Ch3-Operating System Components

Operating-System Components 1

บทท�� 3องค์ประกอบของระบบปฏิ�บ�ติ�

การค์อมพิ�วเติอรOperating-System

Components


หั�วข้�อบรรยาย System Components (ส่�วนประกอบข้องระบบ

ปฏิ�บ�ติ�การ) Operating System Services (บร�การติ�าง ๆ ข้อง

ระบบปฏิ�บ�ติ�การ) System Calls (การเร�ยกใช้�งานระบบ) System Programs (โปรแกรมระบบ) System Structure (โครงส่ร�างระบบ) Virtual Machines (ระบบเส่ม�อน) System Design and Implementation (การ

ออกแบบระบบและการน!าไปใช้�งาน)


องค#ประกอบพื้�%นฐานข้องระบบ Process Management (การบร�หัารจั�ดการโปรเซส่) Main Memory Management (การบร�หัารจั�ดการ

หัน�วยความจั!าหัล�ก) File Management (การบร�หัารการจั�ดการแฟ้+มข้�อม,ล) I/O System Management (การบร�หัารจั�ดการ

อ-ปกรณ์#ร�บ-ส่�งข้�อม,ล) Secondary Management (การบร�หัารจั�ดการหัน�วย

ความจั!าทุ-ติ�ยะภู,ม�) Networking (ระบบเคร�อข้�าย)


การจั�ดการโปรเซส่ โปรเซส่ ค�อโปรแกรมทุ�2ค!าส่�2งทุ!าการประมวลผลอ

ย,� โดยปกติ�โปรเซส่จัะติ�องการใช้�ทุร�พื้ยากรใน

ระหัว�างการทุ!างาน เช้�น ซ�พื้�ย, เมโมร�2 เพื้�2อใหั�การประมวลผลส่!าเร4จั


Main-Memory Management

Memory - หัน�วยความจั!าหัล�ก ม�ข้นาดเป5นจั!านวนค!า หัร�อจั!านวนไบทุ#ข้นาดใหัญ่�ซ72งม�ติ!าแหัน�งอ�างอ�งเร�ยกว�าแอดเดรส่เป5นข้องตินเอง และเป5นส่ถานทุ�2หัร�ออ-ปกรณ์#ส่!าหัร�บการบ�นทุ7กข้�อม,ลช้�2วคราวทุ�2ใช้�งานร�วมก�นระหัว�างโปรเซส่

หัน�วยความจั!าเป5นทุ�2เก4บข้�อม,ลช้�2วคราว ซ72งจัะส่,ญ่เส่�ยข้�อม,ลทุ-กอย�างไปถ�าหัากไฟ้ฟ้+าด�บ


File Management A file - แฟ้+มข้�อม,ล ค�อ ทุ�2เก4บรวมรวมข้�อม,ลกล-�มหัน72งทุ�2ม�

ความส่�มพื้�นธ์#ก�นติามทุ�2ผ,�ส่ร�างได�ก!าหันดไว� โดยทุ�2วไปอาจัหัมายถ7งโปรแกรมและข้�อม,ล

ระบบปฏิ�บ�ติ�การจัะร�บผ�ดช้อบในเร�2อง การส่ร�างและลบแฟ้+มข้�อม,ล การส่ร�างและการลบส่ารบ�ญ่ การส่ร�างฟ้:งก#ช้� 2นพื้�%นฐานทุ!างานเก�2ยวก�บแฟ้+มข้�อม,ล


I/O System Management ระบบร�บ-ส่�งข้�อม,ลประกอบด�วย

องค#ประกอบข้องระบบม� Buffering, cashing ส่�วนติ�ดติ�อระหัว�างโปรแกรมก�บอ-ปกรณ์#ทุ�2วไป โปรแกรมควบค-มการทุ!างานข้องอ-ปกรณ์#เฉพื้าะอย�าง


Secondary-Storage Management

หัน�วยความจั!าหัล�กม�ข้นาดเล4กและม�ค-ณ์ส่มบ�ติ�ทุ�2ไม�ส่ามารถจั�ดเก4บข้�อม,ลไว�เป5นถาวรได� เคร�2องคอมพื้�วเติอร#จั7งจั!าเป5นติ�องม�หัน�วยบ�นทุ7กข้�อม,ลทุ-ติ�ยะภู,ม�ไว�ส่!าหัร�บบ�นทุ7กโปรแกรมผ,�ใช้�และข้�อม,ลติ�างๆ ไว�อย�างถาวร

