文档介绍了操作系统的定义和功能，包括资源管理、系统调用和过程的概念。它讨论了操作系统在不同环境下的要求，以及进程之间的通信方式，如共享内存和消息传递。最后，文档探讨了基于TCP/IP的客户端-服务器模型及其实现机制。

1. OS第一次讀書會
2017/04/07
TA 鄭人瑋

2. ch1, ch2 作業系統的定義
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3. OS定義
• 讓使用者妥善使用軟硬體資源的一種系統程式(System program)
• 不同的對象對於OS的要求不同
• 對於User→重視便利、效能、好用的圖形介面
• 對於Mobile Device→重視方便、效能、省電
• 對於OS本身→電腦資源的分配者，負責管理且公平分配資源。
• System Program：kernel 安裝後就有的，或是協助OS運作的
程式(e.g.檔案總管、小畫家)
• Application Program：kernel之後安裝或協助使用只解決問題
的程式(e.g. LOL、跑跑卡丁車)
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4. 電腦架構
Users
System or Application Program
Operation System
Hardware
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5. 磁碟 硬碟
(ROM)
固態
硬碟
主記
憶體
(RAM)
Cache
(快取
緩衝用)
Register
(CPU)
$越貴、速度越快
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6. Bootstrap
(存在ROM或是韌體裡)
當電腦啟動時…
載入Kernel
(Running)
Bootstrap程式載入主記憶體(RAM)
Do Process “Init”
Listening Interrupt
(Interrupt Driven)
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7. 「中斷」服務判別
• 硬體中斷
• Interrupt(e.g. I/O Interrupt)
• 軟體中斷
• trap/exception(e.g. 分數除以0)
• system call→當使用者介面需要使用OS內相關服務時需要(User
Mode→Kernel Mode)
1. File Management(e.g. create/delete a file)
2. Device Management(e.g. I/O request)
3. Information Management(e.g. set time/date)
• 有些介面或裝置會使用DMA(Data Memory Access)允許大量資料轉
移而不需要中斷服務的介入
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8. System Call的傳遞方式(1/3)
User Program
𝜋
OS
𝜋
Register
𝜋
• By Register：傳遞快，但一次只能傳一個參數，
超過Register許可值即無法執行。
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9. System Call的傳遞方式(2/3)
User Program
𝜋1 𝜋2 𝜋3
Address List
𝐵001
𝐵002
𝐵003
• By Adress：需要大量參數傳遞時可用，將所有的
參數位址直接丟給OS去查詢，缺點是比較慢。
OS
𝐵001 𝜋1
𝐵002 𝜋2
𝐵003 𝜋3
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10. System Call的傳遞方式(3/3)
User Program
𝜋1 𝜋2 𝜋3
Stack(FILO)
𝜋1
𝜋2
𝜋3
• By Stack：將需要的參數丟入一個Stack，每次從Stack pop off
一個參數丟給OS去處裡。
OS
𝜋3
𝜋2
𝜋1
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11. ch3 行程(Process)介紹
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12. Program? Process? Thread?
• Program→靜態的指令集(file)
• Process→正在執行的指令集，有被載入主記憶體的
Program(executable file)
• I/O-bound process→大部分都再使用I/O的Process (e.g. word
processor)
• CPU-bound process→大部分都需要CPU運算的Process
組成
架構
Stack
(temporary
data)
Heap
(動態記憶
配置)
Data
(全域變數)
Text
(Program)
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13. Process狀態及流程
New Terminated
Waiting
RunningReady
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Pop Off of the Schedule
Push In the Schedule
Wait I/OCompleted

14. PCB(Process Control Block)
• OS管理Process所使用的記錄表
Process State
Process Number
Process Counter
CPU Registers
CPU Schedule Information
I/O State Management
…
e.g. new, ready, etc.
記錄下一個Process的位址
記錄一些中斷資訊
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15. Queuing Diagram(1/2)
很多很多
Processes
Long-Term
Scheduler
Short-Term
Scheduler
Median-Term
Scheduler
Ready Queue CPU
處理事件
結束
挑選Process載入主記憶體
控制CPU在一定時間內只能接幾個Process
(Degree of Multiprogramming)
挑選Process載入CPU
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16. Queuing Diagram(2/2)
Short-Term
Scheduler
Ready Queue CPU 結束
I/O Request
Time Slice
Expired
Wait for an
interrupt
I/O Queue
使用
I/O
中斷
發生 PCB產生context switch
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17. Process的溝通方式
• Independent Process→獨立不受其他Process影響
• Cooperating Process→用Interprocess Communication(IPC)
溝通
1. Shared Memory
2. Message Passing
(blocking send/receive,
rendezvous)
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18. Client-Server之間Process的傳遞(1/3)
• Socket：ip address+port=a socket
• 使用Socket是較底層有效率的，只允許傳遞字串
• 3 ways in socket：
1. Connection-Oriented(TCP)
2. Connectionless(UDP)
3. Multicast Socket(like broacast)
192.168.10.1:8080
192.168.10.1:80
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19. Client-Server之間Process的傳遞(2/3)
• Remote Procedure Call(RPC)
• 運用在應用層的服務，將使記remote call內容包裝起來，執行起
來就像是在同一平台上直行程是一樣。
• 分散是網路服務、遠端管理、NFS檔案分享
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20. Client-Server之間Process的傳遞(2/3)
Client Server
Client
Program
Server
Program
Client
Stub
(Proxy)
Server
Stub
(Proxy)
Client
Call
Port Map
TCP/IP Layer
1.exactly once(match maker方式)
2.at most once(timestamp方式)
Application Layer Application Layer
upload port info.
XDR轉換(external data
representation)
→避免big/small endian
1
2
connect to
server program
search the port of
server program
3
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21. Q & A
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