作業系統之處理器管理與存儲器管理

處理器管理

1、處理器介紹

無論是作業系統程式自己，還是作業系統控制下執行的應用程式，都是在處理器上執行。 單處理器：隻包括一個處理器 多處理器：包括多個處理器

早期計算機是基于單個處理器的順序處理機器，即指令的執行是串行執行的（取指令，取操作數，執行操作，存取結果）。後來希望能讓指令并行執行，計算機不再局限于單處理器和單資料流。目前計算機系統可分為4類：

1、單指令流單資料流：一條指令控制一個處理器對資料進行操作； 2、單指令流多資料流：一條指令控制多個不同的處理器對不同的資料同時進行操作； 3、多指令流多資料流：不同的處理器對各自不同的資料同時執行不同的指令 4、多指令流單資料流：一個資料流被傳送給一組處理器，通過這一組處理器上 的不同指令操作最終得到處理結果。目前尚在研究階段

主從式系統：在一個主處理器上運作作業系統核心，其他處理器上運作使用者程式和作業系統例行程式；核心負責排程和配置設定各個處理器 對稱式系統：作業系統可以運作在任意一個處理器上，每個處理器自我排程程序和線程，單個程序的多個線程可以運作在不同的處理器上

2、中斷技術

中斷：指在程式運作過程中，當發生某個事件時中止CPU上現行程式的執行，轉去執行該事件處理程式的過程。 （引起中斷的事件稱為中斷源，進行中斷事件的程式稱為中斷處理程式）

作業系統是由“中斷驅動”的。

每兩條指令或某些特殊指令執行期間都檢查是否有中斷事件發生，若無則立即執行下一條或繼續執行，否則響應該事件并轉去進行中斷事件。是以通常在兩條機器指令之間才可以響應中斷。

中斷和異常的差別如下：中斷是由與現行指令無關的中斷信号觸發的，而異常則是由處理器正在執行現行指令而引起的。

中斷有優先級：一般來說，優先級别高的中斷有打斷優先級别低的中斷處理程式的權利，但 反之則不允許優先級别低的中斷幹擾優先級别高的中斷處理程式的運作）。計算機可以允許也可以禁止響應某類中斷。

存儲器管理

存儲管理主要負責管理主存儲器，任何程式隻有占用主存儲器後才能執行。 主存儲器空間一般分為兩部分：系統區（存放作業系統核心程式）和使用者區（存放使用者程式和資料）， 存儲管理主要對使用者區進行管理，也包括對輔存儲器的管理。

存儲器的層次結構

包括寄存器、高速緩存、主存儲器、磁盤緩存、固定磁盤、可移動存儲媒體等7層。 如下圖所示： 越往上，存儲媒體通路速度越快，價格也越高。其中，寄存器、高速緩存、主存儲器 和磁盤緩存均屬于作業系統存儲管理的管轄範疇，掉電後它們存儲的資訊不再存在。固定磁盤和可移動存儲媒體屬于裝置管理的管轄範疇，它們存儲的資訊将被長期儲存。

磁盤緩存本身并不是一種實際存在的存儲媒體，它依托于固定磁盤，提供對主存儲器存儲空間的擴充。

由于處理器在執行指令時主存通路時間遠大于其處理時間，是以寄存器和高速緩存被引入來加快指令的執行。

寄存器是通路速度最快但最昂貴的存儲器，它的容量小，一般以字（word ）為機關.

高速緩存的容量稍大，其通路速度快于主存儲器，利用它存放主存中一些經常通路的信 息可以大幅度提高程式執行速度。