作业系统概述OperatingSystemsOverv

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1、第二章作業系統概述OperatingSystemsOverview介紹作業系統的歷史、原理作業系統的目標和功能，如何由最初的批次系統(batchsystem)演進到複雜的多模式(multi-mode)與多使用者(multi-user)。12.1作業系統目標與功能作業系統的角色：控制應用程式執行的程式。使用者與電腦硬體之間的介面。作業系統的目標方便性(convenience)：使電腦更方便使用。效率(efficiency)：將電腦硬體資源做有效的利用。演進能力(abilitytoevolve)：測試與引進新功能不影響服務品質。2作業系統作為使用者與電腦之間的介面程式開發(programdeve

2、lopment)程式執行(programexecution)存取輸出入裝置(accesstoI/Odevices)控制檔案存取(controlledaccesstofiles)系統存取(systemaccess)錯誤偵測與回應(errordetectionandresponse)帳務(accounting)Figure2.1LayersandViewsofaComputerSystem3作業系統作為資源管理者作業系統與一般電腦軟體一樣，都是由處理器執行的程式。作業系統常讓出控制權，並且需要重新取得控制權。核心(kernel,nucleus)：包含作業系統最常被使用的函式。Figure2.2T

3、heOperatingSystemasResourceManager4簡化作業系統的演進作業系統會不斷的隨時間演進，原因包括：硬體升級與新硬體的產生：例如，分頁(paging)硬體與分頁機制的發展。新服務：例如，視窗顯示。修正：發現錯誤、然後修正。修正也可能造成新的錯誤。52.2作業系統的演進循序處理(serialprocessing)1940末期~1950中期程式設計師直接面對電腦硬體，沒有作業系統存在。電腦硬體及周邊：主機、顯示燈、輸入裝置、印表機、讀卡機。主要問題：排程(scheduling)：使用簽名表預約使用的時間。設定時間(setuptime)：連串的設定動作，浪費時間。6簡單批

4、次系統(simplebatchsystems)1950中期~1960初期使用監督程式(monitor)軟體。使用者不再需要直接存取機器，只要將卡片或磁帶上的工作委託給電腦操作員來處理。電腦操作員將整批工作依序放在一起，並將全部的批次工作放在監督程式使用的輸入裝置上。每個工作結束後，監督程式會自動開始載入下一個工作。監督程式負責排程，利用工作控制語言(JobControlLanguage,JCL)：$JOB$FTN....Fortraninstructions$LOAD$RUN....Data$END7簡單批次系統(續)監督程式期盼的硬體功能：記憶體保護：使用者程式不能改變監督程式所在的記憶

5、體內容。計時器：阻止單一工作獨占整個系統。特權指令：某些機器層級的指令被指定為特權指令，且只能由監督程式執行。中斷：此功能使得讓出或取得控制權時更有彈性。Figure2.3MemoryLayoutforaResidentMonitor8多重程式批次系統(multiprogrammedbatchsystems)即使用簡單批次作業，處理器仍然時常處於閒置狀態，因為I/O裝置的速度比處理器慢很多。假使有足夠記憶體來儲存二個使用者程式，當一個工作正在等待I/O時，另一個不在等待I/O的工作便可以執行。我們可以進一步增加記憶體，容納更多程式，交替執行他們，如此稱為多重程式(multiprogrammi

6、ng)或多工(multitasking)。Readonerecord0.0015sec.Execute100instructions0.0001sec.Writeonerecord0.0015sec.TOTAL0.0031sec.CPUUtilization0.0001/0.0031=3.2%9依序執行：JOB1,JOB2,JOB3執行時間：5分鐘,15分鐘,10分鐘.總執行時間：30分鐘JOB1JOB2JOB3工作類別大量計算大量I/O大量I/O持續時間5分鐘15分鐘10分鐘記憶體需求50K100K80K需要磁碟機?NoNoYes需要終端機?NoYesNo需要印表機?NoNoYes1010

7、111112Figure2.6UtilizationHistograms12多重程式使用率、硬體特性單程式多重程式處理器的使用22%43%記憶體的使用30%67%磁碟的使用33%67%印表機的使用33%67%花費時間30分鐘15分鐘產能6jobs/hr12jobs/hr平均回應時間18分鐘10分鐘上表由圖2.6分別整理得出。硬體特性：I/O中斷、DMA、記憶體管理、排程演算法(多個程式放在記憶體)。13分時系