nguyên lý các hệđiều hành (theory of operating systems) · 1.2. lịchsử phát triển...

Nguyên lý các hệ điều hành(Theory of Operating Systems)

Nguyễn Văn Tới

Bộ môn Hệ thống thông tin - Khoa Công nghệ thông tin

Email: [email protected]

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Nội dung slides được xây dựng từ nội dung các tài liệu tham khảo ở slide 4 và các nguồn sau:

1. Nguyễn Thị Thanh Nhàn. Slides bài giảng môn nguyên lý hệ điều hành

2. http://www.cs.mcgill.ca/~carl/slides.html

3. http://www.cs.mcgill.ca/~carl/cs310.html

4. http://codex.cs.yale.edu/avi/os-book/OS8/os8c/slide-dir/

http://www.cs.mcgill.ca/~carl/slides.html

http://www.cs.mcgill.ca/~carl/cs310.html

http://codex.cs.yale.edu/avi/os-book/OS8/os8c/slide-dir/

Nguyễn Văn Tới. Nguyên lý các hệ điều hành 2

Mục tiêu môn học

• Vai trò, vị trí của hệ điều hành

• Các nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ điều hành

• Khả năng vận dụng các kiến thức về hệ điều hànhtrong:

– Sử dụng hệ điều hành;

– Lập trình các chương trình ứng dụng;

– Phát triển hệ điều hành.


Cấu trúc, tiến trình môn học

• Số tín chỉ: 2

• Theo dõi slides và ghi chú

• Làm bài tập và thảo luận

• Đánh giá:

– Thường xuyên (30%):

• Chuyên cần X 1

• Thi giữa kỳ X Số tín chỉ (2)

– Thi hết môn (70%)

• Website môn học: https://toinv.wordpress.com/nlhdh/

https://toinv.wordpress.com/nlhdh/


Nội dung môn học

Chương 1: Tổng quan về hệ điều hành

Chương 2: Quản lý tiến trình

Chương 3: Quản lý bộ nhớ

Chương 4: Quản lý vùng nhớ phụ

Chương 5: Quản lý vào ra

Chương 6: Hệ thống quản lý file


Tài liệu tham khảo

1. Bộ môn Hệ thống thông tin. Bài giảng Nguyên lý các hệ điềuhành.

2. Trần Hạnh Nhi. Hệ điều hành nâng cao. ĐHQGHCM.

3. TANENBAUM, Andrew. Modern operating systems. 2009.

4. SILBERSCHATZ, Abraham, et al. Operating system concepts. Reading: Addison-Wesley, 1998.

5. STALLINGS, William; PAUL, Goutam Kumar; MANNA, Moumita Mitra. Operating systems: internals and design principles. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998.

1. website: http://williamstallings.com/OperatingSystems/

2. Animations: http://williamstallings.com/OS-Animation/Animations.html

http://williamstallings.com/OperatingSystems/

http://williamstallings.com/OS-Animation/Animations.html


1.1. Khái niệm hệ điều hành

1.2. Lịch sử phát triển của hệ điều hành

1.3. Phân loại hệ thống

1.4. Các thành phần của hệ điều hành

1.5. Cấu trúc của hệ điều hành

1.6. Các tính chất cơ bản của hệ điều hành

1.7. Nguyên lý xây dựng chương trình HĐH

1.8. Các hình thái giao tiếp

Chương 1: Tổng quan về HĐH



• Trung gian giữa user và phần cứng (hardware);

• Một môi trường mà các chương trình có thể làm việchữu hiệu trên đó.

User 1 User 2 User 3 User n

Hợp ngữ Chương trình dịch Soạn thảo Cơ sở dữ liệu

Các chương trình ứng dụng

Hệ điều hành

Phần cứng



• Giả lập một máy tính mở rộng

• Quản lý tài nguyên của hệ thống


1.2 Lịch sử phát triển của HĐH

• Thế hệ 1 (1945 – 1955)

– Dùng bóng chân không;

– Lập trình qua bảng mạch cắm;

– Ngôn ngữ: mã máy;

– Mỗi máy được một nhóm thực hiện tất cả từ thiếtkế, xây dựng lập trình, thao tác đến quản lý;

– Chưa có khái niệm HDH;

– Thập niên 1950: phiếu đục lỗ ra đời có thể viếtchương trình trên phiếu thay cho dùng bảng điềukhiển.


Eniac computer



• Thế hệ 2 (1955 – 1965)– Dùng mạch bán dẫn;

– Ngôn ngữ: COBOL, FORTRAN, ASSEMBLY…

– Hệ thống xử lý theo lô ra đời.

nttnhan-201214


IBM 7094



• Thế hệ 3 (1965-1980)– Dùng mạch tích hợp;

– Hệ điều hành ra đời;

– Hệ điều hành đa chương, hệ điều hành chia sẻ thời gian;

– Ví dụ: MULTICS, UNIX

System/360



• Thế hệ 4 (1980-nay)

– Dùng mạch tích hợp cỡ lớn;

– Máy tính cá nhân ra đời;

– Hệ điều hành mạng, phân tán…

– Hệ điều hành MS-DOS và Windows, Linux, Ubuntu.


