Our Story OS Principles began emerging 1960, Grew across - PowerPoint PPT Presentation

OS Foundations Peter J. Denning October 4, 2015 1 ¡

Our ¡Story ¡ OS ¡Principles ¡began ¡emerging ¡1960, ¡ Grew ¡across ¡many ¡genera;ons ¡of ¡technologies, ¡ And ¡leA ¡a ¡rich ¡heritage ¡in ¡the ¡minds, ¡hearts, ¡and ¡ souls ¡of ¡all ¡who ¡use ¡computers. ¡ 2 ¡

Our ¡Story ¡ Timelines ¡ ¡ Personal ¡example ¡ ¡ Research ¡Lessons ¡ ¡ OS ¡a ¡force ¡on ¡all ¡of ¡compu;ng ¡ 3 ¡

We will be surfing ... Source: ¡public ¡domain ¡internet ¡ 4 ¡

320 ¡ 245 ¡ 96 ¡ 73 ¡ 50 ¡ 40 ¡ 9 ¡ 1950s ¡ 1960s ¡ 1970s ¡ 1980s ¡ 1990s ¡ ¡ 2000s ¡ 2010s ¡ Number ¡of ¡new ¡OS’s ¡per ¡decade ¡(Wikipedia) ¡ 5 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ 6 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ 7 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ “computer ¡u;lity” ¡ 8 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ 9 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ Personal ¡Computers ¡ 10 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ One ¡job ¡at ¡ Many ¡jobs ¡ Personalized ¡ Personalized ¡ a ¡;me ¡ sharing ¡ immersive ¡world ¡ immersive ¡world ¡ managing ¡work ¡ managing ¡life ¡and ¡ (desktop) ¡ social ¡rela;ons ¡ 11 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ Internet ¡ “OS interfaces with”: “OS integrates with”: TELNET Protocol software FTP IPC, RPC SMTP Daemon processes RLOGIN Client-server, X-windows RCOPY Hyperlink, URL Browser Search 12 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ Protec;on-­‑security, ¡languages, ¡abstrac;on, ¡ memory ¡management, ¡files, ¡fault ¡tolerance, ¡virtualiza;on, ¡ parallel ¡compu;ng, ¡network, ¡cloud ¡ 13 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ Protec;on-­‑security, ¡languages, ¡abstrac;on, ¡ memory ¡management, ¡files, ¡fault ¡tolerance, ¡virtualiza;on, ¡ parallel ¡compu;ng, ¡network, ¡cloud ¡ OS ¡principles ¡in ¡educa;on ¡ 14 ¡

Eras ¡of ¡Opera/ng ¡Systems ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ Batch ¡ Interac;ve ¡ (L) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Distributed ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(I) ¡ Cloud-­‑Mobile ¡ Protec;on-­‑security, ¡languages, ¡abstrac;on, ¡ memory ¡management, ¡files, ¡fault ¡tolerance, ¡virtualiza;on, ¡ parallel ¡compu;ng, ¡network, ¡cloud ¡ OS ¡principles ¡in ¡educa;on ¡ Capabili;es ¡ 15 ¡

Development ¡of ¡Principles ¡ What ¡is ¡a ¡compu;ng ¡principle? ¡ 16 ¡

Development ¡of ¡Principles ¡ What ¡is ¡a ¡compu;ng ¡principle? ¡ Law ¡ 17 ¡

Development ¡of ¡Principles ¡ What ¡is ¡a ¡compu;ng ¡principle? ¡ Law ¡ c(t) ¡= ¡min( ¡a(t), ¡s(t)+I ¡) ¡ ¡ M ¡= ¡(space;me) ¡x ¡(throughput) ¡ ¡ Mean ¡Value ¡Equa;ons ¡ ¡ Locality ¡ 18 ¡

Development ¡of ¡Principles ¡ What ¡is ¡a ¡compu;ng ¡principle? ¡ Law ¡ ¡ Statement ¡of ¡Design ¡Wisdom ¡ 19 ¡

Development ¡of ¡Principles ¡ What ¡is ¡a ¡compu;ng ¡principle? ¡ Law ¡ ¡ Statement ¡of ¡Design ¡Wisdom ¡ Informa;on ¡hiding ¡ ¡ Levels ¡of ¡abstrac;on ¡ 20 ¡

