Do Tuan Anh DHBK

1
HỆ ĐIỀU HÀNH
Giáo viên: Đỗ Tuấn Anh
Bộ mônKhoahọc Máy tính
Khoa Công nghệ Thông tin
ĐHBK Hà Nội

0989095167
2
MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU
• Là giáo trình cơ sở chuyên ngành:
–Xétcácvấn đề HĐH bấtkỳ phảigiảiquyết,
–Phương thứcgiải quyếtcácvấn đề đó.
–Hỗ trợ chocácmônkháctrongviệcxâydựng
cơ sở cho Tin học.
–Những v/đ xem xét sẽ không lạchậu trong
tương lai.
3
MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU
• Mang yếutố chuyên đề:
– Minh hoạ cho các v/đ lý thuyết,
–Khoảng cách giữavàthựctế công nghệởTin
học nói chung và HĐH nói riêng gầnnhư
bằng 0.
•Như vậy: đây là một giáo trình khó, khá
nặng nề.
4
TÀI LIỆU
• A.Tanenbaum Design and Implementation
operating system.
• A. Tanenbaum Advanced Concepts to

Operating Systems.
• Microsoft Press Inside to WINDOWS
2000.
• Nguyên lý hệ điều hành: Hà
•Hệ điều hành: Tác giả: Nguyễn Thanh
Tùng
5
Chương I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ
BẢN
• 1- Cấutrúcphânlớpcủahệ thống tính toán
• Máy tính điệntửđầutiênrađờinăm 1944-1945,
•MTĐT đượcxâydựng và hoạt động theo
nguyên lý Von Neuman: Máy tính được điều
khiểnbằng chương trình và trong câu lệnh của
chương trình ngườitachỉ nêu địachỉ
nơichứa
giá trị chứ không nêu trựctiếpgiátrị.
6
Chương I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ
BẢN (tt.)
•Thế hệ thứ 2 (1955-1965)
–Sự ra đời của thiết bị bán dẫn
–lập trình FORTRAN và hợp ngữ
– Hệ thống xử lý theo lô
•Thế hệ thứ 3 (1965-1980)
–mạch tích hợp (IC)
– hệ điều hành chia sẻ thời gian
•Thế hệ thứ 4 (1980-nay)
– máy tính cá nhân (PC-Personal Computer)
– hệ điều hành mạng và hệ điều hành phân tán

7 8
Cấutrúcphânlớpcủahệ thống tính
toán
MTĐT
Hệ lệnh = {Mã lệnh}
Command System =
{Command Code}
Ngôn ngữ riêng
(Ngôn ngữ máy)
9 10
Cấutrúcphânlớpcủahệ thống tính
toán
•Ngườilậptrìnhthường nhầmlẫn  năng suấtlập
trình thấp,
• Đãápdụng nhiềubiện pháp kích thích:
–Kỷ luật hành chính,
–Thưởng phạtkinhtế.
•Năng suấtchỉ tăng chút ít và ổn định ở mức8 câu
lệnh/ngày công!
•Kếtquả nghiên cứutâmlýhọc: Bảnchất con
người không quen làm các công việc đơn điệu,
không có tính quy luật, sớm hay muộncũng sẽ có
sai sót!
11
Cấutrúcphânlớpcủahệ thống tính
toán
•Như vậy, để nâng cao năng suất-cầntác
động vào MTĐT.
• ∃ các công việcmọingườivà∃ CT đều
cần(V/d –Traođổi vào ra)  tạosẵnCT

mẫu (Standard Programs – SP) cung cấp
cùng vớimáy.
• Hình thành LSP = {SP}
12
MTDT
L
S
P
User
10%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
MTDT
U
S
E
R
13
U
S
E
R
16.6667%

16.6667%
16.6667%
16.6667%
16.6667%
16.6667%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
10%
14
Tác động phầnmềm lên phần
cứng
•Cơ sở hoá hệ lệnh:
–Cáclệnh phứctạpnhư x
1/2
, e
x
,|x| . . . dầndần được
thay thế bằng CT con,
–Tăng cường các lệnh xử lý bit.
•Tăng tốc độ củaMT,
•Tăng tính vạnnăng,
•Tăng độ tin cậy,
•Giảm giá thành,

