作業系統L1－概說

電腦系統結構

• 硬體(Hardware)–提供基本運算資源
  • CPU, 記憶體, I/O 裝置
• 作業系統(Operating System)
  • 控制和協調應用程式和使用者對於硬體的使用
• 應用程式(Application)–定義系統資源被用來解決使用者運算問題的方法
• 使用者(User)
  

OS定義

• 易於操作
• 執行
• 資源管理
• 監督者

韌體(firmware)

• 靴帶式程式(bootstrap program)
• 時間:電源開啟or重啟
• 地點:ROM EPROM

中斷

• (interrupt vector):儲存被中斷指令的位址
• 流程:經由中斷向量(interrupt vector)轉移到中斷服務常式(interrupt routine)
  

中斷型態:

• 輪詢(Polling)
• 向量式中斷系統

IO結構

IO完成後才交控制權

不必等IO便交還控制權

• 系統呼叫
• 裝置狀態表格(Device-status table):包含每一個I/O裝置的進入點，指出裝置的型態、地址、和狀態

直接記憶體存取結構(DMA)

• 接近記憶體速度的IO裝置
• 一個區塊一次中斷

IO子系統

• 緩衝(buffer):資料被傳輸時的暫時儲存
• 快取(cache):儲存部分資料在更快速的儲存體，以提升性能
• spooling :一個工作的輸出和其它工作的輸入重疊

儲存體架構

• 主記憶體:可直接存去的大型儲存區

  • 隨機存取
  • 可揮發

• 輔助記憶體:提供大量非揮發容量

• 磁碟: 磁碟表面被邏輯分成磁軌，磁軌再被分成磁區(sectors)

• 固態硬碟:比磁碟快、非揮發性

• 快取(cache):拷貝更快儲存體系統;主記憶體可以視為輔助記憶體的快取

• 快取一致性(cache coherency):讓所有的CPU在它們的快取有最新的數值
  

多處理器

優點:1.增加產量，2.經濟度量，3.可信度

非對稱多元處理(Asymmetric Multiprogramming)

對稱多元處理(Symmetric Multiprogramming)

叢集式系統(Cluster)

    多個系統一起工作

• 由**儲存區域網路(storage-area network,SAN)**共用儲存體
• 非對稱(asymmetric)叢集有一台機器處於熱待機狀態
• 對稱(symmetric)叢集有多台主機正在執行應用程式，並且互相監督

多元程式規劃(Multiprogramming)

雙模式(Dual-mode)

• 使用者模式(User mode)
• 核心模式(kernel mode)
• 模式位元(Mode bit)
  
  使用計時器以避免無窮迴圈或是行程霸占資源

行程管理

• 輪流執行(concurrently running):讓CPU在許多行程/執行緒間輪流地執行來完成並行執行
• 單執行緒的行程有一個程式計數器(program counter)，指定下一個執行指令的位址
• 多執行緒行程對於每一個執行緒有一個程式計數器