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1、作業系統在背後進行的軟體第二章學習目的n了解作業系統的功能n明瞭個人電腦作業系統的基本概念n描述圖形化作業系統的優點n辨別不同版本的 Microsoft Windows 之間的差異n解釋為何需要網路作業系統n了解大型電腦上資源分配的方法n說明多工、多重程式和分時概念的不同處n解釋記憶體管理的原則n列出通常由工具程式所負責的功能內容n n作業系統：隱藏的軟體n n系統軟體n nOSOS 的功能的功能n nOSOS 的類型的類型 MS-DOSMS-DOS Microsoft WindowsMicrosoft Windows Mac OSMac OS UNIXUNIX LINUXLINUX網路網路作
2、業系統作業系統 NOSNOSn n資源分配資源分配n n工具程式工具程式作業系統隱藏的軟體n定義 對所有資源提供存取n核心管理作業系統常駐在記憶體中載入一組存在於應用軟體和電腦硬體之間的程式控制作業系統非常駐部分的基礎軟體n系統開機 將核心載入記憶體系統軟體n定義：所有和電腦操作有關的程式n元件作業系統工具程式程式語言的翻譯器OS 的功能n管理電腦資源CPU記憶體磁碟機印表機n建立使用者介面n執行應用軟體並提供服務n執行所有的輸入和輸出動作使用者介面n使用者與作業系統之間溝通的橋樑n兩種形式命令列介面n以文字為主n必須手動鍵入命令n範例：MS-DOS、Unix圖形化使用者介面 (GUI)n視覺
3、化的影像n功能表n範例：Windows 、Mac OS 、Linux平台n定義：電腦硬體與作業系統軟體的組合，用來指出其它軟體是否可以在這種組合的環境下執行nWintel此 PC 使用 Intel 的 CPU ，上面 執行 Microsoft WindowsOS 是隱藏的n使用者有興趣的是能讓 PC 變得有用的應用軟體n應用軟體會根據平台的不同而不同n使用者必須知道 OS 的種類n使用者必須知道 OS 的功能OS 的種類命令列介面單一使用者 PC網路作業系統 (NOS)MS-DOSn命令列介面n命令提示字元 系統提示你要你輸入東西的符號n鍵入一個命令n不夠 user-friendlyMicro
4、soft Windowsn圖形化使用者介面n更容易存取 OSn大部份的新個人電腦在出廠時就已經安裝好 Windows了GUIn在螢幕上的圖案圖示功能表n下拉式n快顯式按一下即可執行某個命令或功能n快速n容易n直覺早期的 Windows算是 MS-DOS 的作業環境殼層 加在使用者與 DOS 之間的一層東西今日的 Windowsn家用/一般消費者市場Windows 95Windows 98Windows Millennium Edition (ME)n企業市場Windows NTWindows 2000nWindows XPn口袋型電腦及 Internet 家電Windows CEWindows
5、 95 與 98n是個完整獨立的作業系統nDOS 命令仍舊可以使用n啟動程式的方法是開始按鈕連按兩下程式圖示 n工作列方便在已開啟程式之間相互切換n長檔名允許最長可以到 255 個字元n隨插即用n物件連結與內嵌 (OLE)Windows 98 另加的新功能 nInternet / intranet 的瀏覽功能n支援 DVD 與最新的多媒體元件n支援大容量的硬碟機n觀看電視節目與廣播功能n精靈程式Windows 的改進功能n備份n與其它軟體的介面n網路功能n安全機制nDr. WatsonWindows幫助減少個人電腦的擁有與維護成本Windows MEMillennium Edition多媒體支
