โครงสร้าง ระบบปฏิบัติการ ·...

RAWI JAEMPINIT awe412@gmail.com

โครงสรางระบบปฏบตการ

สปดาหท 7

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

ผลการเรยนรทคาดหวง

นกเรยนสามารถบอกโครงสรางของระบบปฏบตการได

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

วตถประสงคการเรยนร

เพอท าความเขาใจเกยวกบโครงสรางของระบบปฏบตการ โดยศกษาถงโครงสรางพนฐานของระบบคอมพวเตอร และโครงสรางของระบบปฏบตการ

เพอใหรเกยวกบสถาปตยกรรมพนฐานของระบบคอมพวเตอร โครงสรางสรางหนวยรบเขา/สงออก โครงสรางหนวยเกบ ล าดบชนของหนวยเกบ และการปองกนระดบฮารดแวร และสถาปตยกรรมของระบบทวไป

เพอใหรเกยวกบโครงสรางระบบปฏบตการ โปรแกรมระบบ โครงสรางระบบ และเครองเสมอน

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

Agenda

Computer System Operation

I/O Structure

Storage Structure

Storage Hierarchy ล าดบขนของหนวยเกบขอมล

Hardware Protection

General System Architecture

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

ความสมพนธขององคประกอบคอมฯ

www.satriwit3.ac.th Logo

หนวยรบเขา

หนวยความจ าหลก

หนวยความจ ารอง

หนวยสงออก

หนวยประมวลผล

แทนบสขอมล

แทนบสทอย

แทนบสควบคม

Arithmetic Logic

Unit

Control Unit

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”ปฏบตการของระบบคอมพวเตอร(computer-system operation)

ระบบคอมพวเตอรขนาดใหญปจจบนประกอบดวย ซพย และกลมของตวควบคมอปกรณ (device controller) ซงเชอมตอเพอเขาถงหนวยความจ าผานทางบสระบบ (system bus)

อปกรณแตละชนดจะมตวควบคมอปกรณเฉพาะแยกจากกน โดยม local buffer

ซพยและตวควบคมอปกรณทงหมดสามารถท างานไปพรอมๆ กนได ซพยจะยายขอมลเขา/ออกระหวางหนวยความจ าหลกกบ local buffer ตวควบคมอปกรณจะบอกซพยวาอปกรณท างานเสรจแลวหรอยงโดยวธ

ขดจงหวะ (interrupt) เพอประกนวาล าดบการเขาถงหนวยความจ านเปนไปอยางถกตอง จะเปน

หนาทของตวควบคมหนวยความจ าทจะเปนผคอยจดจงหวะ

ภาพท 2.1 ระบบคอมพวเตอรสมยใหม

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

เมอเปดเครองหรอรบต (reboot) จะมโปรแกรมเลกๆ ถกโหลดเขาหนวยความจ าหลกเพอใชในการเรมระบบ เรยกวา โปรแกรมปลกเครอง หรอโปรแกรมบต (bootstrap program)

เมอ os ถกบรรจ (load) เขามาไวในหนวยความจ าแลวจงเรมกระบวนการเรมตน (init process) หรอ UPP (Universal Progenitor Process) และพรอมทท างานโดยการรอคอยเหตการณบางอยาง

เหตการณจะเกดขนโดยอาศยสญญาณการขดจงหวะ (interrupt) ซงถกสงมาโดยฮารดแวรหรอซอฟตแวร

Computer-System Operation (cont.)

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”หนาทของการขดจงหวะCommon Functions of Interrupts

ฮารดแวรอนเทอรรพทจะถกสงไปยงซพยผานทางระบบบส

ซอฟตแวรอนเทอรรพทจะอาศยค าสงปฏบตการพเศษทเรยกวา การเรยกระบบ (system call หรอ monitor call)

การขดจงหวะแตละชนดจะไดรบการตอบสนองดวย service routine ทเหมาะสมกบการขดจงหวะนนๆ

เมอซพยถกขดจงหวะมนจะหยดท างานชวคราวเพอใหอปกรณท าการถายขอมลจนแลวเสรจ เพอปองการสญเสยการขดจงหวะ (lost interrupt) จากนน ซพยจงจะกลบไปท างานทคางอยตอไป

OS จะรกษาสถานะของซพยปจจบนไวโดยเกบเรจสเตอรและตวนบโปรแกรมขณะนน (program counter)

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

การขดจงหวะจะสงมอบการควบคมไปยง รทนบรการขดจงหวะ (interrupt service routine) ผานทาง อนเทอรรพตเวกเตอร (interrupt vector) ซงบรรจทอยของรทนบรการทงหมดไว

สถาปตยกรรมการขดจงหวะจะตองจดเกบทอยของค าสงทถกขดจงหวะ

แทรบ (Trap) คอการขดจงหวะโดยซอฟตแวรทอาจเกดโดยขอผดพลาด หรอผใชรองขอ

ในฐานะน OS จงเปน interrupt driven.

