覺得之前課堂上講的 OS 很抽象，因此打算寫個筆記複習，考試前也多少有幫助吧！本文介紹作業系統的定義以及基本概念。
作業系統介紹
定義
Operating System (OS) 是讓使用者妥善使用軟硬體資源的一種系統程式，其中不同的對象對於作業系統也會有不同的要求，例如：
- 使用者：便利、效能、圖形化介面、使用者體驗
- 手機：方便、效能、省電
- 作業系統本身：電腦資源的分配者，負責管理且公平分配資源
核心 (Kernel)
電腦隨時都在運行的核心程式，一開機就會執行。
- 系統程式 (System Program)
- Kernel 安裝完就有，協助 OS 運作的程式
- 應用程式 (Application Program)：Kernel 安裝後還要自己去安裝的程式
- 其他協助使用者解決問題的程式
- 靴帶式程式、開機程式 (Bootstrap Program)
- 通常是已經燒在 ROM，或是儲存在韌體、EEPROM 裡面，待載入主記憶體之後執行，作用是載入 Kernel 開機
中斷驅動式 (Interrupt Driven)
現在的作業系統是中斷驅動式 (Interrupt Driven)：如果沒有行程要執行、沒有 I/O 裝置要服務、沒有使用者需要回應時，則作業系統將安靜的進入等待事件的發生。
中斷服務判別
硬體中斷 (Interrupt)
I/O 等硬體設備需要 CPU 時，會對 CPU 發出中斷。
例如：I/O Interrupt。
軟體中斷 (Trap)
Trap 又稱為 exception，是一種軟體的中斷，當 Error 發生時就會發生 trap。
例如：用 Java 寫分數除以 0。
何謂 System Call
使用作業系統某些服務的時候所產生的中斷，是由指令所引發的中斷，目的是為了要保護系統資源。
當使用者介面需要使用作業系統的相關服務時會需要呼叫。
System Call 非常底層，OS 通常會將它包裝成 API，方便使用者使用，好處是可攜性與易用。
例如：新增、刪除檔案。
System Call 的傳遞方式
- By Register（透過暫存器傳遞）
- 傳遞快
- 但是一次只能傳一個參數，超過 Register 許可值就無法執行
- By Address（指標）
- 需要傳遞大量參數時可以用，將參數位址丟給 OS 去查詢
- 缺點是較慢
- By Stack（暫存陣列）
- First in, Last out
- 大量處理，比暫存器慢
直接記憶體存取 (Data Memory Access, DMA)
有些裝置會使用 DMA，允許大量資料轉移，且不需要中斷服務的介入。
通常用於需要高速傳送的裝置，例如：螢幕。
CPU 不介入這些大量資料的傳輸，而是改由 DMA 處理，待 DMA 完成才通知 CPU 來做處理，使得 1 次 CPU 收到的中斷可以處理很多東西。
中斷處理 (Interrupt Handling)
- polling：一個一個問
- vectored：每個裝置都有編號、根據中斷的編號找到該裝置
多重程式與分時系統
- 多重程式 (Multiprogramming)
- 容許好幾個程式同時執行
- 分時系統 (Time-sharing system)
- CPU 排程
- 把時間分割成許多小塊分享給 Program，也是 Multi-programming
差異比較
差異在 Time-sharing 系統盡量讓每一個 Process 使用相同份量的 CPU 時間 (Equal Share)。
例如：在有 3 個 Process 的 Time-sharing 系統中，每一個 Process 在單位時間中都有 1/3 的機會或時間。
Time-sharing 就是把時間分割成許多小塊，這部分又有分為以下幾種：
- 分享給 Process → Multi-process
- 分享給 Thread → Multi-threading
- 分享給 Program → Multi-programming (= Multi-process)
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