• Cho phép phân các thiếtbị thành từng nhóm
độclập, tăng độ mềmdẻocủacấu hình.
15
Tác động phầnmềm lên phần
cứng
•Cácyếutố trên có sự tác động củatiếnbộ
công nghệ, nhưng phầnmềm đóng vai trò
quan trọng, nhiều khi có tính quyết định:
– Bàn phím,
–Máyin.
16
Tác động phầnmềmlênUSER
• Đẩyngười dùng ra xa máy, nhưng tạo điều
kiện để khai thác triệt để và tối ưuthiếtbị
U
S
E
R
19
2 – Các tài nguyên cơ bản
a) Bộ nhớ
:
Vai trò,
Gót chân Asin củahệ thống,
Quan trọng: sử dụng như thế nào?
•Bảovệ thông tin?
20
b) PROCESSOR
• Điềukhiển máy tính,
•Thựchiện các phép tính số học, lô gic và

điềukhiển,
•Cótốc độ rấtlớn(vàichụctriệu phép tính /
giây),
• Thông thường có thời gian rãnh (thời gian
“chết”) lớn hiệusuấtsử dụng thấp,
•V/đ: tăng hiệusuấtsử dụng (giảmthời
gian chết).
21
C) THIẾT BỊ NGOẠI VI
•Số lượng: Nhiều,
•Chấtlượng: Đadạng,
•Tốc độ: Cựcchậm (so với Processor),
•V/đ: Phải đảmbảo:
–Hệ thống
thích nghi
vớisố lượng và tính đa
dạng,
–Tốc độ thiếtbị ngoại vi không ảnh hưởng
đáng kểđến
năng suất
hệ thống.
22
D) Tài nguyên chương trình
•Cầnphảicócácchương trình cầnthiết,
•Mộtchương trình đượckíchhoạt: phụcvụ
cho nhiềungười dùng ( cấu trúc Reenter),
• Khai thác On-Line, RPC,
•Cáchtổ chứcchương trình: cấutrúcvà
đảmbảochocấutrúchoạt động,
23

Nhiệmvụ củahệ thống đốivới tài
nguyên
• 2 nhiệmvụ chung(không phụ thuộcvàoloạitài
nguyên):
–Phânphối tài nguyên: Cho ai? Khi nào? Bao nhiêu
(vớiloạichiasẻđược)?
–Quảnlýtrạng thái tài nguyên: Còn tự do hay không
hoặcsố lượng còn tự do?
•Tồntạinhiềugiảithuật  Loạihệ thống:
–Xử lý theo lô,
–Phânchiathờigian,
–Thờigianthực.
24
3 - ĐỊNH NGHĨA HỆ ĐIỀU HÀNH
• Có nhiều góc độ quan sát và đánh giá,
•Cácđốitượng khác nhau có yêu cầu, đòi
hỏikhácnhau đốivớiOS,
• Xét 4 góc độ:
–Củangườisử dụng,
–Của nhà quảnlý,
–Của nhà kỹ thuật,
–Củangườilậptrìnhhệ thống.
25
ĐỊNH NGHĨA HỆ ĐIỀU HÀNH
•Người dùng: Thuậntiện,
• Nhà quảnlý: Quảnlýchặtchẽ, khai thác
tối ưu,
•Nhàkỹ thuật:
31
4 – TÍNH CHẤT CHUNG CỦA OS

• A) Tin cậyvàchuẩnxác,
•B) Bảovệ,
•C) Kế thừa và thích nghi,
•D) Hiệuquả,
•E) Thuậntiện.
32
Tin cậyvàchuẩnxác
•Mọi công việc trong hệ thống đềuphảicókiểm
tra:
–Kiểm tra môi trường điềukiệnthựchiện,
–Kiểmtrakếtquả thựchiện,
•Nhiềuchứcnăng KT: chuyểngiaochophần
cứng.
•Vídụ: Lệnh
COPY A:F1.TXT B:
• Sau khi KT cú pháp, bắt đầuthựchiệnlệnh. Lần
lượthệ thống sẽ KT gì và có thể có thông báo
nào?
33
• Kt CARD I/O,
•Tồntại ổđĩa?
•Thiếtbịđiệntửổđĩa?
• Động cơổđĩa?
•Khả năng truy nhậpcủa ổđĩa?
•Khả năng truy nhập đĩa?
•Tồntạifile F1.TXT?
•Khả năng truy nhập file?
• . . . . . . . .
• So sánh:
SCANDISK NDD

