第06章软体简介课件.ppt

1、1p.012p.011.方便的人機介面方便的人機介面n命令列介面命令列介面：Command line，如DOSp圖形化使用者介面圖形化使用者介面：GUI(Graphic User Interface)，如Windows XP，Mac OS等2.有效的管理資源有效的管理資源1.Memory：虛擬記憶體(virtual memory)2.Processor：程序排程(process scheduling)3.Device：死結(dead lock)4.Information：檔案(file)5.Others：載入(loader)，鏈結(linker)，庫存程式(library)，公用程式(util

2、ity)3p.011.Batch(批次批次)：將程式及資料事先準備好：將程式及資料事先準備好(一疊卡一疊卡片，一個片，一個.bat檔檔)交給電腦一次完成。交給電腦一次完成。n適用於周期性，時效要求低的作業。如：聯考閱卷，稅務申報等。2.Real Time(即時即時)：輸入資料後立即處理，並在輸入資料後立即處理，並在一定時限內產生輸出。一定時限內產生輸出。(Response time 時限時限)n用於Special-Purpose電腦系統，如飛機自動導航/駕駛系統，證卷交易系統。(事關人命，金錢交易)4p.013.On-Line(線上作業線上作業)Off-Line(離線作業離線作業)pI/O設備

3、與主機有實體連線，能立即作I/O處理，為Real time的必要條件。p變化：分散式系統中，電腦透過網路，與系統取得連線。4.Time-Sharing(分時作業分時作業)pMultiprogramming的一種，各程式分配一段時間輪流交替執行，為最普遍的執行方式(公平，簡單，效果不錯)pMultiprogramming：電腦Memory內有2個以上互不相關的程式可同時被執行，CPU交替執行交替執行之，使得User產生電腦專屬執行某一程式的錯覺。由由OS控制控制5p.015.Multiprogramming(多工程式處理多工程式處理)-1970sp同時同時(currently)執行數個程式(以軟

4、體方式)，各個程式感覺是感覺是同時執行。6.Multiprocessing(多元處理多元處理)-1970sp同時同時(simultaneously)執行數個程式(以硬體方式)，格個程式真正是真正是同時執行。7.Multitasking(多工處理多工處理)-1980sn電腦Memory內有2個以上屬於同一程式的工作(task)可被同時執行。nTask：執行一個特定功能的一段程序(副程式)8.Multithreading(多序執行多序執行)-1990sp如Java6p.01p優點優點1.使User的程式不受實際Memory容量容量的限制。2.Memory內部程式/資料的保護保護。3.Memory內

5、部資訊的共享共享(sharing)。p作法作法1.Demand Page(分頁)：以Mem的使用為主，將程式/資料分成等量大小等量大小(頁頁)，沒有fragment(碎片)。2.Demand Segment(分段)：以程式的保護為主，根據程式性質，分成數個大小不同的區段大小不同的區段(段段)，有fragment(碎片)。7p.01pPage Fault 代換策略代換策略1.FIFO(First In First Out)n先進先出先進先出，最直觀，效果差2.LRU(Least Recently Used)n最近最久未用最近最久未用，合理3.Optimaln最晚才會再用最晚才會再用，最佳，理論上

6、限理論上限4.Random：實際上使用CPUMain MemoryPage framePage framePage framePage frameHardDiskPage 1Page 2Page 3Page 4Page 5Page 6Page 7Page 8Page 9Page 10某段程式或一段資料某段程式或一段資料例：CPU需要順序(頁參考順序)：1,3,6,9,10,4,7Page 1Page 3Page 6Page 9？Page Fault8p.01pFIFO(先進先出先進先出)頁參考順序：0,1,2,3,4,2,1,5,6,7,2,3,7,4,5,6,0Page frame=3參考順

7、序參考順序01234215672374560PF 0PF 1PF2Page Fault 000033335552222551111444466633336222221117777444共發生共發生 page fault()=次次341567234560159p.01pFIFO(先進先出先進先出)頁參考順序：1,2,3,4,5,0,1,4,5,6,7,4,5,6,7,1,0Page frame=4參考順序參考順序PF 0PF 1PF 2PF 3 Fault共發生共發生 page fault()=次次10p.010pLRU(最近最久未用最近最久未用)Least Recently Usedn頁參考順

