os ch1 introduction

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Operating System Concepts – 8th Edition,

Chapter 1: Introduction

1.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Operating System Concepts – 8th Edition

โครงสร�างของระบบโครงสร�างของระบบคอมพิ�วเตอร�คอมพิ�วเตอร�

DATA STORAGE ในการเก�บข�อม�ล หน�วยจะใช้�เป็ น Byte ในการส�งข�อม�ล จะม!หน�วยเป็ น bit

1 bit ม!ได้� สองสถานะ ค%อ 0 ก&บ 1 1 8byte = bits 1 kilobyte (K / KB ) = 2^10 bytes = 1,024 bytes 1 2 20 10megabyte (M / MB) = ^ bytes = , 24 KB 1 gigabyte (G / GB ) = 2^30 bytes 10= , 24 MB 1 2 40 10terabyte (T / TB) = ^ bytes = , 24 GB 1 petabyte (P / PB ) = 2^50 bytes 10= , 24 TB 1 2 60 10exabyte (E / EB) = ^ bytes = , 24 PB

ทบทวนก&นทบทวนก&นซั&กน�ด้ ซั&กน�ด้


โครงสร�างของระบบโครงสร�างของระบบคอมพิ�วเตอร�คอมพิ�วเตอร�ทบทวนก&นทบทวนก&น

ซั&กน�ด้ ซั&กน�ด้


โครงสร�างของระบบคอมพิ�วเตอร� ระบบคอมพิ�วเตอร�สามารถองค�ป็ระกอบออกเป็ น 4 ส�วน

Hardware – จ&ด้หาทร&พิยากรพิ%*นฐาน CPU, memory, I/O devices

Operating system ควบค,มและป็ระสานการใช้�งานของฮาร�ด้แวร�ก&บโป็รแกรมต�างๆตามท!0ผู้��

ใช้�งานต�องการ Application programs – โป็รแกรมป็ระย,กต� ซัอฟต�แวร�ท!0ถ�กสร�าง

ข3*นมาเพิ%0อใช้�ทร&พิยากรต�างๆของระบบคอมพิ�วเตอร�เพิ%0อตอบสนองความต�องการของผู้��ใช้�งาน Word processors, compilers, web browsers,

database systems, video games Users

ผู้��ใช้�งาน , เคร%0องจ&กร , ระบบคอมพิ�วเตอร�อ%0นๆ


องค�ป็ระกอบของระบบคอมพิ�วเตอร�

การท4างานของระบบคอมพิ�วเตอร� ต&วควบค,มอ,ป็กรณ์�ต�างๆ ซั!พิ!ย� และหน�วยความจ4า จะม!การต�ด้ต�อก&นผู้�าน

สายส&ญญาณ์ BUS โด้ยซั!พิ!ย�และอ,ป็กรณ์�อ%0นๆม&กจะม!การใช้�งานหน�วยความจ4าร�วมก&น และม!การแย�งก&นใช้�ทร&พิยากรท!0ม!อย��อย�างจ4าก&ด้


องค�ป็ระกอบท&*ง 4 ของระบบคอมพิ�วเตอร�


ระบบป็ฏิ�บ&ต�การค%ออะไรระบบป็ฏิ�บ&ต�การค%ออะไร??

โป็รแกรมท!0จ&ด้การฮาร�ด้แวร�ต�างๆ ควบค,มการท4างานของโป็รแกรมท!0จ&ด้การฮาร�ด้แวร�ต�างๆ ควบค,มการท4างานของโป็รแกรมป็ระย,กต�ท&*งหลายและเป็ นต&วเช้%0อมต�อระหว�างผู้��ใช้�โป็รแกรมป็ระย,กต�ท&*งหลายและเป็ นต&วเช้%0อมต�อระหว�างผู้��ใช้�เคร%0องก&บฮาร�ด้แวร�เคร%0องก&บฮาร�ด้แวร�

ว&ตถ,ป็ระสงค�ของระบบป็ฏิ�บ&ต�การว&ตถ,ป็ระสงค�ของระบบป็ฏิ�บ&ต�การ::

ป็ฏิ�บ&ต�การโป็รแกรมป็ระย,กต�ต�างๆ ป็ระสานและคอยป็ฏิ�บ&ต�การโป็รแกรมป็ระย,กต�ต�างๆ ป็ระสานและคอยควบค,มการท4างานให�ราบร%0นควบค,มการท4างานให�ราบร%0น

