作業系統的組成部分

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作業系統有各種元件來執行明確定義的任務。雖然大多數作業系統在結構上有所不同，但在邏輯上它們具有相似的元件。每個元件都必須是系統中定義明確的部分，適當地描述其功能、輸入和輸出。

作業系統有以下8個元件：

1. 程序管理
2. I/O 裝置管理
3. 檔案管理
4. 網路管理
5. 主記憶體管理
6. 輔助儲存管理
7. 安全管理
8. 命令直譯器系統

以下部分將更詳細地解釋所有上述元件。

程序管理

程序是載入到主記憶體中的程式或程式的一部分。程序需要某些資源，包括 CPU 時間、記憶體、檔案和 I/O 裝置才能完成其任務。程序管理元件管理在作業系統上同時執行的多個程序。

處於執行狀態的程式稱為程序。

作業系統負責與程序管理相關的以下活動：

• 建立、載入、執行、掛起、恢復和終止程序。
• 在主記憶體中多個程序之間切換系統。
• 提供通訊機制，以便程序可以相互通訊。
• 提供同步機制來控制對共享資料的併發訪問，以保持共享資料的一致性。
• 正確分配/釋放資源，以防止或避免死鎖情況。

I/O 裝置管理

作業系統的目的之一是向用戶隱藏特定硬體裝置的特性。I/O 裝置管理提供硬體裝置的抽象級別，並將細節隱藏在應用程式之外，以確保裝置的正確使用，防止錯誤，併為使用者提供方便高效的程式設計環境。

以下是 I/O 裝置管理元件的任務：

• 隱藏硬體裝置的細節。
• 使用快取、緩衝區和卷緩衝管理裝置的主記憶體。
• 維護和提供每個裝置的自定義驅動程式。

檔案管理

檔案管理是作業系統最顯著的服務之一。計算機可以以幾種不同的物理形式儲存資訊；磁帶、磁碟和磁鼓是最常見的形式。

檔案定義為一組相關資訊，由檔案的建立者定義。檔案主要表示資料、原始碼和目的碼以及程式。資料檔案可以是任何型別，例如字母、數字和字母數字。

檔案是一系列位、位元組、行或記錄，其含義由其建立者和使用者定義。

作業系統透過管理大容量儲存裝置（例如磁帶和磁碟）來實現檔案的抽象概念。檔案通常組織成目錄以方便使用。這些目錄可能包含檔案和其他目錄，依此類推。

作業系統負責與檔案管理相關的以下活動：

• 檔案建立和刪除
• 目錄建立和刪除
• 支援用於操作檔案和目錄的基元。
• 將檔案對映到輔助儲存器。
• 在穩定（非易失性）儲存介質上備份檔案。

網路管理

網路管理的定義通常很寬泛，因為它涉及多個不同的元件。網路管理是管理和管理計算機網路的過程。計算機網路是各種型別的計算機相互連線的集合。

網路管理包括故障分析、保持服務質量、網路供應和效能管理。

網路管理是使您的網路保持健康，以便不同計算機之間能夠有效通訊的過程。

以下是網路管理的功能：

• 網路管理
• 網路維護
• 網路運營
• 網路供應
• 網路安全

主記憶體管理

記憶體是大量字或位元組的陣列，每個都有其自己的地址。它是 CPU 和 I/O 裝置共享的易於訪問資料的儲存庫。

主記憶體是一種易失性儲存裝置，這意味著在系統故障或系統電源關閉時，它會丟失其內容。

記憶體管理背後的主要動機是最大限度地利用計算機系統的記憶體。

作業系統負責與記憶體管理相關的以下活動：

• 跟蹤當前哪些記憶體部分正在使用以及由誰使用。
• 決定在記憶體空間可用時載入哪些程序。
• 根據需要分配和釋放記憶體空間。

輔助儲存管理

計算機系統的主要目的是執行程式。這些程式及其訪問的資料在執行期間必須位於主記憶體中。由於主記憶體太小，無法永久容納所有資料和程式，因此計算機系統必須提供輔助儲存來備份主記憶體。

大多數現代計算機系統使用磁碟作為主要的線上儲存介質，用於程式和資料。大多數程式（如編譯器、彙編程式、排序例程、編輯器、格式化程式等）都儲存在磁碟上，直到載入到記憶體中，然後使用磁碟作為其處理的源和目標。

作業系統負責與磁碟管理相關的以下活動：

• 空閒空間管理
• 儲存分配
磁碟排程

安全管理

作業系統主要負責計算機系統中發生的所有任務和活動。作業系統中的各種程序必須受到彼此活動的保護。為此，可以使用各種機制來確保只有那些已從作業系統獲得適當授權的程序才能操作檔案、記憶體段、CPU和其他資源。

安全管理是指一種機制，用於控制程式、程序或使用者對計算機定義的資源的訪問，以實施控制，並提供一些執行手段。

例如，記憶體定址硬體確保程序只能在其自己的地址空間內執行。計時器確保沒有程序可以在不釋放 CPU 的情況下獲得 CPU 的控制權。最後，不允許任何程序進行自己的 I/O 操作，以保護各種外圍裝置的完整性。

命令直譯器系統

作業系統最重要的元件之一是其命令直譯器。命令直譯器是使用者與系統其餘部分之間主要介面。

命令直譯器系統透過呼叫一個或多個底層系統程式或系統呼叫來執行使用者命令。

命令直譯器系統允許人類使用者與作業系統互動，併為使用者提供方便的程式設計環境。

許多命令透過控制語句提供給作業系統。自動執行讀取和解釋控制語句的程式。該程式稱為 shell，一些例子是 Windows DOS 命令視窗、Unix/Linux 的 Bash 或 Unix/Linux 的 C-Shell。

其他重要活動

作業系統是一個複雜的軟體系統。除了上述元件和職責外，作業系統還執行許多其他活動。其中一些列在下面：

• 安全 - 透過密碼和其他類似技術，它可以防止對程式和資料的未授權訪問。

• 控制系統性能 - 記錄服務請求和系統響應之間的延遲。

• 作業會計 - 跟蹤各種作業和使用者使用的 時間和資源。

• 錯誤檢測輔助工具 - 生成轉儲、跟蹤、錯誤訊息和其他除錯和錯誤檢測輔助工具。

• 協調其他軟體和使用者 - 協調和分配編譯器、直譯器、彙編器和其他軟體給計算機系統的各種使用者。