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第 0 章 作業系統導論

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. 第 0-1 章 作業系統簡介. 0-1 作業系統簡介 (1). 0-1-1 何謂作業系統 ？ 主機與作業系統 MS-DOS 作業系統 Windows 作業系統 Linux 作業系統. 0-1 作業系統簡介 (2). 0-1-2 電腦系統的架構 硬體（含韌體） 核心 外殼 應用程式.

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第 0 章 作業系統導論

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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 第 0-1 章 作業系統簡介

  3. 0-1作業系統簡介 (1) • 0-1-1 何謂作業系統 ？ • 主機與作業系統 • MS-DOS 作業系統 • Windows 作業系統 • Linux 作業系統

  4. 0-1作業系統簡介 (2) • 0-1-2電腦系統的架構 • 硬體（含韌體） • 核心 • 外殼 • 應用程式

  5. 0-1作業系統簡介 (3) • 0-1-3 作業系統的功能 • 控制程式（Control program） • 人機介面（User-machine interface） • 延伸機器（Extended machine） • 資源管理者（Resource manager）

  6. 0-1作業系統簡介 (4) • 0-1-4作業系統的種類 • 批次處理系統（Batch processing system） • 多元處理系統（Multi-programming system） • 分時處理系統（Time-sharing system） • 多工處理系統（Multi-task system） • 多處理機系統（Multi-processor system） • 即時系統（Real-time system）

  7. 0-2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

  8. 0-2行程管理 (2) • 0-2-1何謂行程 ？ • 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 • 行程的現象 • 以象棋為範例 • 行程間會互相競爭 • 行程有生命週期

  9. 0-2行程管理 (3) • 0-2-2行程的生命週期 (1) • 基本生命週期 • 執行狀態 (Running state) • 預備狀態（Ready state） • 等待狀態（Wait state） • 停止狀態（Stop state） • 死結狀態（Deadlock state）

  10. 0-2行程管理 (4) • 0-2-2行程的生命週期 (2) • 具掛起狀態的生命週期 • 掛起等待狀態（Suspend waited state） • 掛起預備狀態（Suspend ready state）

  11. 0-2行程管理 (5) • 0-2-2行程的生命週期 (3) • 行程的命令 • 建立（fork） • 停止（stop） • 撤銷（destroy） • 阻斷（block） • 喚醒（wakeup） • 掛起（suspend） • 激活（activate）

  12. 0-2 行程管理 (6) • 0-2-3行程的同步 (1) • 臨界區間 • 測試與設定（Test-And-Set, TAS） • K=flag; • If (flag == 0) • flag = 1;

  13. 0-2行程管理 (6) • 0-2-3 行程的同步 (2) • 號誌與 P/V 操作 • S：可使用資源數量 • P(S) ：取得共享資源 • if S >0 then • S = S-1 • else • Waiting ….. • V(S) ：釋放共享資源 • S = S +1 • wakeup process

  14. 0-2行程管理 (7) • 0-2-4 行程的死結（發生原因） • 互斥（mutual exclusion） • 佔用與等候（hold and wait） • 不可搶先（no pre-emption） • 循環式等候（circular wait）

  15. 0-2行程管理 (8) • 0-2-5行程的通訊 (1) • 阻斷通訊（Blocking communication） • Send (A, message) • Receive (B, message)

  16. 0-2行程管理 (9) • 0-2-5行程的通訊 (2) • 訊息緩衝通訊 • Send (A, message) • Receive (A, message)

  17. 0-2行程管理 (10) • 0-2-5行程的通訊 (3) • 管道通訊

  18. 0-3處理機排班 (1) • 內容 • 何謂處理機排班？ • 先到先服務排班 • 最短工作優先排班 • 最高等級優先排班 • 循環點名排班 • 多層次佇列排班 • 多層次反饋佇列排班

  19. 0-3處理機排班 (2) • 0-3-1 何謂處理機排班 • CPU 如何由多個行程中選擇一個行程執行 • 排班的重要因素 • CPU 使用率 (Utilization) • 輸出量 (Throughput) • 回覆時間 (Turnaround time) • 等候時間 (Waiting time)

  20. 0-3處理機排班 (3) • 0-3-2 先到先服務排班 (First Come First Served, FCFS)

  21. 0-3處理機排班 (4) • 0-3-3最短工作優先排班 (Shortest Job First, SJF)

  22. 0-3處理機排班 (5) • 0-3-4 最高等級優先排班 (Highest Priority First, HPF)

  23. 0-3處理機排班 (6) • 0-3-5循環點名排班 (Round-Robin Timesharing, RRT)

  24. 0-3處理機排班 (7) • 0-3-6 多層次佇列排班 (Multi-Level Queue, MLQ)

  25. 0-3處理機排班 (8) • 0-3-7多層次反餽佇列排班 (Multi-Level Feedback Queue, MLFQ)