6、援- Windows Media Player 7n點唱機可將音樂 CD 錄成數位檔案nWindows Movie Maker提供基本的視訊編輯功能nWindows Image Acquisition可處理掃瞄器和數位相機Windows MEMillennium Editionn增進可靠度系統檔案保護自動更新系統還原n支援中心n家庭網路方面的支援提供精靈程式引導使用者連線多台電腦及週邊設備多位使用者可以共享一個 Internet 連線Windows NTNew Technologyn更高的穩定性n更強的安全機制n版本NT WorkstationNT Servern缺點缺乏對舊版 Windows
7、 和 MS-DOS 軟硬體的支援在學習與使用上比較複雜需要更多的記憶體與更有威力的 CPUWindows 2000n增強穩定性方面的功能n增強安全方面的功能n加入了 Windows 98 的硬體簡易安裝功能n版本個人使用 Windows 2000 Professional網路伺服器使用 Windows 2000 Servern原本希望可以提供一個能同時適用於家用與企業用兩個市場的單一作業系統，取代 Win NT 與 Win 98Windows 2000n複雜n電腦資源的需求高n相對於 Windows NT 的改進處會記錄使用者的喜好可以自己修復應用程式軟體支援 Windows 98 的檔案結構
8、使用隨插即用對膝上型電腦有更好的支援Windows XPn擴充 Windows ME 並提供更穩定的環境n分成兩類網路伺服器n根據網路的複雜度分為 3 個版本桌上型電腦n2 個版本Windows XP Professional Windows XP Home Edition Windows CE Consumer Electronics用在n內嵌式系統工業用的控制器機器人辦公室設備相機電話家庭娛樂設備汽車的導航系統n口袋型 PCnInternet 家電市場Windows CE Consumer Electronics它是 Windows 的子集n需要的記憶體較少n配合較小的螢幕n較少的檔案儲存
9、空間或甚至沒有n提供 Internet 連線功能協助工具的選擇n視覺n聽覺n觸覺Mac OSn第一個在市場上很成功的 GUI (1984)n它成為其它 GUI系統在開發時的參考模型UNIXn支援多使用者分時n以字元為主的系統n命令列使用者介面n它可以在多種處理器與多種類型的電腦上執行n它是目前 Internet 上的伺服器主要使用的 OSLINUXn類似 UNIX 的 OSn它是種開放原始碼 (Open-source) 軟體免費下載可以修改免費散佈限制 所做的任何修改也必須免費讓大眾使用n安裝在 PC 上大部分 PC 在出廠前都已經安裝好 Windows把 Linux 以雙重開機（dual-b
10、oot）組態的方式與 Windows 安裝在同一台電腦上LINUXn超越 Windows 的優點非常穩定來自 Internet 的支援重新安裝很簡單n缺點應用程式比較欠缺網路作業系統 NOSn設計目的是讓網路上的電腦能透過網路共享資源n範例Windows 2000 ServerNovell NetWaren提供資料保全功能疑難排解功能系統管理功能NOS 的功能n將用戶端電腦與伺服器電腦分開n伺服器檔案管理n用戶端對伺服器發出請求訊息處理它有自己的本機 OSn讓資源看起來像是就在用戶端電腦上執行的一樣大型電腦n可以讓很多使用者同時使用nOS 在 “背地裡” 運作讓使用者可以共享nOS 必須控制誰
11、取得資源的存取權保持不同使用者的程式不會相混淆資源分配n資源 要完成某項工作所需要的硬體或軟體n資源配置 指派電腦資源給某特定程式n資源釋回 當工作完成時將分配給它的資源釋回分配 CPUn一個 CPU多元程式處理n事件驅動n分時n一個以上的 CPU多工處理 使用多個 CPU 同時執行多個程式多元程式處理n一個 CPUn兩個或多個處理程序在同一時段一同執行開啟多個處理程序在同一時間內只有一個處理程序可以使用 CPU這樣做有效率的原因是因為 CPU 的速度比輸出/輸入速度快上許多倍事件驅動多元程式處理n在同一時間內只有一個程式可以使用 CPUn它的處理將會因為程式中的事件而被中斷n當處理過程需要暫
