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作業系統 第三章 作業系統結構 第三章 作業系統結構 系統組成 行程管理 主記憶體管理 檔案管理 I/O系統管理 輔助記憶體管理 網路 保護系統 命令直譯程式系統 作業系統服務 系統呼叫 系統結構 虛擬機器 系統設計 摘要 系統組成 龐大的作業系統可分為幾個較小的模組。 有的作業系統可能只有實作出其中的幾個模組或部分模組 每個作業系統所應用的領域不盡相同。 系統設計師必須要以需求為導向來選擇適當的組成模組。 行程管理 程式與行程間的關係 程式被載入到記憶體中執行之後就稱為行程。 程式平常只是被動地存在儲存裝置中，並沒有權力去使用系統上的資源。 成為行程後，就有主動的控制權去執行程式碼、並使用各種資源來完成工作。 行程是電腦系統中的基本工作單位。 行程管理 (續) 作業系統對行程管理有下列幾項目標： 管理使用者和系統行程的建立與結束。 管理使用者和系統行程的暫停與再開始。 提供行程間同步的機制。 提供行程間通訊的機制。 提供處理死結的機制。 Linux 的 ps 指令 主記憶體管理 主記憶體是一塊很大的陣列 CPU 和週邊裝置透過記憶體位址共同使用主記憶體。 主記憶體也是 CPU 唯一能夠直接存取到的儲存裝置。 複雜的作業系統為了提高 CPU 的使用率，允許多個程式同時被載入到主記憶體中執行 作業系統必須小心決定程式應該要被載入到主記憶體的哪一塊空間。 不同的系統會使用不同的記憶體管理方式 大型的工作站 嵌入式系統 主記憶體管理 (續) 主記憶體管理所需要管理的事項如下： 記錄哪一塊記憶體位址被哪一個程式使用 決定程式應該載入到哪一塊記憶體空間 分配和回收記憶體空間 檔案管理 每種儲存裝置都有不同的儲存方式和物理特性。 為了讓資料的存取不受實體裝置的差異所影響，作業系統定義了一個邏輯儲存單位，以及將檔案分類的抽象概念 檔案 目錄 檔案管理 (續) 作業系統對檔案管理有下列幾個項目： 檔案的建立與刪除 目錄的建立與刪除 提供管理檔案和目錄的能力，例如複製、移動、和更改檔名等 I/O系統管理 作業系統的任務之一就是建立使用者與週邊裝置之間的友善介面。 作業系統是透過驅動程式來將複雜的週邊設備隱藏起來，使用者只要合法地使用驅動程式介面，就可以驅動週邊設備。 另一個 I/O 重要的概念 裝置即檔案 I/O系統管理 (續) I/O 系統管理包括了： 記憶體管理部分，包含了緩衝、快取與週邊並行（spooling） 裝置驅動程式的介面 特定硬體裝置的驅動程式 輔助記憶體管理 電腦系統中提供了輔助記憶體來支援主記憶體 因為主記憶體主要的缺點就是斷電後裡面的資料會全部消失。 輔助記憶體的速度相當慢，要如何讓存取輔助記憶體的動作有效率便相當地重要。 輔助記憶體管理 (續) 作業系統在輔助記憶體管理中負責下列幾個部分： 管理未使用的空間 分配空間給需要的檔案 磁碟排程 網路 網路將許多電腦連結成分散式系統 電腦並不共享記憶體、週邊設備或是計時器 每一台電腦都有自己的記憶體及計時器，這些電腦之間用各種線路來聯繫 在分散式系統中有各式各樣的電腦 連接這些電腦的線路就通稱為通訊網路 分散式系統的好處 增加計算的速度 資料共享 提高系統可靠度 保護系統 作業系統必須提供一些保護機制以提高系統的可靠度 行程不能任意修改別人甚至是作業系統的記憶體空間。 作業系統必須防止同時存取一個檔案所會發生的問題。 使用計時器來避免一個行程佔用 CPU 的時間太長。 讓使用者無法直接存取週邊設備的控制暫存器，只能透過系統呼叫來取得使用權。 命令直譯程式系統 在電腦系統中，除了作業系統以外，還需要其他重要的系統程式幫忙才能執行使用者所下的命令。 命令直譯程式 圖型使用者介面 第三章 作業系統結構 系統組成 作業系統服務 系統呼叫 系統結構 虛擬機器 系統設計 摘要 作業系統服務 下列幾項服務是一般作業系統都會提供的： 程式執行 I/O 操作 檔案管理 通訊 錯誤偵測 還有一些服務是用來提高系統的效能 資源分配 統計 保護 第三章 作業系統結構 系統組成 作業系統服務 系統呼叫 行程控制 記憶體管理 檔案操作 裝置管理 訊息維護 行程間通訊 系統結構 虛擬機器 系統設計 摘要 系統呼叫 系統呼叫是使用者行程與作業系統間的介面 讓使用者行程可以使用週邊設備 讓使用者行程得到較高的權限來處理工作 系統呼叫發生時 產生陷阱中斷進入系統模式 作業系統取得控制權 判斷使用者行程請求的是哪一種系統呼叫 執行使用者行程所需要的服務 行程控制 行程不正常結束的情況有兩種 使用系統呼叫，讓正在執行的