你必须下努力

236
00:09:50,200 --> 00:09:52,000
才能够学的好

237
00:09:52,040 --> 00:09:54,360
当然说我们这个里面太庞大了

238
00:09:54,400 --> 00:09:57,520
是不是我们就学不好了呢

239
00:09:57,560 --> 00:10:01,880
在这里给出来的是我们的Linux

240
00:10:01,920 --> 00:10:06,040
他在1991年开始做Linux操作系统的时候

241
00:10:06,080 --> 00:10:08,440
也是一个大学本科生

242
00:10:08,480 --> 00:10:11,720
1991年 2001年 2011年 20多年过去以后

243
00:10:11,760 --> 00:10:13,480
Linux操作系统已经变成了

244
00:10:13,520 --> 00:10:16,680
我们广泛使用的一个系统

245
00:10:16,720 --> 00:10:19,400
我们做这件事情的时候

246
00:10:19,440 --> 00:10:21,480
谁也不会想到几十年以后

247
00:10:21,520 --> 00:10:24,200
一个由大学生发起的一个操作系统

248
00:10:24,240 --> 00:10:25,640
能发展到目前的状态

249
00:10:25,680 --> 00:10:28,480
所以我也鼓励大家

250
00:10:28,520 --> 00:10:31,280
现在大家是三年级的大学生

251
00:10:31,320 --> 00:10:34,200
那么你的未来也可能成为Linux第二

252
00:10:34,240 --> 00:10:35,160


253
00:10:35,200 --> 00:10:35,200