《電腦群組成原理》-讀書筆記（九）作業系統支援

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作業系統是管理電腦資源並為使用者提供服務的系統軟體，作為硬體與應用軟體之間的介面，作業系統起著承上啟下的作用。

 

電腦系統大體上可以分為三個部分：硬體、系統軟體和應用軟體。硬體是所有軟體啟動並執行物質基礎。

 

作業系統是最重要的系統軟體，是管理電腦系統資源、控製程序執行的系統軟體。

 

作業系統的主要目標：管理系統資源、提高系統效率、方便使用者使用、增強機器功能、構築開放環境

 

作業系統的核心任務：管理電腦系統中的資源

 

作業系統作為資源管理員管理的硬體資源：處理器管理、儲存空間管理、裝置管理

 

處理機管理：處理機是最重要的硬體資源，所有軟體的執行和系統功能的實現都依賴於處理機

 

作業系統擔負的儲存管理工作：儲存分配、儲存共用、儲存保護、儲存擴充

 

裝置管理：裝置管理的主要任務是進行各類外圍裝置的調度與管理，協調各個使用者提出的I/O請求，提高各I/O裝置操作與處理機啟動並執行並行性，提高處理機和I/O裝置的利用率。裝置管理還提供各種裝置的裝置驅動程式，向使用者屏蔽硬體使用細節。

 

作業系統的特性：

並發性：為了提高系統資源使用率，多任務系統採用並發技術消除電腦系統中組件和組件之間的相互等待。

共用性：多個並發執行的程式需要共用系統中的硬體資源和資訊資源。

隨機性：在多道程式環境中，隨機性是顯而易見的。

 

處理機狀態控制：為了支援作業系統的特權，中央處理機需要知道當前執行的程式是作業系統代碼還是一般使用者程式碼。為此，處理機中設定了狀態標誌。

 

特權指令：為了防止使用者程式執行有關資源管理的機器指令從而破壞系統正常工作狀態，在多任務環境中，通常把指令系統中的指令分為：特權指令和非特權指令。

 

程式狀態字和程式執行現場：為了記錄電腦系統當前的工作狀態，需要專門設定程式狀態字（PSW)用於控制指令的執行並儲存與程式有關的系統狀態。

 

程式狀態寄存器儲存的資訊通常包括以下幾類：

當前正在執行的指令地址，這由程式計數器給出。

狀態條件碼錶示指令執行結果的狀態特徵。

處理機狀態指明當前的處理機狀態。

控制標誌能夠影響某些指令執行方式的一些標誌位。

 

中斷機制：

現代的電腦系統都支援中斷（異常）。通過檢測中斷源並進行中斷響應，中斷機制提供了一種程式隨機切換的方式。

電腦工作時可能隨機發生軟體或硬體故障，時間相對於CPU的指令執行是完全隨機的。一旦發生故障，應由CPU執行中斷處理常式進行處理。

 

儲存管理：系統硬體通過儲存管理組件支援作業系統實現多級儲存體系和儲存保護功能。

 

程式是靜態實體。

進程是動態實體，是執行中的程式。進程不僅僅包含程式碼，也包含了當前的狀態和資源。

 

進程的狀態：建立進程、就緒進程、運行進程、阻塞進程、終止進程

 

系統中可能有多個進程處於建立、就緒、阻塞和終止等狀態，但是處理機在任意時刻只能運行一個進程。

 

進程管理塊PCB（Process Control Block)：為了管理和控制進程，作業系統必須儲存與每個進程有關的狀態等資訊。為此，作業系統為每個進程設定一個PCB。PCB中記錄了作業系統所需要的用於描述進程情況及控制進程運行所需的全部資訊。

 

處理機調度的實現：為了調度的方便，作業系統會建立並維護若干個進程隊列。每個隊列均用於維護一個等待某些資源的進程的列表。

 

交換技術：由換入和換出兩個過程組成。換入過程將外存交換區的資料和程式碼換至記憶體，換出反之。

分頁技術：虛擬儲存空間（虛存）

 

cache的替換全部靠硬體實現，而虛擬儲存空間的替換有作業系統的支援。

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