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第6章 作業系統 章節大綱 6-1　認識作業系統 6-2　作業系統的功能 6-3　作業系統的技術 6-4　記憶體管理 6-5　行程管理 6-6　磁碟管理 6-7　常見的作業系統 6-1　認識作業系統 作業系統(OS) 是介於電腦硬體與應用軟體之間的程式，除了提供執行應用軟體的環境，還負責分配系統資源。 作業系統中實際負責管理系統資源的是數個不同的處理程式，而負責協調與控制這些處理程式，並維持整個作業系統正常運作的程式叫做核心 (kernel) 或監督程式 (supervisor program)。 6-2　作業系統的功能 分配系統資源 提供執行應用軟體的環境 提供使用者介面 命令列使用者介面 圖形化使用者介面 6-3　作業系統的技術 第一代電腦：當時沒有作業系統，執行工作必須以人工插卡的方式來進行 第二代電腦：單工系統、批次系統等 第三代電腦：SPOOL、多元程式處理系統、分時系統等。 第四代電腦：多處理器系統、分散式系統、叢集式系統、即時系統、嵌入式系統、手持式系統等 6-3-1　批次系統 單工系統 第二代電腦 (1959 ~ 1964) 作業系統，主要將一個工作自動轉移到下個工作，屬單工系統 (singletask system) 批次系統 為提昇效率，透過工作控制程式將工作加以排序，把相同或類似的工作集中在一起，稱為一個批次 (batch)，交給電腦分批執行，再將輸出結果送回給所屬的使用者，稱為批次處理 (batch processing)，用來進行批次處理的作業系統稱批次系統(batch system)。 6-3-2　線上同時週邊處理 (SPOOL) 把磁碟當共用裝置，將所有等待執行的工作暫存於磁碟，再由控制程式依序讀取等待執行的工作加以處理；同樣技術也可應用於輸出裝置。 SPOOL的優點是可協調速度不同的週邊裝置，將所有等待執行的工作暫存於磁碟，再由控制程式處理這些工作(Simultaneous peripheral operation on line)。 6-3-3　多元程式處理 多元程式處理 (multiprogramming) 目的是同時服務多位使用者或多個程式，讓CPU保持忙碌的狀態，提昇CPU使用率。 6-3-4　分時系統 分時處理 (time-sharing) 是特殊形式的多元程式處理，主要應用於「互動式系統」。 將CPU時間分割多段，稱時間配額 (time slice)，時間配額一到，無論目前工作完成與否，都須將CPU使用權交給下個工作，未完成的工作等CPU輪完一輪後，再從中斷的地方繼續執行。又稱為多工系統 6-3-5　多處理器系統 多處理器系統 (multiprocessor system) 擁有多個CPU，CPU間共用匯流排、時脈、週邊裝置、記憶體，又稱平行系統(parallel system) 或緊密耦合系統 (tightly coupled system)。多處理器系統增加電腦工作量提昇效能、共用週邊裝置節省成本，藉適度降級提高電腦容錯能力。 6-3-6　分散式系統 分散式系統 (distributed system) ，同個工作可拆成幾個部份，透過網路派給多部電腦分別執行，電腦之間透過Internet來聯繫。 6-3-7　叢集式系統 類似多處理器系統，集合多個CPU一起完成工作，它們是由兩個或更多個別的系統集合而成。 6-3-8　即時系統 能夠隨時對輸入訊號做出立刻的回應，通常應用於非常重視回應時間的系統。 以感應器為例，在感應器接收到輸入訊號後，即時系統必須在限定時間內分析訊號，做出回應，一旦超過限定時間，視為失敗。 6-3-9　嵌入式系統 只做某些工作的特殊用途電腦，電子產品是由隱藏於內部CPU加以控制，嵌入式系統 (embedded system) 傾向於監督並控制硬體裝置等特殊用途。 6-3-10　手持式系統 手持式系統 (handheld system) 泛指應用於PDA、3G手機的作業系統 。在設計上須考慮有效地管理記憶體、不能增加CPU負擔、擷取顯示部份內容、不能太耗電等問題，目前有愈來愈多手持式裝置採用無線上網，無線通訊也是重要的考量。 6-4　記憶體管理 在多元程式處理系統中，追蹤並記錄每個程式存放在記憶體內的位址，還要把程式裡面參考位址轉換成記憶體內的位址，採用邏輯位址與實體位址，前者是在程式指定的對位置，又稱「相對位址」；後者是在記憶體內實際位置，當程式被載入記憶體時，邏輯位址經過位址繫結 (address binding) 過程，對應到記憶體實體位址。 6-4-1　分割法 分割法 (partitioning) 最初的設計屬於固定分割法 (fixed partitioning)，其原理是將記憶體劃分成多個大小固定的分割區，作業系統使用表格記錄分割區的起始位址及長度。