Ch04
- 1. 作業系統簡介 CPU 排班 記憶體管理 檔案系統 熱門作業系統介紹
- 2. 電腦系統：硬體、作業系統、應用軟體、使用者 作業系統：負責管理電腦裡的硬體及周邊設備，扮演介於使用者與電腦硬體的中間人 … 編譯程式 組譯程式 文字編輯程式 … 資料庫系統 系統及應用程式 作業系統 電腦硬體 使用者 2 使用者 n 使用者 1 使用者 3
- 3. 把處理器有效地安排給各個程序使用 中央處理器管理 讓使用者安全存取及控制檔案 檔案管理 妥善分配記憶體給各個程序使用 記憶體管理 管理各項周邊系統，提供簡易使用者介面程式 周邊設備管理 依據程序控制表安排資源 程序管理
- 4. 手動操作階段 使用者必須熟悉硬體操作，運作麻煩並且容易出錯 批次系統 把相同或相似的工作集合成為一整批 (batched) 各個作業之間的轉接由程式自動操 作，縮短手動操作緩慢所造成的 CPU 等待時間 簡單的批次系統記憶體配置
- 5. 多元程式規劃系統 利用多元程式規劃增加 CPU 使用率 程序的狀態： 新產生 程序正在產生中 執行 程序得到資源正在執行 等待 程序等待某個事件發生 就緒 程序一切已準備就緒 結束 程序已完成
- 6. 程序狀態關係圖 ? ? ? ? ? 新產生 結束 執行 就緒 等待 進入 中斷 離開 I/O 或事件等待 排班程式分派 I/O 或事件完成
- 7. ?
- 8. 分時系統 採用時間觸發， CPU 輪流計算各個程序，時間一到就把 CPU 交給下一個程序使用 分時系統的特點： 同時性：可同時有若干個使用者連結到同一計算機進行運算 獨立性：不同使用者之間不會相互干擾 即時性：每一個使用者都可以即時得到計算機的回應 CPU CPU CPU CPU 程序 1 程序 2 程序 3 程序 4
- 9. 個人電腦設計方向：增進使用者操作方便，並且提升 CPU 的回應速度避免使用者等待 個人電腦系統的演進： 早期： DOS 文字指令 第一個圖形化介面： Mac IS 最多人使用： Windows 免付費作業系統： Linux
- 10. 一個以上的處理器，彼此之間緊密地溝通合作，共享資源，共用時脈。 多處理器系統可以增進效能，也因共用周邊設備， 共享電腦資源，所以較省空間。 多處理器系統中，多個應用程式共用記憶體等資源。 多處理器系統擁有較好的容錯能力。 CPU CPU CPU … 記憶體
- 11. 每一台電腦是各自獨立的，並不共享資源或時脈，彼此之間依靠網路傳輸交換資料 分散式系統的應用： Web Service 網路傳輸 ? ? ? ? Web Service 用戶端 Web Service 提供者 要求服務描述 服務描述文件 服務結果 要求服務
- 12. 即時系統： 計算機要能即時回應外部事件的要求，於規定的時間內完成對該事件的處理，並且還能控制所有的即時設備和工作能夠協調一致地執行 即時系統的重點： 計算機發生問題時，系統有容錯能力能繼續運作。 高度可靠性 定時工作或延長工作以利與其他工作協調。 即時時鐘管理 發生過載時，使用緩衝區來應急。 過載保護
- 13. 手持系統：個人數位助理，較手提式電腦輕薄短小。 手持式系統的特點： 使用者介面設計必須格外留意好 讓使用者看到較多畫面。 顯示螢幕小 必須有較好的記憶體管理方式。 記憶體容量小 為使電池使用時間較長，故運算速度不可能太快，因此必須巧妙設計作業系統或應用程式。 處理器運算緩慢
- 14. CPU 排班：保持隨時都有一個程序在執行，以提高 CPU 的使用率 CPU 排班的五個決策時間點： 程序新產生時 程序從執行狀態變等待狀態 ( 譬如有 I/O 要求 ) 程序從執行狀態變就緒狀態 ( 譬如有中斷發生時 ) 程序從等待狀態變就緒狀態 ( 譬如 I/O 要求得到回應 ) 程序終止結束
- 15. 五個必須 CPU 排班的時間點 ? ? ? ? ? 新產生 結束 執行 就緒 等待 進入 中斷 離開 I/O 或事件等待 排班程式分派 I/O 或事件完成
- 16. CPU 使用率 使用率越高表示演算法越好。 產能 算計單位時間內完成的程序數目，但若是執行大程序則可能導致產能比執行很多小程序小。 回復時間 程序經歷多少時間才完成其計算。 等待時間 一個程序花多少時間在就緒佇列中等待。
- 17. 確保已經享有 CPU 資源的程序能夠一直執行，不管其他程序的狀態，直到享有 CPU 資源的程序自己跳到非執行的狀態才進行排班 。 時時刻刻注意程序的狀態，如果有程序進入就緒狀態則進行排班，比較正在使用 CPU 的程序與進入就緒狀態的程序的優先順序，優先順序高者可先使用 CPU 。 可搶先排班 (preemptive) 不可搶先排班 (nonpreemptive)
- 18. 先到先處理：採用先進先出的方式，服務先到的程序 舉例： 先到先處理之甘特圖： 程序 抵達順序 所需時間 ( 毫秒 ) P 1 1 15 P 2 2 3 P 3 3 3 P 3 P 2 P 1 0 15 18 21
- 19. 各程序等待時間： 若抵達先後順序改變如下： 程序 等待時間 ( 毫秒 ) 平均等待時間 ( 毫秒 ) P 1 0 P 2 15 P 3 18 11 程序 抵達順序 所需時間 ( 毫秒 ) P 1 3 15 P 2 1 3 P 3 2 3
- 20. 則甘特圖如下所示： 平均等待時間如下所示： 程序 等待時間 ( 毫秒 ) 平均等待時間 ( 毫秒 ) P 1 6 P 2 0 P 3 3 3 P 2 P 3 P 1 0 21 3 6