DEFRAG SPEEDISK
34
BẢO VỆ
•Hạnchế truy nhập không hợpthức,
•Hạnchếảnh hưởng sai sót vô tình hay cố ý,
•Bảovệ:
–Nhiềumức,
–Nhiều công cụ,
–Nhiềuthời điểmvàgiaiđoạn khác nhau.
• Chú ý: bảovệ và chống bảovệ: cùng mức

không thểđảmbảo an toàn tuyệt đối!
35
Kế thừa và thích nghi
36
5 - NGUYÊN LÝ TỔ CHỨC VÀ
HOẠT ĐỘNG
• Nguyên lý mô đun,
• Nguyên lý phủ chứcnăng,
• Nguyên lý Macroprocessor,
• Nguyên lý bảng tham sốđiềukhiển,
• Nguyên lý giá trị chuẩn,
• Nguyên lý 2 loại tham số.
37
NGUYÊN LÝ MÔ ĐUN
•Mỗicôngviệc ⇔ mô đun CT độclập,
•Cácmôđun – liên kếtvới nhau thông qua
Input/Output:
•Cácmôđun được nhóm theo chứcnăng
 thành phầnhệ thống.

38
NGUYÊN LÝ PHỦ CHỨC NĂNG
•Mỗi công việc trong hệ thống thông thường có thể thực
hiệnbằng nhiềucáchvới nhiều công cụ khác nhau,
• Lý do:
•Mỗimôđun có hiệu ứng phụ chứcnăng,
•Người dùng có quyền khai thác mọihiệu ứng phụ không
phụ thuộcvàoviệccôngbố,
•Lập trình:Phải đảmbảocáctínhchấtcủaOS vớimọi
hiệu ứng phụ,
• Vai trò:
– Đảmbảothu
ậntiện cho người dùng,
– Đảmbảo an toàn chứcnăng củahệ thống,
• Ví dụ: In một file.
39
NGUYÊN LÝ MACROPROCESSOR
• Trong OS không có sẵnCT giảiquyếtv/đ,
•Khicầnthiết: Hệ thống tạoraCT vàthựchiệnCT tạora:
• Nguyên lý này áp dụng vớicả bảnthântoàn bộ OS:
Trên đía chỉ có các thành phần. Khi cần các thành phần
đượclắp ráp thành HỆ ĐIỀU HÀNH (Nạphệ thống).
•Lưuý: Các nguyên lý Phủ chứcnăng và
Macroprocessor trái vớilýthuyếtlậptrìnhcócấutrúc.
40
NGUYÊN LÝ BẢNG THAM SỐ ĐIỀU KHIỂN
Mỗi đốitượng trong OS ⇔ Bảng tham số (Control
Table, Control Block),
Hệ thống không bao giờ tham chiếutới đốitượng
vậtlýmàchỉ tham chiếutớibảng tham sốđiều

khiểntương ứng.
Vớicácđĩatừ, CD – bảng tham số ghi ở phần
đầu–Vùnghệ thống (System Area),
Với các files – Header.
41
Cấu trúc file định kiểu
42
Mộtsố loạibảng tham số :
• Cho WINDOWS: Win.ini,
• Cho MS DOS: Config.sys,
• Cho WINWORD: Winword.ini,
•Bảng tham số cấuhìnhhệ thống: phụcvụ
cho mọihệđiều hành: lưutrữ trong
CMOS,
43
NGUYÊN LÝ GIÁ TRỊ CHUẨN
•Cáchgọi khác: Nguyên tắcngầm định (Default),
•Hệ thống chuẩnbị bảng giá trị cho các tham số -
bảng giá trị chuẩn,
• Khi hoạt động: nếu tham số thiếugiátrị  OS
lấytừ bảng giá trị chuẩn.
•Vaitròcủa nguyên lý:
–Thuậntiện: không phảinhắclạinhững giá trị thường
dùng,
–Người dùng không cầnbiết đầydủ hoặcsâuvề hệ
thống.
44
Nguyên lý giá trị chuẩn
•Tácđộng lên giá trị
tham số hoặcbảng

