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第 0 章 作業系統導論 內容： 作業系統簡介 行程管理 處理機排班 記憶體管理 虛擬記憶體管理 輸入/輸出裝置管理 檔案系統管理 0-1 作業系統簡介 內容 何謂作業系統 電腦系統的架構 作業系統的功能 作業系統的種類 作業系統簡介 (1) 0-1-1 何謂作業系統 ？ 使用者與電腦硬體間的溝通橋樑，提供使用者ㄧ個執行及操作程式的環境，讓使用者能夠很方便且迅速的操作電腦 主機與作業系統 MS-DOS 作業系統 單一使用者 / 單一工作 的工作平台 Windows 作業系統 Win 95.98.Me是單一使用者 / 多工作 的平台 Win NT開始 是多使用者 / 多工作 的平台 Linux 作業系統 完全免費且於網路上公開原始碼的作業系統 Fedora 主機與作業系統 電腦系統的架構 硬體（含韌體） 硬體為電腦的實體裝置，包含記憶體、磁碟機、磁帶機、螢幕、鍵盤、滑鼠等設備；這些設備都需透過適當的驅動程式來操作 ㄧ般電腦都將管理程式燒錄在主機板上的EPROM，並保持隨時可以啟動，稱之為【韌體】(Firmware) 核心 依照韌體提供的功能，編寫一些較容易連結的函數，以供其他程式連結並透過它來存取周邊設備，這些函數的整合體稱為【核心】(Kernel) 外殼 編寫可以存取核心的程式，好讓ㄧ般使用者操作，這就是【外殼】(Shell) 應用程式 使用者利用核心與外殼的標準介面程式來編寫應用軟體(Application Program) ，大部分情況與硬體無關，程式設計師可以完全不用理會周邊硬體 電腦系統架構 系統程式與系統呼叫 我們會將硬體控制程式與最基本的電腦運作程序整合成一個稱之為【系統程式】(System Program) ，該程式提供電腦最根本的運作平台，再由此平台擴充功能，整合ㄧ個強大的【作業系統】 系統程式提供許多關於週邊設備的函數，一般稱為【系統呼叫】(System call) ，藉由這些函數的呼叫，使用者就可以輕易存取周邊設備 我們習慣將常駐於記憶體的庫存函數稱為『核心』，因為這些函數隨時會被呼叫 通常Unix/Linux的核心可讓使用者選擇所欲載入的函數，這是Unix/Linux系統最引以為傲的地方，而widows就望塵莫及 作業系統的功能 控制程式（Control program） OS提供控制所有周邊設備的功能 人機介面（User-machine interface） 使用者透過OS所提供的人機介面工具方便的操作電腦 此類型工具大多稱之為【命令】(command) 延伸機器（Extended machine） 使用者不需利用0/1操作電腦，只要使用接近人類的語言就可以控制電腦，進一步讓電腦更接近人類的邏輯思維來處理事務 資源管理者（Resource manager） 負責將CPU、記憶體空間、磁碟空間、印表機與資料等資源分配給使用者程式，為了避免衝突發生，OS必須快速且合適地分配資源 作業系統的種類 批次處理系統（Batch processing system） 早期電腦資源昂貴，多利用整批方式輸入給系統一起處理 多元處理系統（Multi-programming system） 多個程式同時存在記憶體中，CPU以某選定策略輪流執行這些程式 使用者會感覺好像多個程式同時被執行(實際某時刻只有ㄧ個程式執行) 分時處理系統（Time-sharing system） 將CPU執行時間平均分配給每一個使用者，讓多個程式可以共享CPU 所以無論程式大小，只要ㄧ小段的時間用完，而不論工作是否執行完畢，都必須要換下一個程式使用 作業系統的種類 多工處理系統（Multi-task system） 多處理機系統（Multi-processor system） ㄧ部電腦中有多個CPU同時處理 提供快速運算環境 即時系統（Real-time system） 每ㄧ個程式都有其優先權(優先順序) ，優先權高的工作有優先處理的特權 必須在限定的時間內完成，否則逾時可能不具任何實質意義 行程管理 (1) 內容 何謂行程 ？ 行程的生命週期 行程的同步 行程的死結 行程的通訊 行程管理 (2) 何謂行程 (Process)？ 行程--執行中的程式，屬於主動元件 程式 –屬於被動元件 行程在執行當中，會根據需要產生其他子行程(Child Process)，交付給子行程所要執行的工作 行程又可分為【作業系統行程】與【使用者行程】 作業系統行程執行『系統程式碼』 使用者行程執行『使用者程式碼』 行程的特性與現象 行程的特性 行程式一個動態的概念 行程是程式與資料的結合體 行程可並行處理 CPU速度夠快，可視為所有行程都正在執行中 行程的現象 以象棋為範例 行程間會互相競爭 因為CPUㄧ次僅能執行一個行程，所以系統中的行程可能需要經過競爭，才能得到