Development ¡of ¡Principles ¡ What ¡is ¡a ¡compu;ng ¡principle? ¡ Law ¡ ¡ Statement ¡of ¡Design ¡Wisdom ¡ ¡ Cosmic ¡= ¡;meless ¡+ ¡spaceless ¡(Jim ¡Gray) ¡ 21 ¡

Eight ¡programming ¡support ¡objec;ves ¡added ¡by ¡ 1965 ¡seeded ¡the ¡research ¡ Hierarchical ¡file ¡ systems ¡ Controlled ¡ Fault ¡ informa;on ¡ tolerant ¡ sharing ¡ structures ¡ +HLLs ¡for ¡ programming ¡ Interac;ve ¡ Interrupt ¡ 3G ¡ the ¡OS ¡ programming ¡ systems ¡ Modular ¡ Automated ¡ programming ¡ overlays ¡ (virtual ¡memory) ¡ Mul;programming ¡ 22 ¡

Principles ¡govern ¡only ¡the ¡recurrences ¡part ¡of ¡our ¡story. ¡ Accidents ¡and ¡unforeseen ¡con;ngencies ¡constantly ¡appear. ¡ We ¡respond ¡to ¡them: ¡ With ¡bug ¡fixes, ¡patches, ¡new ¡designs, ¡new ¡apps. ¡ With ¡research ¡seeking ¡greater ¡understanding ¡and ¡occasionally ¡ opening ¡new ¡insights ¡and ¡new ¡principles. ¡ ¡ 23 ¡

OS ¡Principles ¡into ¡CS ¡ INTERACTIVITY ¡ NAMING ¡-­‑ ¡ MAPPING ¡ CONCURRENT ¡ PROTECTION ¡-­‑ ¡ PROCESSES ¡ SHARING ¡ LOCALITY ¡ VIRTUALIZATION ¡ SYSTEM ¡ LANGUAGES ¡ 24 ¡

OS ¡Principles ¡into ¡CS ¡ In ¡all, ¡ ¡ 13 ¡of ¡41 ¡CS ¡Principles ¡(30%) ¡ Source: ¡greatprinciples.org ¡ 25 ¡

OS ¡Principles ¡into ¡CS ¡ • First ¡non-­‑math ¡core ¡course ¡1971 ¡ • Expanded ¡defini;on ¡ of ¡core ¡to ¡include ¡systems ¡ • Unchallenged ¡for ¡44 ¡years ¡ 26 ¡

Two ¡Cosmic ¡Principles ¡Revealed ¡in ¡ Memory ¡Management ¡ Locality ¡ Loca;on ¡independent ¡addressing ¡ Emerged ¡from ¡virtual ¡memory ¡research ¡ Originally ¡seeking ¡to ¡automate ¡overlays ¡ 27 ¡

Locality ¡Principle ¡ Big ¡Adventure ¡ ¡ I ¡became ¡involved ¡at ¡Project ¡MAC ¡1965 ¡ ¡ Many ¡people ¡involved ¡(thousands!) ¡ 28 ¡

First ¡mo;va;ons ¡ca. ¡1965 ¡performance ¡related: ¡ Performance ¡of ¡virtual ¡memory ¡ Mul;programming ¡ Thrashing ¡ 29 ¡

Thrashing ¡ 30 ¡

Saltzer’s ¡Challenge ¡ Tune ¡one ¡parameter ¡to ¡ lock ¡in ¡op;mal ¡ performance ¡ 31 ¡

Reference ¡Map ¡– ¡Ini/al ¡Intui/ons ¡ Source: ¡Adrian ¡McMenamin ¡ 32 ¡

Key ¡insights: ¡ • Temporal ¡and ¡spa;al ¡clustering ¡(Belady, ¡Denning ¡1966) ¡ • Working ¡sets ¡(Denning ¡1966) ¡ • Reference ¡maps ¡(IBM ¡ca ¡1969) ¡ • Op;mality ¡principle ¡(Belady ¡1966, ¡Prieve ¡and ¡Fabry ¡1976, ¡ Gray ¡1995) ¡ ¡ 33 ¡