giá trị chuẩn:
–Startup,
– Autoexec.bat,
– Control Panel
•Vídụ: c:\csdl>dir
•Thamsố thiếu giá trị:
– Ổđĩa?
–Thư mục?
– Xem gì?
–Quycáchđưara?
–Nơira?
45
NGUYÊN LÝ 2 LOẠI THAM SỐ
•2 loại tham số:
•Thamsố vị trí (Position Parameters),
•Thamsố khoá (Keyword Param.).
•Thamsố khoá–theotrìnhtự tuỳ ý.
46
6 – THÀNH PHẦN
•Nhiều các phân chia theo chứcnăng, mức
độ chi tiết,
–Hệ thống Supervisor,
–Hệ thống quảnlýthiếtbị ngoạivi,
–Hệ thống quản lý files,
–Hệ thống các chương trình điềukhiển:
– Điềuphối nhiệmvụ,
– Monitor,
–Biênbảnhệ thống,
•Cácchương trình phụcvụ hệ thống.
47

Thành phần
•Lưu ý: ngôn ngữ không phải là thành phần
hệ thống, nhưng trong thành phầnhệ thống
có mộtsố CT dịch.
• Phân biệt: Chương trình phụcvụ hệ thống
và chương trình ứng dụng
48
Chương trình dịch trong Windows:
WIN.COM
COMMAND.COM
Nguyên tắc dịch: Interpreter
49
II – QUẢN LÝ FILES VÀ THIẾT BỊ
NGOẠI VI
•Quảnlýthiếtbị ngoạivi:Cần đảmbảohệ
thống thích nghi với:
–Số lượng nhiều,
–Chấtlượng đadạng,
–Thuậntiện cho người dùng.
•Quản lý files: Cho phép người dùng:
–Tạo files ở các loạibộ nhớ ngoài,
–Tìmkiếm, truy nhập files,
– Đảmbảo độclậpgiữaCT vàthiếtbị
50
1 – Nguyên tắcphâncấp trong
quảnlýthiếtbị ngoạivi
• Máy tính thế hệ I và II: Processor làm việc
trựctiếpvớithiếtbị ngoạivi,
•Hạnchế: Tốc độ -Số lượng - Chủng loại,
•Từ thế hệ III trở lên:

Processor  TB điềukhiển TB ngoạivi
(Control Devices)
(Controllers)
51
n
TB Vào/Ra
TB Vào/Ra
TB Vào/Ra
52
TB Vào/Ra
TB Vào/Ra
TB Vào/Ra
53
Nguyên tắc phân cấp trong quảnlýthiếtbị
ngoạivi
• Phép trao đổi vào ra: thựchiện theo nguyên lý
Macroprocessor,
•Với máy vi tính: Thiếtbịđiềukhiểnvàora≡ I/O
Card,
• Máy Card on Board,
•Lập trình trên Card vào/ra: ViếtTOOLS khởi
tạochương trình kênh,
• Khái niệm kênh bó (Multiplex), Card
Multimedia.
54
Kênh Multiplex
55
2 - KỸ THUẬT PHÒNG ĐỆM
• Khái niệm phòng đệm (Buffer) củaOS.
DISK

BUFFER
SYSTEM
a
A
M
A
M
RAM
56
KỸ THUẬT PHÒNG ĐỆM
•Cơ chế phụcvụ phòng đệm,
•Vấn đề đóng file output, FLUSH(F),
• Vai trò phòng đệm:
– Song song giữatraođổivàoravàxử lý,
– Đảmbảo độclập:
• Thông tin và phương tiện mang,
•Bản ghi lô gíc và vậtlý,
•Lưutrữ và xử lý,
–Giảmsố lầntruynhậpvậtlý:Giả thiếtmỗilẩn
truy nhậpvật lý: 0.01”, truy nhậpkiểu BYTE.
57
KỸ THUẬT PHÒNG ĐỆM
Không có
Buffer
Buffer
512B
1B 0.01” 0.01”
512B ~5” 0.01”
5KB ~50” 0.1”
50KB ~8’ 1”