Common Functions of Interrupts (cont.)

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

ภาพท 2.2 ชวงเวลาของการขดจงหวะส าหรบกระบวนการเดยวทก าลงแสดงผลลพธ

ชวงเวลาการขดจงหวะส าหรบกระบวนการเดยว

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

I/O Structure

หลงจาก i/o เรมตน, การควบคมจะถกสงกลบไปยงโปรแกรมผใชเมอปฏบตการของ i/o สนเสรจลง (I/O completion) เทานนรอค าสงวางของซพย (CPU idle) จนกวาจะถงการขดจงหวะถดไป

รอลป (Wait loop) เพอใชหนวยความจ าอยางนอยการรองขอ i/o หนงครงเสรจสนลงและไมตองท างานตอไป

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

I/O Structure (cont.)

หลง i/o เรมตน, การควบคมจะถกสงกลบไปยงโปรแกรมผใชโดยไมตองรอให i/o ปฏบตการเสรจสน (I/O completion) การเรยกระบบ (System call) – การรองขอไปยง OS เพอขอใหผใชรอจนกวาปฏบตการของ i/o จะเสรจสน

ตารางสถานะอปกรณ (Device-status table) บรรจรายการเกยวกบการขอใชอปกรณ เชน ชนด ทอย และสถานะ เปนตน

OS จะสรางดชนชไปยงตารางอปกรณ i/o เพอดสถานะของอปกรณ และแกไขรายการในตาราง รวมทงการขดจงหวะ

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

I/O Structure (cont.)

วธทซพยตองรอใหการเสรจสนไอ/โอ เสยกอนน เรยกวา ประสานเวลา หรอซงโครนส (synchronous)

สวนวธทตรงกนขามเรยกวา ไมประสานเวลา หรออะซงโครนส (asynchronous)

ในกรณทเปนประสานเวลา ซง ซพยตองรอใหการเสรจสนไอ/โอ นน ในระหวางทซพยรอ จ าเปนตองมค าสงพเศษ เรยกวา ค าสงรอ (wait instruction) ไปเรอยๆ จนกวาจะไดรบการขดจงหวะใหม

Two I/O Methods

Synchronous Asynchronous

Device-Status Table

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”

I/O Structure (cont.)

ในกรณของอะซงโครนส i/o จะเพมประสทธภาพของระบบ ในระหวางท i/o ก าลงท างานอย ซพยสามารถด าเนนการงานอน หรอเรมท าi/o ของอปกรณตวอนไปพรอมๆ กนได

แตการเหลอมการท างานในลกษณะนกยงมขอจ ากดเนองจากความแตกตางกนระหวางความเรวของ i/oกบซพยมมาก

ตองใช DMA เขามาชวย

“ ง30202 ระบบปฏบตการ”โครงสราง DMA(DMA Structure)

DMA (Direct Memory Access) จะใชในอปกรณไอ/โอ ทมความเรวสง เชน เทป ดสก เครอขายสอสาร เปนตน

ถาโปรแกรมผใชหรอ OS ตองการรบ-สงขอมล, OS จะหา บฟเฟอรทตองการ (บฟเฟอรวาง ส าหรบน าเขา, บฟเฟอรเตมส าหรบสงออก) จากอาณาบรเวณของบฟเฟอร

จากนน ตวขบอปกรณจะเซตคาเรจสเตอรของตวควบคม DMA เพอระบตนทาง ปลายทาง และขนาดทจะสง

หลงจากนน DMA จะควบคมและด าเนนการสงขอมลระหวาง i/o กบหนวยความจ า

ในระหวางนน ซพยกเปนอสระทท างานอยางอนได จนกระทงการสงขอมลเสรจสน DMA จะสงสญญาณขดจงหวะซพย อกครงหนง

simple DMA Structure

MAR (memory address register)

MDR (memory data register)

CU (Control Unit)

PC (Program Counter)

IR (Instruction Register)

DMA Structure