คอมพื้�วเติอร#ในป:จัจั-บ�นน�ยมใช้�ด�ส่ก#เป5นอ-ปกรณ์#หัล�กในการบ�นทุ7กข้�อม,ลทุ-ติ�ยะภู,ม�ซ72งส่ามารถบ�นทุ7กข้�อม,ลได�ทุ�%งโปรแกรมและข้�อม,ลทุ�%งหัลาย


Networking (Distributed Systems) A distributed system- คอมพื้�วเติอร#แบบกระจัาย

ค�อระบบทุ�2ประกอบด�วยโปรเซส่เซอร#กล-�มหัน72งทุ�2ไม�ได�ใช้�ส่�ญ่ญ่าณ์นาฬิ�กาและหัน�วยความจั!าร�วมก�นโปรเซส่เซอร#แติ�ละติ�วจัะม�หัน�วยความจั!าทุ�2เป5นข้องตินเอง

โปรเซส่เซอร#ทุ�%งหัมดทุ�เป5นส่�วนหัน72งข้องระบบแบบกระจัายระบบเด�ยวก�นเช้�2อมติ�อถ7งก�นผ�านระบบเคร�อข้�ายส่�2อส่าร

การส่�2อส่ารผ�านเคร�อข้�ายโปรโติคอล


Protection System Protection - การป+องก�นหัมายถ7ง กลไกส่!าหัร�บการ

ควบค-มการติ�ดติ�อโดยโปรแกรมหัร�อผ,�ใช้�ไปย�งระบบและทุร�พื้ยากรระบบ

กลไกในการป+องก�นระบบ แยกแยะความแติกติ�างระหัว�างการใช้�งานทุ�2ได�ร�บ

อน-ญ่าติก�บทุ�2ไม�ได�ร�บอน-ญ่าติ


Command-Interpreter System ผ,�ใช้�ส่ามารถส่�งค!าส่�2งไปย�งระบบปฏิ�บ�ติ�การได�โดยใช้�ค!าส่�2ง

ควบค-ม ซ72งจัะเป5นงานทุ�2เก�2ยวก�บ การส่ร�างโปรเซส่และการจั�ดการ การจั�ดการร�บ-ส่�งข้�อม,ล การจั�ดการหัน�วยบ�นทุ7กข้�อม,ลทุ-ติ�ยะภู,ม�


Command-Interpreter System (ติ�อ) โปรแกรมทุ�2ทุ!าหัน�าทุ�2อ�านและแปลความหัมายค!าส่�2งควบค-ม

ม�ช้�2อเร�ยกติ�าง ๆ ก�นเช้�น

command-line interpreter - ติ�วแปลค!าส่�2ง shell (in UNIX) - ติ�วแปลบรรทุ�ดค!าส่�2ง

ม�หัน�าทุ�2ในการร�บค!าส่�2งโดยติรงจัากผ,�ใช้�และทุ!าการประมวลผลค!าส่�2งน�%นๆ


บร�การข้อง Operating System

Program execution –การประมวลผลโปรแกรม ค�อข้�ดความส่ามารถข้องระบบในการน!าโปรแกรมเข้�ามาไว�ในหัน�วยความจั!าและทุ!าการประมวลผลโปรแกรมน�%น

I/O operations –การทุ!างานเก�2ยวก�บการร�บ-ส่�งข้�อม,ล เน�2องจัากโปรแกรมข้องผ,�ใช้�ไม�ส่ามารถทุ!าการติ�ดติ�อก�บอ-ปกรณ์#ร�บ-ส่�งข้�อม,ลได�โดยติรง ระบบปฏิ�บ�ติ�การจั7งม�ความจั!าเป5นทุ�2จัะติ�องหัาว�ธ์�การติ�าง ๆ เติร�ยมไว�ใหั�โปรแกรมผ,�ใช้�ส่ามารถใช้�งานอ-ปกรณ์#ร�บ-ส่�งข้�อม,ลได�

File-system manipulation –การจั�ดการระบบแฟ้+มข้�อม,ล ค�อความส่ามารถในการอ�าน บ�นทุ7ก ส่ร�าง และลบแฟ้+มข้�อม,ล


