Bài Giảng Hệ Điều Hành-Chương 1: Giới thiệu potx

CHƯƠNG
CHƯƠNG
1: GI
1: GI
Ớ
Ớ
I THI
I THI
Ệ
Ệ
U
U
1.2
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
N
N
Ộ
Ộ
I DUNG
I DUNG
 Hệđiều hành là gì?
 Tổ chứchệ thống máy tính (Computer-System Organization)
 Kiếntrúchệ thống máy tính (Computer-System Architecture)
 Cấutrúchệđiều hành (Operating-System Structure)
 Các hoạt động hệđiều hành (Operating-System Operations)
 Quảntrị quá trình (Process Management)
 Quảntrị bộ nhớ (Memory Management)
 Quảntrị lưutrữ (Storage Management)

 Bảovệ và an ninh (Protection and Security)
 Các hệ thống phân tán (Distributed Systems)
 Các hệ thống mục đích đặcbiệt (Special-Purpose Systems)
 Môi trường tính toán (Computing Environments)
1.3
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
M
M
Ụ
Ụ
C TIÊU
C TIÊU
 Cung cấp cái nhìn bao quát về hệđiều hành và các thành phần
củanó
 Cung cấp cái nhìn bao quát về tổ chứchệ thống máy tính
1.4
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
H
H
Ệ
Ệ
ĐI
ĐI
Ề

Ề
U H
U H
À
À
NH L
NH L
À
À
GÌ?
GÌ?
 Chương trình giữ vai trò trung gian giữangười dùng và phần
cứng máy tính.
 Đích của HĐH:
z Thựchiệncácchương trình người dùng và làm cho các vấn
đề người dùng đang giảiquyếtdễ dàng hơn.
z Làm cho hệ thống máy tính trở nên thuậnlợi trong việcsử
dụng.
z Sử dụng hiệuquả phầncứng máy tính.
1.5
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
C
C
Ấ
Ấ
U TR
U TR

Ú
Ú
C H
C H
Ệ
Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG M
NG M
Á
Á
Y T
Y T
Í
Í
NH
NH
 Hệ thốngmáytínhcóthểđược chia thành 4 thành phần:
z Phầncứng (Hardware): cung cấp các tài nguyên tính toán cơ sở
 CPU, memory, I/O devices
z Hệđiều hành
 Điềukhiểnvàphốihợpsử dụng phầncứng giữacácứng dụng và
các người dùng
z Các trình ứng dụng: Xác định cách các tài nguyên hệ thống được dùng
để giảiquyếtcácvấn đề tính toán củangười dùng
 Các bộ xử lý từ (Word processors), các trình biên dịch (compilers),
các trình duyệt Web (web browsers), các hệ cơ sở dữ liệu

(database systems), các trò chơi điệntử (video games)
z Các người dùng
 Người, các máy móc, các máy tính khác
1.6
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
B
B
Ố
Ố
N TH
N TH
À
À
NH PH
NH PH
Ầ
Ầ
N H
N H
Ệ
Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG M
NG M

Á
Á
Y TINH
Y TINH
1.7
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
Đ
Đ
Ị
Ị
NH NGH
NH NGH
Ĩ
Ĩ
A H
A H
Ệ
Ệ
ĐI
ĐI
Ề
Ề
U H
U H
À
À
NH

NH
 HĐH là một nhà cấp phát tài nguyên:
z Quảntrị tấtcả các tài nguyên
z Quyết định giảiquyếtcácyêucầu xung đột để sự sử dụng tài
nguyên hiệuquả và hợplý
 HĐH là mộtchương trình điềukhiển
z Điềukhiểnsự thựchiệncácchương trình để ngănngừalỗivà
sự sử dụng máy tính không đúng
1.8
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
Đ
Đ
Ị
Ị
NH NGH
NH NGH
Ĩ
Ĩ
A HĐH
A HĐH
(Cont.)
(Cont.)
 Không có định nghĩa nào đượcchấpnhậnbởitấtcả mọingười
 “Chương trình chạy toàn thời gian trên máy tính” là hạt nhân
(kernel). Mọichương trình khác hoặclàchương trình hệ thống
(gắnvới HĐH) hoặclàchương trình ứng dụng
1.9

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
KH
KH
Ở
Ở
I Đ
I Đ
Ộ
Ộ
NG M
NG M
Á
Á
Y T
Y T
Í
Í
NH
NH
 Chương trình bootstrap đượcnạpkhibậtmáyhoặc reboot
z Thường đượclưu trong ROM / EPROM, đượcbiếtdướitên
firmware
z Khởi động tấtcả các sắc thái hệ thống
z Nạphạt nhân HĐH và bắt đầusự thựchiện
1.10
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7

th
Edition, Jan 12, 2005
T
T
Ổ
Ổ
CH
CH
Ứ
Ứ
C H
C H
Ệ
Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG M
NG M
Á
Á
Y T
Y T
Í
Í
NH
NH
 Sự hoạt động hệ thống máy tính
z Một/ nhiềuCPU, cácbộđiềukhiểnthiếtbị nối qua bus chung

cung cấptruyxuấtbộ nhớ chia sẻ
z Sự thựchiện đồng thờicủaCPU vàcácthiếtbị cạnh tranh các
chu ký bộ nhớ
1.11
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
S
S
Ự
Ự
HO
HO
Ạ
Ạ
T Đ
T Đ
Ộ
Ộ
NG H
NG H
Ệ
Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG M
NG M