สร�างสภาพิการท4างานท!0สะด้วกให�ก&บผู้��ใช้�งานสร�างสภาพิการท4างานท!0สะด้วกให�ก&บผู้��ใช้�งาน ใช้�งานทร&พิยากรต�างๆอย�างม!ป็ระส�ทธิ�ภาพิใช้�งานทร&พิยากรต�างๆอย�างม!ป็ระส�ทธิ�ภาพิ


น�ยามของระบบป็ฏิ�บ&ต�การ ระบบป็ฏิ�บ&ต�การ ค%อ ผู้��จ&ด้การทร&พิยากร

บร�หารทร&พิยากรท&*งหมด้ จ&ด้การก&บป็:ญหาต�างๆของการใช้�ทร&พิยากรท!0

ม!อย��อย�างจ4าก&ด้ ระบบป็ฏิ�บ&ต�การ ค%อ โป็รแกรมควบค,ม

ควบค,มการท4างานของโป็รแกรมอ%0นๆ เพิ%0อป็;องก&นข�อผู้�ด้พิลาด้ของโป็รแกรมและการใช้�งานท!0ไม�เหมาะสมของผู้��ใช้�


Computer Startup

bootstrap program จะถ�กโหลด้ข3*นตอนเป็<ด้เคร%0อง หร%อ reboot โด้ยท&0วไป็จะถ�กจ&ด้เก�บไว�ใน ROM or EPROM

ม&กจะถ�กเร!ยกว�า firmware หน�าท!0ก4าหนด้ค�าเร�0มต�นให�ก&บร!จ�สเตอร�ใน CPU ต&ว

ควบค,มอ,ป็กรณ์� (Control Unit) ตลอด้จนหน�วยความจ4า

และท4าการโหลด้ OS ลงหน�วยความจ4าเพิ%0อเร�0มต�นการท4างาน


การท4างานของระบบคอมพิ�วเตอร� I/O devices และ CPU สามารถท4างานได้�พิร�อมๆก&น จะม!ต&วควบค,มอ,ป็กรณ์� device controller อย��ภายในต&ว

อ,ป็กรณ์�แต�ละช้น�ด้ ต&วควบค,มอ,ป็กรณ์�แต�ละต&วม&กจะม! buffer ภายในต&ว CPU จะส�ง/ร&บ ข�อม�ลจากหน�วยความจ4าหล&ก ไป็ย&ง/จาก

buffer ของอ,ป็กรณ์�แต�ละต&ว หน�วยอ�นพิ,ท/เอาท�พิ,ท ก�จะร&บข�อม�ลจาก buffer ของต&ว

ควบค,มอ,ป็กรณ์�แต�ละต&ว ต&วควบค,มอ,ป็กรณ์�จะรอจนอ,ป็กรณ์�แต�ละช้,ด้ท4างานเสร�จ

จะแจ�งผู้ลการท4างานผู้�านกระบวนการข&ด้จ&งหวะ interupt


Common Functions of Interrupts

อ�นเตอร�ร&พิจะส�งส&ญาณ์ควบค,มไป็ท4างาน โด้ยผู้�านทาง interrupt vector ซั30งจะจ&ด้เก�บท!0อย��ของส&ญญาณ์อ�นเตอร�ร&พิท&*งหมด้ไว�

สถาป็:ตยกรรมอ�นเตอร�ร&พิจะต�องม!การเก�บท!0อย��ของการท4างานไว�ในช้,ด้ค4าส&0งอ�นเตอร�ร&พิด้�วย

อ�นเตอร�ร&พิจะท4างานได้�เพิ!ยงคร&*งละ 1 การร�องขอเท�าน&*น โด้ยจะม!การ disable ส&ญญาณ์อ�นเตอร�ร&พิอ%0นๆ เพิ%0อป็;องก&นการส�ญหายของอ�นเตอร�ร&พิท!0ม!การใช้�งานก�อนหน�า

system call และ trap ค%ออ�นเตอร�ร&พิท!0ถ�กสร�างโด้ยซัอฟต�แวร�เม%0อเก�ด้กรณ์!ของโป็รแกรมท4างานผู้�ด้พิลาด้ หร%อเก�ด้จากการร�องขอของผู้��ใช้�งาน