12、時擱置時，就會產生一個中斷n這是作業系統將要找出中斷發生的原因並決定誰可以接著擁有 CPU 時間的訊號事件驅動多元程式處理範例n若有兩個程式正在執行 薪資程式與庫存管理n薪資程式需要讀取一筆員工記錄n所以薪資程式產生一個中斷n正常的處理過程因而暫時擱置nCPU 會查看這個中斷並啟始這個讀取動作n當 CPU 在等待這個讀取動作完成的同時，它會開始處理庫存管理程式事件驅動多元程式處理範例n當讀取動作完成時，系統產生另一個中斷n正常的處理過程會暫時擱置nCPU 會查看這個中斷並找出原因n接下來 CPU 可能會繼續處理庫存管理程式，或是回到薪資程式，根據它們的優先權而定分時系統多元程式處理n在同一時間
13、內只有一個程式可以使用 CPUn程式會分配到一小段的 CPU 時間n當時間片段結束時nCPU 會開始處理另一個程式n回應時間會根據系統使用者的人數多寡而不同共用記憶體n要執行的程式一定要放到記憶體中n問題程式互相爭奪空間若是來了一個非常大的程式每個程式的記憶體空間絕對不能重疊記憶體管理n提供程式互相分開的記憶體空間n記憶體保護功能的目的是讓程式不要相互干擾記憶體管理方法分割或分區前景與背景虛擬儲存體 (虛擬記憶體)分割或分區n將記憶體分為數個區域n至少要有一個區域能存放下最大的程式n問題可能會造成記憶體空間的浪費前景與背景n程式會被放在前景或背景其中之一裡執行n在前景的程式對於 CPU 時間有
14、較高的優先權n當前景程式在進行讀寫動作時，CPU 會把時間給在背景的程式n程式在等待執行的期間會被放置在一個佇列中排隊虛擬儲存體虛擬記憶體使用分頁處理的概念n將程式切割成數個相同大小的片段 (分頁)n將每個片段儲存在同大小的記憶體空間中 (頁框)n一般的大小是 2KB 或 4KBn為每個分頁建立索引並儲存在分頁表中分頁處理過程n將程式的一部份放進記憶體中n剩下的還是放在磁碟裡n必要時將磁碟上的區塊放進記憶體中(一次一個分頁)虛擬儲存體虛擬記憶體虛擬儲存體虛擬記憶體n問題 - Thrashing有很大的一部分 CPU 時間是花在找到正確分頁並將它載入記憶體這個動作上n解決方法減少同時執行的程式個
15、數增加記憶體記憶體保護n為了避免程式誤用其它程式的記憶體位置n限制每個程式在記憶體中的活動空間n為何需要程式可能會因為誤用了一個錯誤的記憶體位置，而導致其他程式的摧毀或變動可能會造成資料的破壞n如果程式不小心進入了範圍以外的記憶體空間終止此程式的執行共用儲存資源n在同一時間有一個以上的使用者需要存取同一個磁碟有個人想要寫入另一個人想要讀取nOS 會記錄 I/O 的請求nOS 是以收到請求的順序來處理 I/O 請求共用列印資源n使用中的各個程式共同分享列印資源n假設列印資源的共享方式和 CPU 一樣，印表機輪流為各個程式列印n問題目前的程式可能會在印表機印出數行CPU 移到下一個程式第二個程式可
16、能會在印表機印出數行，以此類推共用列印資源n結果所有程式交雜地印出資料，這樣列印出來的結果是沒有意義的n解決方法 多工列印每個程式都以為它是寫入到印表機其實程式是將要列印的內容先寫入硬碟中當程式完成時，在硬碟上的列印檔案才會被送到印表機其它的列印問題n印表機的速度和 CPU 速度相比起來很慢n解決方法CPU 先寫入到磁碟中程式會較快完成工具程式 n算是系統程式的一部份n為了處理特殊的需求n處理次要的維護工作n不需要長駐在記憶體中工具程式的功能n檔案管理員 協助存取儲存檔案n備份與還原 把重要檔案重複複製一份，需要時再將這份備份重新載入硬碟n檔案壓縮 減少儲存檔案所需要的磁碟空間n磁碟重組 重新組織磁碟上的檔案，讓所有的檔案都儲存在連續的空間中以增進存取速度n裝置驅動程式 將作業系統的指令轉換成它所支援的裝置所接受的格式
