OS

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進程管理 進程與執行緒 1. 進程(process) 進程是資源分配的基本單位。 進程控制塊(Process Control Block, PCB)描述進程的基本訊息和運行狀態，所謂的創建進程和撤銷進程，都是指對 PCB 的操作。 2. 執行緒(thread) 執行緒又稱線程，是獨立調度的基本單位。 一個進程可以有多個執行緒，它們共享進程資源。 以瀏覽器(browser)為例，瀏覽器進程有很多執行緒，如 HTTP 請求(request)、事件響應、渲染。執行緒的並行處理(concurrent)使得瀏覽器中點擊一個新的超連結從而發起 HTTP 請求時，瀏覽器還可以響應用戶的其它事件。 3. 區別 擁有資源 進程是資源分配的基本單位，但是執行緒不擁有資源，而是訪問隸屬進程的資源。 調度 執行緒是獨立調度的基本單位，在同一進程中，執行緒的切換不會引起進程切換，從一個進程中的執行緒切換到另一個進程中的執行緒時，才會進行進程的切換。 系統開銷 由於創建或撤銷進程時，系統都要為之分配或回收資源，如硬碟中的記憶體、I/O 設備等，所付出的開銷遠大於創建或撤銷執行緒時的開銷。 同樣的，在進行進程切換時，涉及當前執行進程 CPU 環境的保存及新調度進程 CPU 環境的設置，而執行緒切換只需保存和設置少量暫存器的內容，開銷較小。 通訊 執行緒可以通過直接讀寫同一個進程中的數據進行通訊，但是進程的通訊需要借助 IPC(inter-process communication)。 進程狀態的切換 就緒就態(ready)：等待被調度 執行狀態(running) 阻塞狀態(waiting)：等待資源 只有就緒狀態和執行狀態可以相互轉換，其它的都是單向轉換。就緒狀態的進程通過調度演算法從而獲得 CPU Time，轉為執行狀態；而執行狀態的進程，在分配給它的 CPU Time 片段用完之後就會轉為就緒狀態，等待下一次調度。 阻塞狀態是缺少需要的資源從而由執行狀態轉換而來，但是該資源不包括 CPU Time, 缺少 CPU Time 會從執行狀態轉換為就緒狀態。 進程調度演算法 不同環境的調度演算法目標不同，因此需要針對不同環境來討論調度演算法。 1. 批次處理系統(batch system) 批次處理系統沒有太多的用戶操作，在該系統中，調度演算法目標是保証吞吐量和周轉時間(從提交到終止的時間)。 1.1 先來先服務(first-come first-served, FCFS) 非搶占式的調度，按照請求的順序進行調度。 有利於長作業，不利於短作業，因為短作業必須一直等待前面的長作業執行完畢才能執行，而長作業又需要執行很長時間，造成短作業等待時間過長 1.2 短作業優先(shortest job first, SJF) 非搶占式的調度算法，按估計運行時間最短的順序進行調度。 長作業有可能會永遠做不完，處於一直等待短作業執行完畢的狀態。因為如果一直有短作業到來，那麼長作業永遠得不到調度。 1....

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一、OS 簡介 作業系統(Operating system, OS) 是管理電腦硬體與軟體資源的電腦程式，同時也是電腦系統的核心與基石。OS主要有以下兩個功能： 資源分配者 監控使用者程式的執行，以防止不正常的運作造成對系統的危害。 一個標準 PC 的作業系統應該提供以下功能： 行程管理 (processing management) 記憶體管理 (memory management) 檔案系統 (file system) 網路通訊 (networking) 安全機制 (security) 使用者介面 (user integerface) 驅動程式 (device drivers) OS 系統依大小來區分： 大型電腦：IBM OS/360 個人電腦：Windows、Linux、BSD、Mac OS X 嵌入式：VxWorks、eCos、Sysbian OS、Palm OS 依品牌來區分： 類 Unix 家族：包含 System V、BSD 與 Linux。 微軟 Windows：Windows NT 核心，包含 Windows 2000、Windows XP。 蘋果 mac OS：執行於蘋果 Macintosh 系列電腦上的作業系統 Chrome OS：基於 Google 的瀏覽器 Google Chrome 的 Linux 核心。 二、常見的系統類型 Multiprogramming System 系統中存在多組行程同時 (concurrent) 執行，避免 CPU 閒置，提升 CPU 利用度。(注意不是平行執行(parallel)) Multiprogramming Degree：系統內所存在的等待執行 process 數目，Multiprogramming degree 愈高，則 CPU 使用度可能愈高。(非必定的原因是可能產生 Thrashing 現象) 當 CPU 效能降低時，系統會引入更多的 process 讓 CPU 盡可能工作。但當存有太多 process 時，大部分的工作會花費在 page fault 造成的 Page Replacement，致使 CPU 效率下降，最後造成 CPU 效能愈來愈低。 [方法1] 降低 Multiprogramming Degree [方法2] 利用 Page Fault Frequency (Ratio) 控制來防止 Thrashing。 [方法3] 利用 Working Set Model 預估各 Process 在不同執行時期所需的頁框數，並依此提供足夠的頁框數。 分時系統 Time Sharing System Multiprogramming System 的一種，OS 透過資源分享，使得每個使用者都認為有一套專屬的系統存在，反應時間(Response Time)通常是一秒內。 常見配置： 行程排程採用 RR 排程(Round-robin scheduling) 記憶體空間所有使用者分享 使用虛擬記憶體技術 I/O Device 透過 Spooling(Simultaneous Peripheral Operation On-Line) 技術(把磁碟當成一個巨大緩衝區使用)共享。 分散式系統 Distributed System 須符合兩個條件，硬體上每台電腦都是自主的，軟體上用戶將整個系統看作是一台電腦。一般分為兩類：...