  26. 0-4記憶體管理 (1) • 內容 • 記憶體種類 • 基本概念 • 記憶體分配 • 分區管理 • 分頁管理 • 分段管理 • 段頁式管理

  27. 0-4記憶體管理 (2) • 0-4-1 記憶體種類 • 主記憶體 • RAM、EPROM、、、。 • 外部記憶體 • 磁碟機、磁帶機、、、。

  28. 0-4記憶體管理 (3) • 0-4-2基本概念 • 主要工作 • 邏輯位址空間, 而不受實際空間限制 • 多個行程同時駐留於主記憶體內 • 考慮四個問題 • 主記憶體分配 • 位址映射 • 主記憶體保護 • 虛擬記憶體

  29. 0-4記憶體管理 (4) • 0-4-3記憶體分配 (1) • 當需要由磁碟中將程式倒入主記憶體時，如何放置才能讓記憶體的使用效率最高。 • 分配策略 • 最先適合 (First Fit, FF) • 最佳適合 (Best Fit, BF) • 最壞適合 (Worst Fit, WF)

  30. 0-4記憶體管理 (5) • 0-4-3記憶體分配 (2) • 位址映射與保護 • 當程式被導入記憶體之後，原來程式位址空間與存入主記憶體空間之間的映射。

  31. 0-4記憶體管理 (6) • 0-4-3記憶體分配 (3) • 覆蓋 • 可減低交換運作的機會。

  32. 0-4記憶體管理 (7) • 0-4-3 記憶體分配 (4) • 置換 • 當主記憶體空間不足存放程式時，須將某些程式 swapping out 到硬碟機上(swap area)，讓出空間給其他程式導入。 • 當被 swapping out 程式需要執行時，則從硬碟機的交換區內，將它 swapping in 到主記憶體內。

  33. 0-4記憶體管理 (8) • 0-4-4 分區管理 (1) • 固定分區管理 • 將主記憶體固定劃分若干個空間大小不等的區塊。 • 程式置入時，尋找較適合的區塊空間。

  34. 0-4記憶體管理 (9) • 0-4-4分區管理 (2) • 可變分區管理 • 當程式欲置入時，再依照他的大小劃分區塊。

  35. 0-4 記憶體管理 (10) • 0-4-5分頁管理 (1) • 分頁管理之概念 • 將主記憶體劃分固定大小的”頁”，每頁編有固定位置號碼。 • 也將程式劃分相同大小的 “頁”，各個程式占有若干個頁。

  36. 0-4記憶體管理 (11) • 0-4-5分頁管理 (2) • 位址映射

  37. 0-4記憶體管理 (12) • 0-4-6分段管理 (1) • 實現原理

  38. 0-4記憶體管理 (13) • 0-4-6分段管理 (2) • 位址映射

  39. 0-4記憶體管理 (14) • 0-4-7段頁式管理 • 位址映射

  40. 0-5虛擬記憶體管理 (1) • 內容 • 基本概念 • 動態分頁管理 • 動態分段管理

  41. 0-5虛擬記憶體管理 (2) • 0-5-1基本概念 (1) • 非虛擬記憶體系統之特性 • 整體性 • 駐留性 • 連續性 • 虛擬記憶體系統之特性 • 整體記憶體概念 • 作業位址空間概念

  42. 0-5虛擬記憶體管理 (3) • 0-5-1基本概念 (2) • 虛擬記憶體管理的三個基本概念 • 局部性 • 置換性 • 離散性 • 三個管理策略 • 載入策略 • 分配策略 • 淘汰策略

  43. 0-5虛擬記憶體管理 (4) • 0-5-2動態分頁管理 (1) • 管理技巧 • 主記憶體劃分若干區塊 (block) • 將程式劃分為若干頁 (page) • 發生 “頁失誤中斷 ”, 則置換入 (swapping in) • 主記憶體空間不足, 則置換出 (swapping out) • 分頁表欄位

  44. 0-5 虛擬記憶體管理 (5) • 0-5-2動態分頁管理 (2) • 頁失誤中斷程序

  45. 0-5虛擬記憶體管理 (6) • 0-5-2動態分頁管理 (3) • 淘汰演算法 • 狹義淘汰 • 廣義淘汰 • 淘汰策略(演算法) • 先進先出 (First In First Out, FIFO) • 最佳替換 • 最近最少使用 (Least Recently Used, LRU) • 最近最不常使用 (Least Frequently Used, LFU)

  46. 0-5虛擬記憶體管理 (7) • 0-5-3動態分段管理 • 分段表 • 增加一個 “分段長”

  47. 0-6 輸入/輸出管理 (1) • 內容 • 基本概念 • 輸入/輸出時機 • 字元與區塊裝置 • 緩衝器管理 • I/O 存取介面 • Spooling 管理

  48. 0-6輸入/輸出管理 (2) • 0-6-1基本概念

  49. 0-6輸入/輸出管理 (3) • 0-6-2輸入/輸出時機 (1) • 詢問

  50. 0-6輸入/輸出管理 (4) • 0-6-2 輸入/輸出時機 (2-1) • 中斷處理的運作程序

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