ระบบป็ฏิ�บ&ต�การจะเป็ นผู้��จ&ด้การส&ญญาณ์อ�นเตอร�ร&พิท&*งหมด้


Interrupt Timeline


Direct Memory Access Structure

จะใช้�อ,ป็กรณ์�อ�นพิ,ท/เอาท�พิ,ทความเร�วส�งท!0สามารถต�ด้ต�อก&บหน�วยความจ4าได้�ในความเร�วท!0พิอๆก&น

ต&วควบค,มอ,ป็กรณ์�จะขนย�ายบล=อกของข�อม�ลท!0เก�บอย��ใน buffer โด้ยตรงไป็ย&งหน�วยความจ4าโด้ยไม�ผู้�านการท4างานของหน�วยป็ระมวลผู้ล

ข�อม�ลแต�ละบล=อกจะม!การสร�างส&ญญานอ�นเตอร�ร&พิหน30งคร&*ง


Example of Program Execution


Storage Structure

Main memory – เป็ นหน�วยความจ4าขนาด้ใหญ�เพิ!ยงต&วเด้!ยวท!0ซั!พิ!ย�ต�ด้ต�อด้�วยโด้ยตรง

Secondary storage – ขยายมาจากหน�วยความจ4าหล&กเพิ%0อใช้�เก�บข�อม�ลถาวร ซั30งจะม!ขนาด้ใหญ�มาก

Magnetic disks – เป็ นหน�วยเก�บข�อม�ลท!0จะจ&ด้เก�บข�อม,ลต�อจาก secondary storage อ!กท!หน30ง จะม!การเก�บข�อม�ลถาวรเหม%อนก&นก&บ secondary storage แต�จะม!ความเร�วในการท4างานท!0ช้�ากว�ามาก แต�ก�จะม!ต�นท,นท!0ต40ากว�าด้�วยเช้�นก&น


Storage Hierarchy

ระบบการจ&ด้เก�บข�อม�ลจะถ�กจ&ด้การเป็ นล4าด้&บช้&*นStorage systems organized in hierarchy ความเร�ว ราคา ความคงอย��ของข�อม�ล

Caching – การค&ด้ลอกข�อม�ลไป็ย&งหน�วยเก�บข�อม�ลท!0เร�วกว�า ซั30งหน�วยความจ4าหล&กสามารถมองได้�ว�าเป็ นการ chache ส,ด้ท�ายจากหน�วยเก�บข�อม�ลขนาด้ใหญ� (จ4าพิวกฮาร�ด้ด้�กส�)


Storage-Device Hierarchy


Caching

เป็ นส�วนท!0ส4าค&ญมาก ซั30งจะป็รากฎอย��ในหลายๆส�วนของคอมพิ�วเตอร� ( hardware, operating system, software)

ข�อม�ลจะถ�กค&ด้ลอกจากหน�วยเก�บข�อม�ลท!0ม!ความเร�วต40าไป็ย&งหน�วยเก�บข�อม�ลท!0ความเร�วส�งกว�า

Faster storage (cache) จะม!การเร!ยกใช้�ข�อม�ลจากหน�วยความจ4า chache ท!0เร�วส,ด้ก�อนเป็ นอ&นด้&บแรก ถ�าม!ข�อม�ลในแคช้ ก�จะถ�กน4าไป็ใช้�ก�อนได้�เลย ซั30งจะท4าให�การท4างานรวด้เร�ว

มากกว�าการด้3งข�อม�ลจากหน�วยเก�บข�อม�ลท!0ช้�ากว�า ถ�าไม�ม!ข�อม�ลท!0ต�องการในแคช้ ก�จะท4าการค&ด้ลอกข�อม�ลเข�ามาในแคช้ แล�ว

ค�อยด้3งข�อม�ลจากแคช้ไป็ท4างานอ!กท!หน30ง แคช้จะม!ขนาด้ท!0เล�กกว�าหน�วยเก�บข�อม�ลอ%0นๆอย��มาก

การบร�หารจ&ด้การแคช้เป็ นเร%0องท!0ส4าค&ญมาก เพิราะจะส�งผู้ลต�อป็ระส�ทธิ�ภาพิโด้ยรวมของระบบ

ขนาด้ของแคช้และนโยบายการแทนท!0ข�อม�ลก�ส�งผู้ลต�อป็ระส�ทธิ�ภาพิการท4างานโด้ยรวมด้�วยเช้�นก&น


