作業系統 - 屬性

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以下是作業系統的不同屬性。本教程將逐一詳細解釋這些屬性。

1. 批處理
2. 多工處理
3. 多道程式設計
4. 互動性
5. 即時系統
6. 分散式環境
7. 假離線 (Spooling)

批處理

批處理是一種技術，作業系統在處理開始之前將程式和資料一起收集到批處理中。作業系統執行與批處理相關的以下活動：

• 作業系統定義一個作業，該作業將預定義的命令、程式和資料序列作為一個單元。

• 作業系統在記憶體中保留多個作業，並在沒有任何手動資訊的情況下執行它們。

• 作業按提交順序處理，即先到先服務方式。

• 作業完成執行後，其記憶體將被釋放，作業的輸出將被複制到輸出假離線區，以便稍後列印或處理。

優點

• 批處理將大部分操作員的工作轉移到計算機上。

• 效能提高，因為新的作業在之前的作業完成時立即啟動，無需任何人工干預。

缺點

• 難以除錯程式。
• 作業可能會進入無限迴圈。
• 由於缺乏保護機制，一個批處理作業可能會影響待處理的作業。

多工處理

多工處理是指透過在多個作業之間切換，CPU同時執行多個作業。切換頻率非常高，使用者可以在程式執行時與每個程式互動。作業系統執行與多工處理相關的以下活動：

• 使用者直接向作業系統或程式發出指令，並立即收到響應。

• 作業系統以能夠同時處理多個操作/執行多個程式的方式來處理多工處理。

• 多工作業系統也稱為分時系統。

• 這些作業系統是為了以合理的成本提供計算機系統的互動式使用而開發的。

• 分時作業系統使用 CPU 排程和多道程式設計的概念，為每個使用者提供分時 CPU 的一小部分時間。

• 每個使用者在記憶體中至少有一個單獨的程式。

• 載入到記憶體中並正在執行的程式通常稱為程序。

• 當程序執行時，它通常只執行很短的時間，然後才能完成或需要執行 I/O。

• 由於互動式 I/O 通常以較慢的速度執行，因此完成可能需要很長時間。在此期間，另一個程序可以使用 CPU。

• 作業系統允許使用者同時共享計算機。由於分時系統中的每個操作或命令都傾向於很短，因此每個使用者只需要很少的 CPU 時間。

• 由於系統快速地將 CPU 從一個使用者/程式切換到下一個使用者/程式，每個使用者都認為他/她擁有自己的 CPU，而實際上只有一個 CPU 被許多使用者共享。

多道程式設計

當兩個或多個程式同時駐留在記憶體中時，共享處理器稱為多道程式設計。多道程式設計假定單個共享處理器。多道程式設計透過組織作業來提高 CPU 利用率，以便 CPU 始終有一個作業要執行。

下圖顯示了多道程式設計系統的記憶體佈局。

作業系統執行與多道程式設計相關的以下活動。

• 作業系統一次在記憶體中保留多個作業。

• 這組作業是儲存在作業池中的作業的子集。

• 作業系統選擇並開始執行記憶體中的一個作業。

• 多道程式設計作業系統使用記憶體管理程式監控所有活動程式和系統資源的狀態，以確保 CPU 從不空閒，除非沒有作業要處理。

優點

• 高而有效的 CPU 利用率。
• 使用者感覺許多程式幾乎同時分配了 CPU。

缺點

• 需要 CPU 排程。
• 為了容納記憶體中的許多作業，需要記憶體管理。

互動性

互動性是指使用者與計算機系統互動的能力。作業系統執行與互動性相關的以下活動：

• 為使用者提供與系統互動的介面。
• 管理輸入裝置以接收使用者的輸入。例如，鍵盤。
• 管理輸出裝置以向用戶顯示輸出。例如，顯示器。

作業系統的響應時間需要很短，因為使用者會提交併等待結果。

即時系統

即時系統通常是專用的嵌入式系統。作業系統執行與即時系統活動相關的以下活動。

• 在這些系統中，作業系統通常從感測器資料讀取並對其做出反應。
• 作業系統必須保證在固定的時間段內對事件做出響應，以確保正確的效能。

分散式環境

分散式環境是指計算機系統中的多個獨立 CPU 或處理器。作業系統執行與分散式環境相關的以下活動：

• 作業系統將計算邏輯分佈到多個物理處理器中。

• 處理器不共享記憶體或時鐘。相反，每個處理器都有自己的本地記憶體。

• 作業系統管理處理器之間的通訊。它們透過各種通訊線路相互通訊。

假離線 (Spooling)

假離線 (Spooling) 是同時外圍裝置線上操作的首字母縮寫詞。假離線是指將各種 I/O 作業的資料放入緩衝區。該緩衝區是記憶體或硬碟中一個特殊的區域，I/O 裝置可以訪問該區域。

作業系統執行與分散式環境相關的以下活動：

• 處理 I/O 裝置資料假離線，因為裝置具有不同的資料訪問速率。

• 維護假離線緩衝區，該緩衝區提供一個等待站，資料可以在較慢的裝置趕上來時在此處停留。

• 由於假離線程序而保持平行計算，因為計算機可以並行執行 I/O。計算機可以同時從磁帶讀取資料、向磁碟寫入資料以及向磁帶印表機寫入資料，同時執行其計算任務。

優點

• 假離線操作使用磁碟作為非常大的緩衝區。
• 假離線能夠將一項作業的 I/O 操作與另一項作業的處理器操作重疊。