หัน�าทุ�2ทุ�2เพื้�2มข้7%นมาข้อง Operating Systemหัน�าทุ�2อย�างอ�2นข้องระบบปฏิ�บ�ติ�การนอกจัากจัะม�ไว�เพื้�2อช้�วยเหัล�อใหั�ผ,�ใช้�ระบบคอมพื้�วเติอร#แล�ว ย�งม�ไว�เพื้�2อช้�วยใหั�การทุ!างานข้องระบบปฏิ�บ�ติ�การเองเป5นไปได�อย�างม�ประส่�ทุธ์�ภูาพื้

•Resource allocation –การแบ�งมอบการใช้�งานทุร�พื้ยากร เป5นการจั�ดส่รรการใช้�ทุร�พื้ยากรใหั�แก�โปรเซส่ติ�างๆ


System Calls System calls - การเร�ยกใช้�งานระบบเป5นส่�วน

เช้�2อมติ�อระหัว�างโปรแกรมทุ�2ก!าล�งทุ!างานอย,�ก�บระบบปฏิ�บ�ติ�การ โดยทุ�2วไปอาจัเป5นช้-ดค!าส่�2งในภูาษาแอส่เซ4มบล� ใช้�ค!าส่�2งภูาษาแอส่เซ4มบล�หัร�อภูาษาระด�บส่,

งอ�2นๆ เพื้�2อใหั�โปรแกรมข้องผ,�ใช้�ส่ามารถเร�ยกใช้�ได�


Passing of Parameters As A Table


ประเภูทุข้อง System Calls Process control (การควบค-มกระบวนการ) File management (การใช้�งานแฟ้+มข้�อม,ล) Device management (การใช้�งานอ-ปกรณ์#) Information maintenance (การใช้�งานข้�อม,ลข้อง

ระบบ) Communications (การส่�2อส่าร)


Communication Models

Msg Passing Shared Memory


System Programs System programs - โปรแกรมระบบ หัมาย

ถ7งโปรแกรมทุ�2ช้�วยในการอ!านวยความส่ะดวกส่!าหัร�บการพื้�ฒนาและประมวลผลโปรแกรมทุ�2ระบบปฏิ�บ�ติ�การได�จั�ดเติร�ยมไว� โปรแกรมประมวลผลแฟ้+มข้�อม,ล โปรแกรมแส่ดงส่ถานะการทุ!างาน โปรแกรมการแก�ไข้ข้�อม,ลในแฟ้+มข้�อม,ล โปรแกรมส่น�บส่น-นการพื้�ฒนาโปรแกรมผ,�ใช้�


MS-DOS System Structure MS-DOS ส่น�บส่น-นการทุ!างานติ�าง ๆ ทุ�2โปรแกรมผ,�ใช้�

จั!าเป5นติ�องใช้�ในระด�บพื้�%นฐานโดยใช้�เน�%อทุ�2ในหัน�วยความจั!าน�อยทุ�2ส่-ด


MS-DOS Layer Structure


UNIX System Structure UNIX –ระบบปฏิ�บ�ติ�การย,น�กส่#ซ72งม�ข้�อจั!าก�ดอย,�

ทุ�2ความส่ามารถข้องฮาร#ดแวร#ทุ!าใหั�ระบบย,น�กส่#ในย-คแรกน�%นม�โครงส่ร�างทุ�2จั!าก�ดมาก โดยแบ�งออกได�เป5นส่องส่�วนค�อ Systems programs -โปรแกรมระบบ The kernel -โปรแกรมเคอร#แนล

ประกอบด�วยโปรแกรมทุ�%งหัมดทุ�2ทุ!างานผ�านการเร�ยกใช้�ระบบ แติ�อย,�เหัน�อระด�บการทุ!างานข้องฮาร#ดแวร#


UNIX System Structure


Layered Approach โปรแกรมระบบปฏิ�บ�ติ�การถ,กแบ�งออกเป5นกล-�มย�อย ๆ

ติามหัน�าทุ�2การทุ!างาน เร�ยกว�า ระด�บช้�%น โดยทุ�2ระด�บช้�%นบนจัะถ,กส่ร�างอย,�เหัน�อระด�บช้�%นอ�2นทุ�2อย,�ติ!2ากว�า ระด�บช้�%น0ค�อระด�บช้�%นติ!2าส่-ดซ72งหัมายถ7งการทุ!างานทุ�2เก�2ยวก�บฮาร#ดแวร#โดยม�ระด�บช้�%นบนส่-ดเป5นส่�วนติ�ดติ�อก�บผ,�ใช้�


An Operating System Layer


OS/2 Layer Structure


Virtual Machines A virtual machine - ค-ณ์ล�กษณ์ะทุ�2ส่!าค�ญ่ข้องเคร�2อง

คอมพื้�วเติอร#เส่ม�อนหัร�อเวอร#ช้วลแมทุช้�น ค�อระบบปฏิ�บ�ติ�การทุ�2มองหัร�อปฏิ�บ�ติ�เส่ม�อนหัน7งว�าทุ�%งฮาร#ดแวร#และเคอร#แนลเป5นส่�วนเด�ยวก�น

A virtual machine - เวอร#ช้วลแมทุช้�นจัะน!าเส่นอส่�วนติ�ดติ�อทุ�2ม�ล�กษณ์ะทุ�2เหัม�อนก�บฮาร#ดแวร#ข้องคอมพื้�วเติอร#เคร�2องน�%น ๆ


System Models

Non-virtual Machine Virtual Machine


System Design Goals User goals – ว�ติถ-ประส่งค#ข้องผ,�ใช้� ได�แก� ระบบปฏิ�บ�ติ�

การควรทุ�2จัะใช้�งานง�าย เร�ยนร, �ง�าย เช้�2อถ�อได� ปลอดภู�ยและรวดเร4ว

ว�ติถ-ประส่งค#ข้องระบบคอมพื้�วเติอร# ได�แก� ระบบปฏิ�บ�ติ�การควรทุ�2จัะออกแบบได�ง�าย ส่ร�างข้7%นง�าย บ!าร-งร�กษาได�ง�าย พื้ร�อมทุ�%งม�ความอ�อนติ�วในการใช้�งาน เช้�2อถ�อได� ปราศจัากข้�อผ�ดพื้ลาดและม�ประส่�ทุธ์�ภูาพื้


Mechanisms และ Policies Mechanisms - กลไก หัมายถ7งการอธ์�บายว�าว�ธ์�การ

ทุ!างานแติ�ละอย�างน�%นทุ!างานอย�างไร นโยบาย หัมายถ7งการติ�ดส่�นใจัว�าควรจัะทุ!าอะไรบ�าง

การแยกกลไกออกจัากนโยบายน�%นเป5นพื้�%นฐานทุ�2ส่!าค�ญ่มาก ทุ�%งน�%เป5นการเพื้�2มความคล�องติ�วใหั�ก�บโครงส่ร�างข้องระบบปฏิ�บ�ติ�การในกรณ์�ทุ�2อาจัม�การเปล�2ยนแปลงนโยบายในภูายหัล�ง


System Implementation ในอด�ติน�ยมเข้�ยนด�วยภูาษาแอส่เซ4มบล� น�ยมเข้�ยนด�วยภูาษาระด�บส่,ง

เข้�ยนโปรแกรมได�เร4วข้7%น ม�ข้นาดกระทุ�ดร�ด ส่ามารถเข้�าถ7งได�อย�างรวดเร4วและแก�ไข้ได�ง�าย


System Generation (SYSGEN) ระบบปฏิ�บ�ติ�การจัะส่ามารถย�ายไปใช้�งานบนเคร�2อง

คอมพื้�วเติอร#ช้น�ดอ�2นได�ง�ายกว�าเม�2อเข้�ยนข้7%นมาด�วยภูาษาระด�บส่,ง

SYSGEN program - ผ,�พื้�ฒนาส่ามารถออกแบบระบบปฏิ�บ�ติ�การใหั�น!าไปใช้�งานบนเคร�2องคอมพื้�วเติอร#ในกล-�มใดกล-�มหัน72งได�

Booting –การบ,ธ์ หัมายถ7งการเร�2มติ�นการทุ!างานข้องเคร�2องคอมพื้�วเติอร#ด�วยการอ�านเคอร#แนลเข้�ามาทุ!างาน

Documents

Ch3-Operating System Components