8、序：0,1,2,3,4,2,1,5,6,7,2,3,7,4,5,6,0nPage frame=3參考順序參考順序01234215672374560PF 0PF 1PF2Page Fault 0共發生共發生 page fault()=次次31503331117777776011144455522244412222226663335524156723456011p.01pLRU(最近最久未用最近最久未用)Least Recently Usedn頁參考順序：1,2,3,4,5,0,1,4,5,6,7,4,5,6,7,1,0nPage frame=4參考順序參考順序PF 0PF 1PF 2PF 3 F

9、ault共發生共發生 page fault()=次次12p.01pOptimal(取代最晚才會再用的取代最晚才會再用的)效果最好效果最好理論上限，但理論上限，但不可行不可行n頁參考順序：0,1,2,3,4,2,1,5,6,7,2,3,7,4,5,6,0nPage frame=3參考順序參考順序01234215672374560PF 0PF 1PF2Page Fault 0共發生共發生 page fault()=次次120003444444444455111111156777777622222222223333334567356013p.01pOptimal(取代最晚才會再用的取代最晚才會再用的

10、)n頁參考順序：1,2,3,4,5,0,1,4,5,6,7,4,5,6,7,1,0nPage frame=4參考順序參考順序PF 0PF 1PF 2PF 3 Fault共發生共發生 page fault()=次次14p.01pProcess(程序程序)n一段執行中的程式碼(a program in execution)pProcess 的的 STD(State Transition Diagram)狀態轉換圖狀態轉換圖User1 submit Job1User2 submit Job2Usern submit JobnJnJ3,J2,J1Job QueueReadyPnP3,P2,P1Read

11、y QueueRUNWAITTime out等等I/O完成完成I/O已完成已完成MemoryDisk：Long-term scheduler(長程排程器)Complete：Short-term scheduler(短程排程器)：Medium-term scheduler(中程排程器)15p.01pProcess Scheduler(程序排程器程序排程器)的目標的目標System Balance(系統平衡系統平衡)p程序大致可分為程序大致可分為1.I/O bound：大多數時間在做I/O，如Word。2.CPU bound：大多數時間在跑CPU，如TV game。nScheduler(排程器排程

12、器)為使為使CPU，I/O同時忙碌同時忙碌，故，故以以I/O bound process(程序程序)為優先選擇。為優先選擇。16p.01pProcess 的排程策略的排程策略1.Non-Preemptive(不可插隊式)1.FCFS(First Come First Serve)：先來先做2.SJF(Shortest Job First)：最短先做2.Preemptive(可插隊式)3.RR(Round-Robin)：啄木鳥/Time-sharing，適用於一般電腦。4.SRTF(Shortest Remaining Time First)：最短剩餘時間優先。n解釋名詞：解釋名詞：nAvera

13、ge Turnaround Time：平均迴轉迴轉時間n程序從進入ready queue後，到全部完成的平均時間。nAverage Waiting Time：平均等待等待時間n程序從進入ready queue後，到全部完成的平均等待時間。17p.01pNon-Preemptive(不可插隊式不可插隊式)1.FCFS 先來先做(First Come First Serve)Process#Burst TimeArrived Time1100243355447p4p3P2p1305710141923Average Waiting TimeAverage Turnaround Time代表proce

14、ss已經進入ready queue中等待等待，但尚未執行，但尚未執行代表process進入CPU中開始執行開始執行=(0+(10-3)+(14-5)+(19-7)/4=7#=(10+(14-3)+(19-5)+(23-7)/4=12.75#18p.01pNon-Preemptive(不可插隊式不可插隊式)nFCFS 先來先做(First Come First Serve)Process#Burst TimeArrived Time1100263335457p4p3P2p1Average Waiting Time=？Average Turnaround Time=？19p.01pNon-Pree

15、mptive(不可插隊式不可插隊式)nSJF 最短先做(Shortest Job First)Process#Burst TimeArrived Time1100243355447p4p3P2p1305710141823Average Waiting Time=(0+(10-3)+(18-5)+(14-7)/4=6.75#Average Turnaround Time=(10+(14-3)+(23-5)+(18-7)/4=12.5#20p.01pNon-Preemptive(不可插隊式不可插隊式)nSJF 最短先做(Shortest Job First)Process#Burst TimeAr