- 21. 舉例 ： 甘特圖如下所示： 程序 所需時間 ( 毫秒 ) P 1 7 P 2 3 P 3 5 P 1 P 3 P 2 0 3 8 15
- 22. 各程序的等待時間 程序 等待時間 ( 毫秒 ) 平均等待時間 ( 毫秒 ) P 1 8 P 2 0 P 3 3 3.67
- 23. 不同的抵達順序及其平均等待時間 程序先後順序 平均等待時間 P 1 -> P 2 -> P 3 5.67 P 1 -> P 3 -> P 2 6.44 P 2 -> P 1 -> P 3 4.33 P 2 -> P 3 -> P 1 3.67 P 3 -> P 1 -> P 2 5.67 P 3 -> P 2 -> P 1 4.33
- 24. 優先權如下： 甘特圖如下： 程序 優先權 所需時間 ( 毫秒 ) P 1 3 7 P 2 1 5 P 3 2 4 5 P 1 P 3 P 2 0 9 16
- 25. 依序循環排班方式在使用時，先預設好經過多少時間 CPU 就該切換執行下一個程序，也就是設定好間隔時間 (time slice) 。所有的程序放在新進先出的佇列裡面， 首先 CPU 排班從佇列裡挑第一個程序執行。 然後 開始進行倒數，時間到的時候就得讓 CPU 處理佇列裡下一個程序。
- 26. 範例： 甘特圖： 程序 所需時間 抵達順序 ( 毫秒 ) P 1 17 1 P 2 3 2 P 3 8 3 P 3 P 2 P 1 P 3 P 1 P 1 P 1 0 18 26 28 5 8 13 21
- 28. 基底暫存器 (base register) 記 憶 體 14500 326 ＋ CPU 邏輯位址 程序之間所使用的記憶體不能相互干擾，可是作業系統的部分要讓各個程序共享。 記憶體保護與共享 把程序所使用的邏輯位址與記憶體的實際位址作映射。 記憶體位址定位 326 邏輯位址 14826 實際位址
- 29. 記憶體被分成三個區塊：作業系統存放、應用程式佔用、未使用區塊 低位址 高位址 程式可以佔用 實際未用 應用程式佔用 作業系統佔用
- 30. 利用界線暫存器和基底暫存器來提供記憶體保護 CPU 記憶體 < ＋ 邏輯位址 是 實際位址 界線暫存器 (limit register) 否 中斷：錯誤處理 基底 暫存器
- 31. 動態載入是指常式 (routine) 只有在被呼叫的時候 才會被載入，平常存放在磁碟空間內，執行時若發現所需的常式不在記憶體內則動態載入。 動態載入可以提供較大的彈性。
- 32. 主要的部分會一直存放在記憶體中，在特定時候才需要用到的指令或資料，則只有用到時才放進記憶體中，其他時候則被覆蓋掉。 使用覆蓋的範例：編 譯器。 符號表 (symbol table) 20K 一般常式 (common routines) 30K 重疊驅動程式 (overlay driver) 10K 第 1 次處理 80K 第 2 次處理 70K
- 33. 利用磁碟當作備分的儲存體，用以置換兩個程序 主記憶體 備份儲存體 程序 P 1 程序 P 2 作業系統 使用者 空間 ? 換出 ? 換入
- 34. 洋蔥皮演算法 附註： Paging system 是虛擬記憶體管理的重要機制，它將一個 程序的記憶體需求分割成大小相同的 pages ，以便更有效管理。 程序 1 程序 2 程序 2 程序 3 1 2 3 4 5 32K 0 程序 2 程序 1 程序 2
- 35. 檔案系統負責存取和管理檔案資料 檔案系統的重要屬性： 名稱 讓使用者辨別不同的檔案。 識別符號 獨一無二的標籤，讓作業系統辨別檔案。 型態 顯示檔案的類型。 位置 標示出檔案所在的磁碟及目錄位置。 大小 顯示檔案目前的大小。 時間日期 顯示檔案建立日期、修改日期、最後開啟日期等。
- 36. 檔案的基本操作 目錄結構必須支援的功能 建立檔案 寫入檔案 讀取檔案 刪除檔案 搜尋 建檔 刪除檔名 更改檔名
- 37. 檔案皆在同一層目錄 同一個目錄下不能有兩個同樣檔名的檔案 目錄 檔案 test homework game temp mail data
- 38. 每個使用者的目錄結構相似 開啟檔案時，只會搜尋使用者自己的目錄 主檔案目錄 使用者 檔案目錄 test home-work game temp game data mail user1 user2 user3 user4 test home-work test home-work
- 39. 絕對路徑： root/user1/homework/hw1.doc 相對路徑： /homework/hw1.doc
- 40. Linux 創始人托瓦茲認為軟體免費的比較好 開放原始碼， 透過大家發現漏洞， 一起改善系統 Linux 的特色： 多工、多用戶作業系統 支援數十種檔系統格式 提供了先進的網路支援 採用先進的記憶體管理機制，更加有效地利用實體記憶體 開放原始碼，用戶可以自己對系統進行改進
- 41. 第一個圖形化的作業系統 優異的使用者介面 漂亮的外型設計 针对影像图片等工具有较好的支援程式
- 42. 最多人使用的作業系統 1990 年推出 Windows 3.0 分成 DOS 支脈及 Windows NT Windows NT 代表 New Technology Windows XP 代表 eXPerience 2007 年推出 Vista 2009 年推出 Windows 7