Á
Á
Y T
Y T
Í
Í
NH
NH
 Các thiếtbị I/O và CPU có thể thựchiện đồng thời.
 Mỗibộđiềukhiểnthiếtbịđảm trách mộtkiểuthiếtbị riêng.
 Mỗibộđiềukhiểnthiếtbị có buffer cụcbộ.
 CPU di chuyểndữ liệutừ/ đếnbộ nhớ chính đến/ từ các buffer cục
bộ
 I/O là từ thiếtbịđến buffer cụcbộ.
 Bộđiềukhiểnthiếtbị báo cho CPU hoạt động củanóđãkếtthức
bởimột interrupt.
1.12
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
CH
CH
Ứ
Ứ
C NĂNG CHUNG C
C NĂNG CHUNG C
Ủ
Ủ
A C

A C
Á
Á
C INTERRUPTS
C INTERRUPTS
 Interrupt chuyển điềukhiểnchothủ tụcdịch vụ interrupt, thông qua
interrupt vector (chứa địachỉ củatoànbộ các thủ tụcdịch vụ).
 Kiến trúc Interrupt phảibảo toàn địachỉ củachỉ thị bị gián đoạn.
 Các interrupts đếnbị vô hiệu hóa khi interrupt khác đang đượcxử
lý để ngănngừathấtlạc interrupt.
 Trap là một interrupt đượcsinhrakhicómộtlỗihoặc đòi hỏicủa
người dùng.
 Một HĐH là sự truyền interrupt (interrupt driven).
1.13
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
QU
QU
Ả
Ả
N LÝ INTERRUPT
N LÝ INTERRUPT
 HĐH bảotồntrạng thái củaCPU bởilưutrữ các thanh ghi và bộ
đếmchương trình.
 Xác định kiểu interrupt nào đãxảyra:
z polling
z vectored interrupt system
 Tách biệtcácđoạnmãxácđịnh hành động sẽđượcchọnchomỗi

kiểu interrupt.
1.14
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
ĐƯ
ĐƯ
Ờ
Ờ
NG TH
NG TH
Ờ
Ờ
I GIAN INTERRUPT
I GIAN INTERRUPT
1.15
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
C
C
Ấ
Ấ
U TR
U TR
Ú
Ú
C I/O

C I/O
 Sau khi I/O bắt đầu, điềukhiểntrả lạichochương trình người
dùng chỉ khi I/O hoàn tất.
z Chỉ thị chờ làm “nhàn rỗi” CPU đếntận khi interrupt kế tiếp
z Vòng lặpchờ (tranh chấptruyxuấtbộ nhớ).
z Tạimộithời điểm, nhiềunhấtmộtyêucầu I/O đượcthực
hiện, không có xử lý I/O đồng thời.
 Sau khi I/O bắt đầu, điềukhiểntrả lạichochương trình người
dùng không chờ I/O hoàn tất.
z Lờigọihệ thống (System call) : yêu cầu HĐH cho phép
người dùng chờ sự hoàn tấtI/O.
z Bảng tình trạng thiếtbị (Device-status table) chứa đầuvào
cho mỗithiếtbị I/O chỉ ra kiểucủanó, địachỉ và trạng thái.
z HĐH lậpchỉ mụcbảng thiếtbị I/O để xác định tình trạng
thiếtbị và để sửa đổi đầuvàobảng bao gồmcả interrupt.
1.16
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
HAI PHƯƠNG PH
HAI PHƯƠNG PH
Á
Á
P I/O
P I/O
Synchronous
Asynchronous
1.17
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005

Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
B
B
Ả
Ả
NG TÌNH TR
NG TÌNH TR
Ạ
Ạ
NG THI
NG THI
Ế
Ế
T B
T B
Ị
Ị
1.18
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
C
C
Ấ
Ấ
U TR
U TR

Ú
Ú
C TRUY XU
C TRUY XU
Ấ
Ấ
T B
T B
Ộ
Ộ
NH
NH
Ớ
Ớ
TR
TR
Ự
Ự
C TI
C TI
Ế
Ế
P
P
 Được dùng cho các thiếtbị I/O tốc độ cao (tốc độ truyền thông tin
sát vớitốc độ bộ nhớ).
 Bộđiềukhiểnthiếtbị truyềncáckhốidữ liệutừ lưutrữ buffer trực
tiếp đếnbộ nhớ chính không cầnsự can thiệpcủaCPU.
 Chỉ một interrupt đượcsinhrachomộtkhốithayvìmột interrupt
cho mộtbyte.