Computer-System Architecture

ระบบส่�วนใหญ่�จะใช้ หน�วยประมวลผลที่��ม�จ�ดประส่งค์�ในการที่�างานเพี�ยงอย�างเด�ยวในแต่�ละต่#ว

Multiprocessors เป$นระบบที่��ม�การพี#ฒนาขึ้'(นอย�างต่�อเน)�อง ม#กร* จ#กในช้)�อ parallel systems, tightly-coupled systems

ประโยช้น�ที่��ได ร#บ1 . ให ผลล#พีที่�การที่�างานที่��ด�ขึ้'(น2. เพี-�มค์วามค์� มค์�า3. เพี-�มค์วามน�าเช้)�อถื)อ ค์วามเส่ถื�ยรภาพีขึ้องระบบ

ม�อย*�ด วยก#น 2 แบบ1. Asymmetric Multiprocessing

2. Symmetric Multiprocessing


How a Modern Computer Works


Symmetric Multiprocessing Architecture


A Dual-Core Design


Clustered Systems

ม!ล&กษณ์ะคล�ายก&บ multiprocessor systems ม&กใช้�ส4าหร&บการแช้ร�หน�วยเก�บข�อม�ล storage-area

network (SAN) ม&กช้�วยในเร%0องของการเพิ�0มเสถ!ยรภาพิของระบบ

Asymmetric clustering จะม!การท4างานท!ละระบบโด้ยให�อ!กระบบหน30งรอการท4างานไว�

Symmetric clustering จะช้�วยในการท4างานพิร�อมๆก&น

การท4างานของระบบคล&สเตอร�บางระบบให�ผู้ลล&พิธิ�การท4างานท!0ด้!มาก โด้ยส�วนใหญ�จะเป็ นการท4างานแบบขนาน


Memory Layout for Multiprogrammed System


Operating-System Operations ข�อผู้�ด้พิลาด้ของการเข!ยนโป็รแกรมหลายอย�างตรวจได้�ด้�วยฮาร�ด้แวร� ซั30งจะจ&ด้การ

ต�อในบางล&กษณ์ะเช้�น ย,ต�การท4างานของโป็รแกรมน&*นและแจ�งข�อผู้�ด้พิลาด้ออกมา ฮาร�ด้แวร�จ3งต�องม!ความสามารถท!0จะรองร&บการป็;องก&นของระบบ

Dual-mode การท4างานแบบสองสภาวะ User mode และ kernel mode Mode bit จะถ�กเพิ�0มในฮาร�ด้แวร�

ม!ข3*นเพิ%0อแยกความแตกต�างระหว�างภาวะก4าก&บด้�แลของระบบป็ฏิ�บ&ต� kernel mode การจนกว�าจะบรรจ,โป็รแกรมของผู้��ใช้�ข3*นมาแล�วท4างาน จ3งเป็ล!0ยนสภาวะเป็ นผู้��ใช้� user mode

บางค4าส&0งท!0อาจเป็ นอ&นตรายต�อต&วระบบป็ฏิ�บ&ต�การหร%อโป็รแกรมของผู้��อ%0นจะถ�กจ&ด้เป็ น privileged instruction ซั30งจะถ�กท4างานภายในสภาวะ kernel mode เท�าน&*น

เม%0อม!การเร!ยกค4าส&0งระบบข3*นการควบค,มจะผู้�านไป็ย&งระบบป็ฏิ�บ&ต�การผู้�าน interupt vector และเป็ล!0ยนสภาวะเป็ น kernel เม%0อผู้�านการตรวจสอบว�าอน,ญาตและถ�กต�อง ก�จะท4างานตามการร�องขอน&*น และเม%0อส�*นส,ด้ก�จะกล&บไป็ท4างานต�อหล&งจ,ด้ท!0ม!การเร!ยกค4าส&0งน&*น


Operating-System Operations

เคอร�เนล หมายถ3ง ส�วนป็ระกอบหล&กของระบบป็ฏิ�บ&ต�การซั30งคอยด้�แลบร�หารทร&พิยากรของระบบ และต�ด้ต�อก&บฮาร�ด้แวร�และ ซัอฟต�แวร� เน%0องจากว�าเป็ นส�วนป็ระกอบพิ%*นฐานของระบบป็ฏิ�บ&ต�การ เคอร�เนล น&*นเป็ นฐานล�างส,ด้ในการต�ด้ต�อก&บทร&พิยากรต�างๆ เช้�น หน�วยความจ4า หน�วยป็ระมวลผู้ลกลาง และ อ,ป็กรณ์�อ�นพิ,ตและเอาต�พิ,ต


