作業系統結構

           作業系統最重要的一點是要有多道程式處理能力。單個使用者通常不能總是使用CPU和I/O裝置都忙。

一、多道程式設計

        多道程式設計通過組織作業使CPU總有一個作業可執行，從而提高CPU的利用率。

        它的思想如下：作業系統同時將多個任務儲存在記憶體中，該作業集可以是作業池中作業集的子集（作業池中包括所有進入系統的作業）。作業系統選擇一個位於記憶體中的作業並開始執行。最終，該作業可能必須等待另一個任務如I/O操作的完成，這時對於非多道程式系統，CPU就會空閑；而對於多道程式系統，CPU會簡單地切換到另一個作業並執行。當該作業需要等待時，CPU會切換到另一個作業。最後，第一個作業完成等待並且重新獲得CPU。只要有一個任務可以執行，CPU就絕不會空閑。

           缺點：多道程式系統提供了一個可以充分使用各種系統資源的環境。但是它們沒有提供與電腦系統直接互動的能力。

二、分時系統

        分時系統是多道程式設計的延伸。在分時系統中，雖然CPU還是通過在作業之間的切換來執行多個作業，但是由於切換頻率很高，使用者可以在程式運行期間與之進行互動。

        共用需要一種互動電腦系統，它能提供使用者與系統之間的通訊。使用者通過輸入裝置，如鍵盤或滑鼠，向作業系統或程式直接發出指令，並等待輸出裝置的即時性輸出結果。相應地，回應時間應該比較短，通常小於1s。

        分時系統允許許多使用者同時共用電腦。由於分時系統的每個動作或者命令都比較短，因而每個使用者只要少量的CPU時間。隨著系統從一個使用者快速切換到另一個使用者，每個使用者會感到整個系統只為自己所用。

        分時系統採用CPU調度和多道程式設計以提供給每個使用者一個分時電腦的一小部分。每個使用者在記憶體中至少有一個程式。裝入到記憶體並執行的程式通常稱為進程。當進程執行時，它通常只執行較短的一段時間，此時它並完成或者需要進行I/O操作，I/O可能是互動的，但是由於互動I/O通常按人的速度來運行，因此它需要很長時間完成，但是這對電腦來說相當慢了。在使用者互動輸入時，作業系統為了不讓CPU空閑，會將CPU切換到其他使用者的程式。

三、作業調度

        分時和多道程式設計需要在儲存空間中同時儲存有幾個作業。通常由於主存太小而不能容納太多作業，因此這些作業剛開開始儲存在磁碟的作業池（job pool）中。該池由所有駐留在磁碟中需要等待分配記憶體的工作群組成。如果多個作業需要調入記憶體但沒有足夠的記憶體，那麼系統必須在這些作業中做出選擇，這樣的決策被稱為作業調度。

四、CPU調度

        如果有多個任務同時需要執行，那麼系統必須要做出選擇，這樣的選擇稱為CPU調度。

五、虛擬記憶體

        在分時作業系統中，作業系統必須保證合理的回應時間，這有時需要通過交換來得到。交換時進程被換入記憶體或者由記憶體換出到磁碟。實現這一目的更常用方法是使用虛擬記憶體（virtual  memory），虛擬記憶體允許將一個執行的作業不完全放在記憶體中。

優點：程式可以比實體記憶體大，其次，它將記憶體抽象成一個龐大且統一的儲存數組，將使用者所理解的邏輯記憶體與真正的實體記憶體區分開來。這種安排使得程式不必為記憶體空間的限制而擔心。

六、檔案系統 

       分時系統也必須提供檔案系統。檔案系統駐留在一組磁碟上，因此必須提供磁碟管理。另外，分時系統需提供一種資源以防止不當使用的機制。為了確保有序執行，系統必須提供實現作業同步和通訊的機制，它也確保作業不會進入死結，進而無盡地相互等待。