Windows 8

• Giao diện ngươi dùng đa chạm. Hỗ trợ màn hình cảmứng.

• Hoạt động trên máy tính cá nhân và máy tính bảng.

• Giao diện Metro theo phong cách nền tảng di độngWindows Phone.


1.3. Phân loại hệ thống

• Hệ điều hành xử lý theo lô đơn giản:– Thực hiện các công việc lần lượt theo những chỉ thị định trước.

• Hệ điều hành xử lý theo lô đa chương– Khi đang thực hiện, nếu có yêu cầu truy xuất thiết bị thì CPU không

nghỉ mà thực hiện tiếp công việc.

• Hệ điều hành chia sẻ thời gian:– Hệ thống đa nhiệm (multitasking);– Thời gian mỗi lần chuyển đổi CPU diễn ra rất nhanh.

• Hệ điều hành đa vi xử lý:– Song song: cho các hệ thống có nhiều CPU chia xẻ đường truyền, bộ

nhớ, đồng hồ, thiết bị I/O…– Phân tán: các bộ xử lý không chia xẻ bộ nhớ và đồng hồ; thông tin với

nhau thông qua các đường truyền thông như những bus tốc độ caohay đường dây điện thoại.

• Hệ thống xử lý thời gian thực:– Được sử dụng khi có những đòi hỏi khắt khe về thời gian trên các thao

tác của bộ xử lý hoặc dòng dữ liệu.


1.4 Các thành phần của hệ điều hành

• Thành phần quản lý tiến trình (Process Management )• Thành phần quản lý bộ nhớ chính (Main Memory

Management)• Thành phần quản lý bộ nhớ phụ (Secondary Storage

Management)• Thành phần quản lý hệ thống vào-ra (I/O System

Management)• Thành phần quản lý tập tin (File Management• Hệ thống bảo vệ (Protection System)• Thành phần thông dịch lệnh (Command-Interpreter System)• Thành phần mạng (Networking)


a)Thành phần quản lý tiến trình

• Tạo và hủy các tiến trình của người sử dụng và của hệ thống.

• Tạm dừng và thực hiện tiếp một tiến trình.

• Cấp phát tài nguyên cho tiến trình.

• Cung cấp các cơ chế đồng bộ tiến trình.

• Cung cấp các cơ chế giao tiếp giữa các tiến trình.

• Cung cấp cơ chế kiểm soát deadlock


b)Thành phần quản lý bộ nhớ chính

• Lưu giữ thông tin về các vị trí trong bộ nhớ đã được sử dụngvà tiến trình nào đang sử dụng.

• Quyết định tiến trình nào được nạp vào bộ nhớ chính, khi bộnhớ đã có thể dùng được.

• Cấp phát và thu hồi bộ nhớ khi cần thiết.

• Bảo vệ bộ nhớ


c) Thành phần quản lý bộ nhớ phụ

• Quản lý các vùng nhớ tự do trên đĩa

• Định vị lưu trữ thông tin trên đĩa

• Lập lịch cho vấn đề ghi/đọc thông tin trên đĩa củađầu từ.


d) Thành phần quản lý hệ thống vào/ra

• Hệ thống vào-ra bao gồm:– Một thành phần quản lý bộ nhớ I/O

– Giao tiếp điều khiển thiết bị (device-drivers) tổng quát

– Bộ điều khiển cho các thiết bị xác định


e) Thành phần quản lý tập tin

• Tạo và xoá một tập tin.

• Tạo và xoá một thư mục.

• Hỗ trợ các thao tác trên tập tin và thư mục.

• Tạo mối quan hệ giữa tập tin và bộ nhớ phụ chứa tập tin.

• Sao lưu dự phòng các tập tin trên các thiết bị lưu trữ.

• Bảo vệ tập tin khi có hiện tượng truy xuất đồng thời.

• Tạo cơ chế truy xuất tập tin thông qua tên tập tin.


f) Hệ thống bảo vệ

• Là một cơ chế kiểm soát quá trình truy xuất củachương trình, tiến trình, hoặc người sử dụng với tàinguyên của hệ thống.

• Làm tăng độ an toàn khi kiểm tra lỗi trong giao tiếpgiữa những hệ thống nhỏ bên trong.


g) Thành phần thông dịch lệnh

• Là giao tiếp giữa người sử dụng và hệ điều hành. Thành phần này chính là Shell.

• Shell là một bộ phận hay một tiến trình đặc biệt củahệ điều hành, nó có nhiệm vụ nhận lệnh của ngườisử dụng, phân tích lệnh và phát sinh tiến trình mớiđể thực hiện yêu cầu của lệnh, tiến trình mới nàyđược gọi là tiến trình đáp ứng yêu cầu.

• VD: MSDOS Shell: Command.com


h) Thành phần quản lý mạng

• Xem xét đến các vấn đề liên lạc, an ninh, chia sẻ tàinguyên chung trên các máy khác nhau.