58
Các loại phòng đệm
• Phòng đệm chung hoặcgắnvới file,
•CácHệ QTCSDL còn hệ thống phòng đệm riêng
để nâng độ linh hoạtvàtốc độ xử lý,
•Cácloạibộ nhớ Cache và phòng đệm.
•Bakiểutổ chức chính:
– Phòng đệm truy nhập theo giá trị,
– Phòng đệm truy nhập theo địachỉ,
– Phòng đệm vòng tròn.
59
Các loạiphòngđệm
• A) Phòng đệm truy nhập theo giá trị:
60
Các loại phòng đệm
• B) Phòng đệmtruynhập theo địachỉ:
61
Các loạiphòngđệm
• C) Phòng đệm vòng tròn: thường áp dụng
cho các hệ QT CSDL.
62
3 - SPOOL
• SPOOL – Simultaneuos Peripheral
Opearations On-Line,
• Không can thiệp vào CT người dùng,
• Hai giai đoạn:
–Thựchiện: thay thế thiếtvị ngoạivi bằng thiết
bị trung gian (Đĩacứng),
–Xử lý kết thúc:
•SaukhikếtthúcviệcthựchiệnCT,

• Đưa thông tin ra thiếtbị yêu cầu.
•Chúý: Đặctrưng củathiếtbị trung gian.
63
SPOOL
• Đảmbảo song song giữaxử lý mộtCT với
trao đổivàoracủaCT khác.
Thực hiện
chương trình
Xử lý kết thúc
(miễn phí)
64
SPOOL
•Giải phóng hệ thống khỏisự ràng buộcvề
số lượng thiếtbị,
• Khai thác thiếtbị ngoạivi tối ưu,
•Kỹ thuậtlập trình hiệuquả.
•Hệ thống cung cấpcácphương tiện để
ngườidụng tạo SPOOL,
•Ai tạoSPOOL –người đóxử lý kết thúc.
65
• Giai đoạnthựchiện: vớimỗi phép trao đổi
vào ra hệ thống tạo 2 CT kênh:
– CT kênh I – theo thiếtbị yêu cầu,
– CT kênh II – phụcvụ ghi CT kênh I ra thiếtbị
trung gian,
•Xử lý kêt thúc: ĐọcCT kênhđãlưuvà
chuyển giao cho kênh.
•Như vậy, mỗithiếtbị sử dụng  file CT
kênh.
66

4 – HỆ THỐNG QUẢN LÝ FILES
• ∃ CSDL quản lý files,
•Hệ thống quản lý files - Hệ QT CSDL.
67
?
68
69
QUẢN LÝ FILE TRONG
WINDOWS
•Mục đích:
– Minh hoạ nguyên lý bảng tham sốđiềukhiển,
–Tínhkế thừa và thích nghi,
–Cơ chế bảovệ,
–Cáchthể hiệnmộtsố chếđộquảnlýbộ nhớ
(chương tiếp theo).
70
TỔ CHỨC THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ
T
r
a
ck
1
1
1
2
2
2
3
3
3

Sector
71
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
•Sector:
– Đánh số từ 1,
–Số Sector/track – Constant,
–Hệ sốđan xen (Interleave) – nguyên tố cùng
nhau vớisố sector/track,
–Kíchthước1 sector:
• 128B
• 256B
• 512B
•1KB
72
• Cylinder: 0,1,2, . . .
• Đầutừ (Header): 0, 1, 2, . . .
• Cluster:
– Nhóm sectors liên tiếp lôgic,
– Đơnvị phân phối cho người dùng,
– Đánh số: 2, 3, 4, . . .
–Kíchthước: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 (S),
• Địachỉ vật lý:(H, S, Cyl),
• Địachỉ tuyệt đối: 0, 1, 2, . . .
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
73
CẤU TRÚC THÔNG TIN TRÊN ĐĨA TỪ
74
BOOT SECTOR
75
BOOT SECTOR