16、rived Time1100263335457p4p3P2p1Average Waiting Time=？Average Turnaround Time=？21p.01pPreemptive(可插隊式可插隊式)nSRTF 剩餘最短時間先做(Shortest Remaining Time First)Process#Burst TimeArrived Time1100243355447p4p3P2p13057111623Average Waiting Time=(16-3)+0+(11-5)+0)/4=4.75#Average Turnaround Time=(23-0)+(7-3)+(16-5

17、)+(11-7)/4=10.5#22p.01pPreemptive(可插隊式可插隊式)nSRTF 剩餘最短時間先做(Shortest Remaining Time First)Process#Burst TimeArrived Time1100263335457p4p3P2p1Average Waiting Time=？Average Turnaround Time=？23p.01pPreemptive(可插隊式可插隊式)nRR 啄木鳥(Round-robin)Process#Burst TimeArrived Time1100243355447p4p3P2p13057101423Averag

18、e Waiting Time=(12+(1+4)+(3+6+4)+(5+4)/4=9.75#Average Turnaround Time=(22+(12-3)+(23-5)+(20-7)/4=15.5#Time slice(時間間隔時間間隔)=22468121822201624p.01pPreemptive(可插隊式可插隊式)nRR 啄木鳥(Round-robin)Process#Burst TimeArrived Time1100263335457p4p3P2p1Average Waiting Time=？Average Turnaround Time=？25p.01pDevice(設備設

19、備)分為分為1.Dedicated(專屬)：如printer,tape2.Shared(共用)：如Memory,DiskpRace Condition(競賽現象競賽現象)n當O.S安排程式使用資源的次序不當所產生的錯誤現象。p(將專屬的Device當成共用的Device使用，就會產生Race Condition)p如：將一台printer當成共用Device，2個以上的程式同時要求列印時，會產生什麼狀況？n解決之道：1.程式中加入“要求printer”及“釋放”指令2.對專屬Device做Mutual Exclusion(互相排斥)控制26p.01Process 1要求要求printer要求要

20、求tape釋放釋放tape釋放釋放printerProcess 2要求要求tape要求要求printer釋放釋放tape釋放釋放printerP1P2printertape等等等等Dead lock(死結死結)27p.01pDead lock 發生之四大必要條件發生之四大必要條件(缺一不可缺一不可)1.Mutual Exclusion(互斥互斥)2.Hold&Wait(持有並等待持有並等待)3.Non-preemptive(不可強佔不可強佔)4.Circuit Waiting(循環等待循環等待)nDead lock 的解決的解決1.Prevention(預防預防)釜底抽薪釜底抽薪 破除任一必要

21、條件，使Dead lock 不可能發生。2.Avoidance(避免避免)步步為營步步為營 O.S分配資源時，先判斷是否導致Dead lock發生。3.Detection&Recovery(偵測及復原偵測及復原)見機行事見機行事 Dead lock發生後，犧牲某一方釋放資源，打開Dead lock。4.鴕鳥法鴕鳥法 不解決不解決 關電源重新開機。28p.01p程式在執行前所需要的步驟：程式在執行前所需要的步驟：Source code程式碼程式碼Object codeExecution codeCPUCompiler 編譯程式編譯程式Linker 鏈結程式鏈結程式Loader 載入程式載入程式2

22、9p.01Main()int x;scanf(“%d”,&x);主程式主程式.Obj0123S1S2call scanfmov x,axax程式段程式段資料段資料段2000020001Logical/virtual addressCompiler30001.exe0123S1S2call 20001mov 35301,axax程式段程式段資料段資料段200002510135101Linkerscanf()2000125100 定位定位 鏈結鏈結定位：決定程式各模組之位置關係定位：決定程式各模組之位置關係鏈結：解決程式跨段參考的問題鏈結：解決程式跨段參考的問題30p.01.exe0123S1S2

23、call 20001mov 35301,axax程式段程式段資料段資料段200002510135101scanf()2000125100Linker 定位定位 鏈結鏈結Loader 重重定位定位(改位址改位址)載入載入(copy)memory100000100001100002S1S2call 120001mov 135301,axax程式段程式段資料段資料段120000125101135101scanf()120001125100A.exeB.exe執執行行Physical/realaddress重定位：根據實際載入位址，調整指令或資料的位址重定位：根據實際載入位址，調整指令或資料的位址載入：載入程式載入：載入程式