1.5 Các cấu trúc của hệ thống

• Hệ thống đơn khối (monolithic systems)

• Hệ thống phân lớp (Layer)

• Máy ảo (Virtual Machine)

• Mô hình Client/Server


a) Hệ thống đơn khối

• Hệ điều hành là một tập hợp các thủ tục, mỗi thủ tụccó thể gọi thực hiện một thủ tục khác bất kỳ lúc nàokhi cần thiết.

• Hệ thống nhỏ, đơn giản và có giới hạn.• Cấu trúc tối thiểu phân chia các thủ tục trong hệ

thống thành 3 cấp độ:– Các thủ tục chính: gọi đến một thủ tục của HĐH, hay còn

gọi là lời gọi hệ thống– Các thủ tục dịch vụ: xử lý những lời gọi hệ thống– Các thủ tục tiện ích hỗ trự các thủ tục dịch vụ xử lý các lời

gọi hệ thống.


a) Hệ thống đơn khối

• Nhược điểm:

– Không có sự che dấu dữ liệu

– Các thủ tục dịch vụ mang tính chất tĩnh

• VD: MSDOS


b) Hệ thống phân lớp

• Hệ thống được chia thành một số lớp, mỗi lớp dược xây dựngdựa vào các lớp bên trong. Lớp trong cùng thường là phầncứng, lớp ngoài cùng là giao tiếp với người sử dụng.

• Mỗi lớp là một đối tượng trừu tượng.

• Nhận xét:

– Dễ cài đặt, tìm lỗi và kiểm chứng hệ thống.

– Khó xác định số lượng lớp, thứ tự và chức năng của mỗi lớp.

– Lời gọi hệ thống thực hiện chậm.

VD: HDH THE (TechnischeHogeschool Eindhoven)


c) Máy ảo

• Máy ảo: bản sao ảo chính xác các đặc tính phần cứng của máytính;

• Nhân hệ thống: giám sát máy ảo, giao tiếp với phần cứng, chia sẻ tài nguyên hệ thống để tạo ra nhiều máy ảo.


c) Máy ảo

• Một số phần mềm: VMware Workstation 8, Microsoft Virtual PC 2007 , VirtualBox, VMware Server 2.0.2

• Nhận xét:

– Tạo ra máy ảo: thường khó khan, phức tạp.

– Bảo vệ tài nguyên: đơn giản.

– Một ứng dụng có thể hoạt động trên nhiều hệ điều hành.

http://www.download.com.vn/more+software+tools/5153_microsoft-virtual-pc-2007.aspx


d) Mô hình Client/Server

• Hệ điều hành bao gồm nhiều tiếntrình đóng vai trò server có cácchức năng chuyên biệt như quảnlý tiến trình, quản lý bộ nhớ, …

• Tiến trình người dùng gọi là tiếntrình client.

• Phần hạt nhân của hệ điều hànhchỉ thực hiện nhiệm vụ tạo cơ chếthông tin liên lạc giữa các tiếntrình client và các tiến trìnhserver.

• Nhận xét:– Dễ thay đổi và mở rộng hệ điều

hành.

– Hệ thống được bảo vệ tốt


1.6. Các tính chất cơ bản của HDH

• Tin cậy

• An toàn

• Hiệu quả

• Tổng quát theo thời gian

• Thuận tiện



a) Module

- Module: độc lập, có khả năng liên kết thành một hệ thống cóthể thu gọn hoặc mở rộng tuỳ ý.

- Module đồng cấp: quan hệ với nhau thông qua dữ liệu vàovà ra.

- Phân cấp: liên kết các module tạo thành những module cókhả năng giải quết những vấn đề phức tạp hơn.

b) Nguyên tắc tương đối trong định vị

Bộ nhớ: địa chỉ tương đối.c) Nguyên tắc Macroproccessor

Có nhiệm vụ cụ thể hệ thống xây dựng các phiếu yêu cầu,liệt kê các bước phải thực hiện trên cơ sở đó xây dựngchương trình tương ứng thực hiện chương trình nói trên.



d) Nguyên tắc khởi tạo trong cài đặtChương trình cài đặt: tạo phiên bản làm việc thíchhợp với các tham số kỹ thuật hiện có.

e) Nguyên tắc lập chức năng- Có thể khai thác hệ thống bình thường ngay cả khi

thiếu hoặc hỏng nhiều thành phần hệ thống.- Với một công việc: có thể sử dụng nhiều phương

tiện khác nhau.



f) Nguyên tắc giá trị chuẩn- Chuẩn bị sẵn bộ giá trị các tham số ứng với trường

hợp thường gặp nhất.- Câu lệnh/lời gọi modul thiếu tham số bổ sung

bằng các giá trị quy ước trước.g) Nguyên tắc bảo vệ nhiều mứcĐể đảm bảo an toàn hệ thống và an toàn dữ liệu,chương trình và dữ liệu phải được bảo vệ ở nhiều mức.


1.8. Các hình thái giao tiếp

• Hình thái dòng lệnh

• Hình thái thực đơn

• Hình thái cửa sổ-biểu tượng

• Hình thái kết hợp


Q & A

nguyên lý các hệđiều hành (theory of operating systems) · 1.2. lịchsử phát triển...

Documents