Timer

การป็;องก&นไม�ให�โป็รแกรมท4างานวนซั4*าไม�ส�*นส,ด้ หร%อไม�ค%นการควบค,มให� OS เลย

ใช้�กลไกของส&ญญาณ์นาฬิ�กา ซั30งจะท4าให�เก�ด้การข&ด้จ&งหวะหล&งจากม!การท4างานของแต�ละโป็รเซัสผู้�านไป็ช้�วงเวลาหน30ง

กลไกของส&ญญาณ์นาฬิ�กา อาจจะก4าหนด้ตายต&วหร%อม!การป็ร&บเป็ล!0ยนได้�

การสล&บการท4างานระหว�างโป็รเซัสเร!ยกว�า Context Switch


Process Management

ท4าการแบ�งป็:นเวลาป็ระมวลผู้ลของ CPU ให�เพิ!ยงพิอก&บงานท,กงาน

พิยายามใช้� CPU ป็ระมวลผู้ลตามจร�ง เช้�นหากม!การใช้�งาน CD-ROM อย��และระหว�างการอ�านข�อม�ลผู้��ใช้�กด้เอาแผู้�นออก CPU จะควรจะหย,ด้งานอ�านแผู้�นก�อน และไป็ท4างานอ%0นแทน

จ&ด้เตร!ยมกลไกส4าหร&บการท4างานแบบป็ระสานจ&งหวะ จ&ด้เตร!ยมกลไกส4าหร&บการจ&ด้การป็:ญหาของภาวะต�ด้

ตาย จ&ด้เตร!ยมกลไกส4าหร&บการจ&ด้การส%0อสารระหว�างโป็รเซัส


Memory Management

ระบบจะต�องแบ�งหน�วยความจ4าให�เพิ!ยงพิอในแต�ละงาน

ระบบจะต�องจ&ด้การขอบเขตของหน�วยความจ4าให�ด้! งานๆ หน30งจะต�องไม�สามารถน4าหน�วยความจ4าของงานอ%0นมาใช้�งานได้�


Storage Management

สร�างและลบไฟล� สร�างและลบได้เรกทอร!0 ส4ารองข�อม�ลบนส%0อบ&นท3กข�อม�ลถาวร จ4าก&ด้ส�ทธิ�Aในการเข�าถ3งไฟล�และได้เรกทอร!0 ตาม

ล4าด้&บช้&*นท!0ก4าหนด้

File-System management


Storage ManagementMass-storage management

จะใช้�เก�บข�อม�ลเพิ%0อไม�ให�ข�อม�ลม!อย��ในหน�วยความจ4าจนเต�มพิ%*นท!0 หร%อใช้�ในการเก�บข�อม�ลท!0ต�องการส4ารองไว�ใช้�นาน

การบร�การท!0เหมาะสมเป็ นส4าค&ญแต�ก�ยากในการจ&ด้การ ระบบป็ฏิ�บ&ต�

บร�หารเน%*อท!0ว�าง จ&ด้เก�บข�อม�ลอย�างเป็ นระบบ สร�างตารางการท4างานของด้�สก�

หน�วยเก�บข�อม�ลบางต&วก�ไม�ได้�ต�องการความเร�วในการท4างาน optical storage, magnetic tape แต�ก�ย&งคงต�องการการจ&ด้การท!0ด้! ม!ใช้�ท&*งแบบ WORM (write-once, read-many-

times) และ RW (read-write)


Performance of Various Levels of Storage

Movement between levels of storage hierarchy can be explicit or implicit


Peer-to-Peer Computing

เป$นอ�กร*ปแบบหน'�งขึ้องระบบการกระจายการที่�างาน P2P ไม�ได แต่กต่�างจากระบบ client-server

Instead all nodes are considered peers

May each act as client, server or both

Node must join P2P network

Registers its service with central lookup service on network, or

Broadcast request for service and respond to requests for service via discovery protocol

Examples include Napster and Gnutella

os ch1 introduction

Documents

s q q s q

th edition silberschatz

s q bus

trap s

th edition1

memory managements s

gboperating system concepts

s data storage byte