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Chapter 1: Introduction (電腦系統組織 (電腦系統運作 (p.1-11圖:fire::fire::fire:)…

- - - - 方便、好用、效能好
      - 不在意資源利用度( resource utilization)
      - But shared computer such as mainframe or minicomputer must keep all users happy
    - - 為資源分配者(resource allocator) 及控制程式(control program)
      - 使硬體有效地被利用
      - 管理user programs 的執行
- - - - 又被稱為Memory Controller Hub(MCH) or Graphics and Memory Controller Hub (GMCH)
      - 透過FrontSide Bus (FSB)連到CPU
      - 不同bus，不同的頻率
    - - 又被稱為I/O Controller Hub(ICH)
      - 連接速度較慢?(Connected to slower capabilities)
  - - - 每一個device controller都
        
        (1)負責特定的設備種類
        
        (2)有一個local buffer
    - - 每種type各一種，負責做管理
      - e.g. CPU把資料移進/出memory
    - - 定義: 從device -> controller的local buffer
      - interrupt:star::star::star: : device controller通知CPU，說它已完成工作，稱之
  - - - interrupt發生時，把控制權交給interrupt service routine (ISR):star::star::star:來處理
      - interrupt vector :star::star::star:: 可從裡面找到service routines的addresses
      - 必須儲存發生中斷的指令的位址
    - - trap:star::star::star: : 正常系統功能請求
      - exception :star::star::star:: 系統發生錯誤(e.g.除以0)
    - - 作業系統會把CPU的狀態記錄下來，存在 :pencil2: register、program counter
      - 確定發生的中斷類型
        
        polling:star:
        
        vectored interrupt system:star:
      - 根據segement code決定要採取什麼動作
  - - - 使用idle指令把CPU空下來，直到下一次的interrupt
      - 一次最多處理一個I/O指令
    - - System call:star: : 讓OS叫user等待I/O完成
      - Device-status table:star: : 紀錄每個設備的type, address, and state
      - OS透過I/O device table來確認設備的狀態、修改table entry以涵蓋interrupt
  - - - 只有CPU才可以直接存取
      - Random access、volatile、Dynamic Random-access Memory (DRAM):star:
    - - Main memory的擴產
      - nonvolatile:star:
    - - 被分成tracks，track再被分成sectors
      - disk controller : 決定設備與電腦的邏輯互動
    - - 比硬碟快、nonvolatile
      - 也就是SSD(固態硬碟)
  - - - Device controller可直接把資料從buffer送到main memory，無須CPU介入
      - 一個block才產生一個中斷(而非1byte就一個)
      - 用於高速I/O設備，速度可快到跟memory差不多
- - - - 別名 : parallel systems(平行系統)、tightly-coupled systems(緊密耦合系統)
      - 優點
        
        throughput↑
        
        規模經濟
        
        可靠度↑ (容錯，一台壞了換掉就好)
      - 分兩類
        
        Asymmetric Multiprocessing(非對稱):star: : 處理器間地位不平等
        
        Symmetric Multiprocessing(對稱) :star:: 處理器間地位都平等
    - - 定義 : 多個系統一起工作
      - 通常使用 storage-area network (SAN)共享儲存空間
      - 其中一個故障了也沒什麼事 -> high-availability(高可用性)
        