1.19
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
C
C
Ấ
Ấ
U TR
U TR
Ú
Ú
C LƯU TR
C LƯU TR
Ữ
Ữ
 Bộ nhớ chính: phương tiệnlưutrữ lớnduynhất CPU có thể truy
xuấttrựctiếp.
 Lưutrữ thứ cấp: Mở rộng bộ nhớ chính, cung cấpkhả năng lưutrữ
lớnvàổn định.
 Đĩatừ:
z Bề mặt đĩa được chia logic thành các rãnh (tracks), mỗi rãnh
được chia thành các sectors.
z Bộđiềukhiển đĩaxácđịnh trao đổi logic giữathiếtbị và máy
tính.
1.20
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th

Edition, Jan 12, 2005
PHÂN C
PHÂN C
Ấ
Ấ
P LƯU TR
P LƯU TR
Ữ
Ữ
 Các hệ thống lưutrữđượctổ chức theo phân cấp.
z Tốc độ (Speed)
z Giá (Cost)
z Tính không ổn định (Volatility)
 Caching : sao chép thông tin vào hệ thống lưutrữ nhanh hơn(bộ
nhớ chínhcóthể xem như cache đốivớilưutrữ thứ cấp).
1.21
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
PHÂP C
PHÂP C
Ấ
Ấ
P THI
P THI
Ế
Ế
T B
T B

Ị
Ị
LƯU TR
LƯU TR
Ữ
Ữ
1.22
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
Caching
Caching
 Nguyên lý quan trọng, đượcthựchiện ở nhiềumức trong máy tính
(hardware, operating system, software)
 Thông tin cần dùng được sao chép tạmthờitừ bộ nhớ chậm sang
bộ nhớ nhanh hơn.
 Lưutrữ nhanh hơn (cache) đượckiểmtrađể xác định thông tin đã
tồntại ởđó?
z Nếu đãtồntại, thông tin đượcsử dụng trựctiếptừ cache.
z Nếu không, dữ liệu được sao chép đến cache và được dùng ở
đó
 Cache nhỏ hơnlưutrữ được cached
z Vấn đề quảntrị cache
z Kích thước cache và chính sách thay thế
1.23
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005

HI
HI
Ệ
Ệ
U NĂNG C
U NĂNG C
Ủ
Ủ
A C
A C
Á
Á
C M
C M
Ứ
Ứ
C LƯU TR
C LƯU TR
Ữ
Ữ
 Di chuyểngiữacácmức phân cấplưutrữ có thể tường minh hay
ẩn
1.24
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
S
S
Ự

Ự
DI TR
DI TR
Ú
Ú
M
M
Ộ
Ộ
T S
T S
Ố
Ố
NGUYÊN A T
NGUYÊN A T
Ừ
Ừ
Đ
Đ
Ĩ
Ĩ
A Đ
A Đ
Ế
Ế
N
N
THANH GHI
THANH GHI
 Các môi trường đanhiệmphảithậntrọng trong sử dụng giá trị mới

nhất
 Môi trường đaxử lý (Multiprocessor) phải cung cấpsự kếtdính
cahe trong phầncứng sao cho tấtcả các CPUs có giá trị mớinhất
trong cache của chúng
 Tình huống môi trường phân tán phứctạphơn: Có thể tồntạimột
vài bảnsaocủa cùng mộtdữ liệu
1.25
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005
Operating System Concepts – 7
th
Edition, Jan 12, 2005
C
C
Ấ
Ấ
U TR
U TR
Ú
Ú
C HĐH
C HĐH
 Đachương (Multiprogramming) sự cầnthiết cho tính hiệuquả
z Mộtngưới dùng không dùng CPU và thiếtbị I/O toàn thờigian
z Đachương tổ chức các công việcsaochoCPU “bậnrộnnhấtnhư có
thể
z Mộttập con các công việc đượclưu trong bộ nhớ
z Một công việc đượcchọnvàchạy thông qua lậplịch biểucôngviệc(job
scheduling)
z Khi một công việcphảichờ (ví dụ I/O), HĐH chuyểnCPU chocôngviệc
khác

 Chia sẻ thời gian (Timesharing /multitasking) là mở rộng logic trong đó
CPU đượcchuyển nhanh giữa các công việc sao cho các người dùng có
thể trao đổivớimỗi công việc khi nó chạytạoratínhtoántương tác
z Thờigianđáp ứng (Response time) (< 1s)
z Mỗingười dùng có ít nhấtmộtchương trình đang thựchiệntrongbộ
nhớ > quá trình (process)
z Nếucùnglúccómột vài công việcsẵn sàng chạy > CPU scheduling
z Nếu các quá trình không thể cùng chứa trong bộ nhớ, swapping di
chuyển chúng vào và ra
z Bộ nhớảo (Virtual memory) cho phép thựchiện nhiều quá trình không
hoàn toàn nằm trong bộ nhớ