Stt Offs
L
(Byte)
Ý Nghĩa
10 3 Lệnh JMP (EB xx 90)
23 8 Tênhệ thống Format đĩa
3B 2 KíchthướcSector
4 D 1 Sec/Cluster
5E 2
Địachỉ tuyệt đối FAT1 trong đĩalôgíc
610
H
1Số lượng bảng FAT
711 2
FAT16: Số phầntử ∈ ROOT
FAT32: 00 00
813 2
Σ
sect/Disk (<32MB) hoặc00 00
76
BOOT SECTOR
915 1 Kiểu đĩatừ (F8 – HD, F0 – 1.44MB)
10 16 2
FAT16: Σ Sec/FAT
FAT32: 00 00
11 18 2 Sec/ Track
12 1A 2
S
ốđầutừ
16 28 2

Flags
13 1C 4
Địachỉ tuyệtBS trongđĩav
ậtlý
14 20 4
Σ Sec / D
isk (≥32MB) hoặc0
15 24 4
Σ Sec / FAT
17 2A 2
V
ersion
18 2C 4
Địachỉ ROOT (Cluster)
77
19 30 2
Inf
20 32 2
Địachỉ lưuBS
21 34 12
10
D
ự trữ (00...00)
22 40 1
Địachỉổđĩa ( 80 – C:)
26 47 11
10
Volume Name
23 41 1
00

24 42 1
29 – BIOS m
ở rộng
25 43 4
S
erial Number
27 52 8
FAT32
78
Boot Sector FAT 16
15 24 1
Địachỉổđĩa ( 80 – C:)
16 25 1
00
17 26 1
29 – BIOS m
ở rộng
18 27 4
S
erial Number
19 2B 11
10
Volume Name
20 36 8
FAT16
79
Ví dụ
EB 58 90 4D 53 57 49 4E 34 2E 31 00 02 08 2D 00
02 00 00 00 00 F8 00 00 3F 00 40 00 3F 00 00 00
41 0C 34 00 03 0D 00 00 00 00 00 00 02 00 00 00

01 00 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
80 00 29 D1 09 47 32 20 20 20 20 20 20 20 20 20
20 20 46 41 54 33 32 20 20 20 FA 33 C9 8E 41 BC
80
THƯ MỤC
• Đóng vai trò mụclụctracứu, tìm kiếm,
•Mọihệ thống đềuphảicóvớinhững tên khác nhau
(Catalog, Directory, Folder,. . .),
•Baog
ồm: Thư mụcgốc (ROOT) + Thư mục con,
•Cáchệ thống của Microsoft và OS IBM – cấutrúc
cây,
• UNIX - cấu trúc phân cấp,
•Thư mục= {Phầntử}, mỗiphầntử: 32
10
B
•Phầntử ↔ file,
•Thư mục con và ROOT: File có cấutrúc.
81
Cấutrúcphầntử thư mục tên ngắn
(Phầntử 8.3)
Stt Offs L Ý nghĩa
1 0 8 Tên (Name)
28 3 Phầnmở rộng (Extention)
3B 1 Thuộc tính (Attribute)
4C 2 Thời điểmtạo file
5E 2 Ngàytạo file
610
H
2Ngàytruynhậpgầnnhất

7 12 1 00 (Cho NT)
8131 Số 0.1” củathời điểmtạo file
82
Phầntử 8.3
9 14 2 2 bytes cao của cluster xuất phát
10 16 2 Thời điểmcậpnhậtcuối cùng
11 18 2 Ngày cậpnhậtcuối cùng
12 1A 2 2 bytes thấpcủa cluster xuất
phát
13 1C 4 Kích thước file (Byte)
83
Phầntử 8.3
•Byte số 0: Vai trò đặcbiệt.
• 00 – Chưasử dụng, phầntử chưa
sử dụng đầu tiên - dấuhiệukết
thúc thư mục,
•E5 –(
σ
) Đãbị xoá,
• 05 – Tên bắt đầubằng ký tự
σ
,
•2E 20 (. ) –Phầntử thứ I củathư
mục con,
• 2E 2E (..) – Phầntử thứ II củathư
mụccon
84