        Asymmetric clustering : 一台機器處於Hot-standb，負責監控
        
        Symmetric clustering : 多台機器在執行應用、彼此互相監控
      - 有些叢集用於high-performance computing (HPC)(高效能運算)
      - 應用程式必須被寫成允許parallelization
  - - - 所有CPU共用一個memory
      - 所有處理器都是同儕，沒有主從關係
    - - 有多個memory，可解決多個CPU存取memory的bottleneck
    - - 多台電腦共享儲存空間(by LAN 高速網路，存去NAS)
- - - - 工作 : 系統做初始化、載入kernel
      - 存放 : ROM或EPROM，通常稱為firmware:star::star::star:
    - - 硬體中斷 : 由設備發出
      - 軟體中斷 : 軟體錯誤、要求系統服務(system call:star:)
  - - - CPU不會停下來，它隨時都會有一個工作要做
      - 所有job都被存在memory中
      - CPU可載入多個程式，當CPU需要停下來等時(e.g.在做I/O)，就先把CPU切給別人
      - 透過job scheduling:star:選擇、執行工作
    - - CPU頻繁切換，切得夠快能夠讓人以為每秒都在執行程式
      - creating interactive:star: computing
      - Response time 應小於1秒
      - process : 在memory中執行的程式(每個user至少都有一個)
      - CPU scheduling :star:: 若有多個job同時要執行，就幫他們排時間，直到Pre-empted or allocated time is up
      - swapping:star: : 若process進不去memory，可使用它把processes移進或移出
      - Virtual memory:star: : 允許執行不完全在memory中的process
  - - - 保護作業系統、系統元件
      - 分成2種mode
        
        User mode、kernel mode
        
        Mode bit
        
        由硬體提供
        
        可用來區分現在是在user或kernel mode
        
        privileged instructions(特權指令)只有kenel moded可以使用
    - - e.g. virtual machine manager (VMM) mode for guest VMs
    - - Timer(計時器)可防止無限loop、processes占用系統資源
- - - - 定義
        
        執行中的程式
        
        系統進行資源分配的基本單位
      - 種類
        
        Single-threaded process:star: : 只有一個program counter(程式計數器):star:指向下一條指令的位址
        
        Multi-threaded process:star: : 每個thread都有一個program counter
    - - 新增、刪除、暫停、恢復process
      - 提供同步、溝通、處理死結的機制
    - - Process : 主動實體
      - Program : 被動實體
  - - - 追蹤目前有哪些memory被使用、被誰使用
      - 將data、process移進或移出memory
      - 配置、釋放記憶體空間
  - - - 建立、刪除、操作檔案、目錄
      - 將文件映射到secondary storage
      - 備份文件
  - - - 安裝、卸載、儲存空間分配、磁碟分割、保護
  - - - 不論資料現在存在哪一層，都要小心使用，
      - 磁碟 -> main memory -> cache -> 硬體暫存器
    - - 必須提供cache coherency:star:
- - - - 以Network作為溝通路徑，以TCP/IP最常見
        
        Local Area Network (LAN)
        
        Wide Area Network (WAN)
        
        Metropolitan Area Network (MAN)
        
        Personal Area Network (PAN)
    - - 允許多個系統交換訊息 => 看起來像一個系統而已
- - - - Modular
        
        不同的部分可各自開發
        
        藉由component oriented:star::star::star:實現，並包成packages:star::star::star:
      - Capability-based
        
        process必須具有capability(a valid handle):star::star::star:，以對其引用對象進行操作
      - supporting Flutter:star::star::star: : 寫出來的程式可以在所有平台上執行
    - - Portable UI toolkit:star::star::star: : 使用一個codebase，就可以在iOS及Android上建立原生app
      - 特色 : 開發快速、具表現力且靈活的UI、Native Performance
  - - - :star:Public cloud(公共雲) : 供所有人使用
      - :star:Private cloud(私有雲) : 供私人使用
      - :star:Hybrid cloud(混合雲) : 公共+私有
      - :star:SaaS (Software as a Service): 透過網路提供應用程式 (e.g.文字處理器)
      - :star:PaaS (Platform as a Service): 透過網路提供應用程式會用到的軟體stack (e.g.資料庫)
      - :star:IaaS (Infrastructure as a Service) : 透過網路提供servers或儲存空間 (e.g.備份)
  - - - 特殊目的的OS
      - 有明確的固定時間限制、必須在限制內完成工作
- - - - system program:star: : 跟作業系統有關，但不是kernel
      - application program:star: : 跟作業系統無關的