Bai_giang_OS_1 docx

NGUYÊN LÝ HỆ
ĐIỀU HÀNH
Giảng viên: Nguyễn Vũ Quốc Hưng
Giảng viên: Nguyễn Vũ Quốc Hưng
Khoa Công nghệ Thông tin – ĐHSP Hà nội
Khoa Công nghệ Thông tin – ĐHSP Hà nội
Email:
Email:

Những mục tiêu chính:

Cung cấp cho sinh viên:
Cung cấp cho sinh viên:

Khái niệm cơ bản và nguyên lý của các
Khái niệm cơ bản và nguyên lý của các
Hệ điều hành
Hệ điều hành

Các phương pháp giải quyết các vấn đề
Các phương pháp giải quyết các vấn đề
nảy sinh
nảy sinh

Xem xét một số Hệ điều hành nổi tiếng:
Xem xét một số Hệ điều hành nổi tiếng:
Linux, Windows,…
Linux, Windows,…

Các kiến thức cần thiết


Kiến trúc máy tính và Cấu trúc máy tính
Kiến trúc máy tính và Cấu trúc máy tính

Cấu trúc dữ liệu và Giải thuật
Cấu trúc dữ liệu và Giải thuật

Ngôn ngữ lập trình: Pascal, C,…
Ngôn ngữ lập trình: Pascal, C,…

…
…

Tài liệu tham khảo

A. Silberschatz, G
A. Silberschatz, G
.
.
Gagne,
Gagne,
and
and
P.B. Galvin
P.B. Galvin
,
,


“

“
Operating
Operating
System Concepts
System Concepts
”, Addison Wesley
”, Addison Wesley

A.S. Tanenbaum
A.S. Tanenbaum
, “Modern Operating Systems”
, “Modern Operating Systems”
, Prentice
, Prentice
Hall, 1992
Hall, 1992

Bill McCarty,
Bill McCarty,


“Learning
“Learning
Redhat
Redhat
Linux 3
Linux 3
rd
rd
Edition”

Edition”
, O’Reilly,
, O’Reilly,
2003
2003

D.P. Bovet, M. Cesati,
D.P. Bovet, M. Cesati,


“Understanding Linux Kernel”,
“Understanding Linux Kernel”,
O’Reilly,2000
O’Reilly,2000

J.S. Gray,
J.S. Gray,


“
“
Interprocess
Interprocess
Communications in Linux: The Nooks and Crannies”
Communications in Linux: The Nooks and Crannies”
,
,
Prentice Hall, 2003
Prentice Hall, 2003


A. Rubini, J. Corbet,
A. Rubini, J. Corbet,


“Linux Device Drivers 2
“Linux Device Drivers 2
nd
nd
Edition”
Edition”
,
,
O’Reilly
O’Reilly

N.T.N. Hương,
N.T.N. Hương,
“Hệ điều hành”, NXB Bưu điện, 2004
“Hệ điều hành”, NXB Bưu điện, 2004

…
…

Phân phối, Bài tập và Kiểm tra

Phân phối thời gian
Phân phối thời gian

75% dành cho giảng bài
75% dành cho giảng bài


25% dành cho các bài tập lớn
25% dành cho các bài tập lớn

Kiểm tra viết
Kiểm tra viết

1 bài kiểm tra viết cuối học kì
1 bài kiểm tra viết cuối học kì

Điểm đánh giá.
Điểm đánh giá.

Bài tập lớn: lấy điểm kiểm tra giữa kì
Bài tập lớn: lấy điểm kiểm tra giữa kì

Kiểm tra: theo quy chế
Kiểm tra: theo quy chế

Nội dung

Chương 1: Dẫn nhập
Chương 1: Dẫn nhập

Chương 2: Quản lý tiến trình
Chương 2: Quản lý tiến trình

Chương 3: Quản lý bộ nhớ
Chương 3: Quản lý bộ nhớ


Chương 4: Quản lý hệ thống file
Chương 4: Quản lý hệ thống file

Chương 5: Xem xét một số hệ điều hành
Chương 5: Xem xét một số hệ điều hành
nổi tiếng
nổi tiếng

Chương 1 Dẫn nhập

Khái niệm và Định nghĩa
Khái niệm và Định nghĩa

Lịch sử OS
Lịch sử OS

Tổ chức hệ thống máy tính
Tổ chức hệ thống máy tính

Các thành phần của OS
Các thành phần của OS

Các dịch vụ của OS
Các dịch vụ của OS

Cấu trúc của OS
Cấu trúc của OS

Khái niệm


OS là phần mềm hoạt động ở lớp trung gian
OS là phần mềm hoạt động ở lớp trung gian
giữa người sử dụng máy tính và phần cứng.
giữa người sử dụng máy tính và phần cứng.

Mục tiêu của OS là làm cho người sử dụng:
Mục tiêu của OS là làm cho người sử dụng:

Thực thi dễ dàng các ứng dụng của mình
Thực thi dễ dàng các ứng dụng của mình

Thao tác điều khiển máy tính trở nên
Thao tác điều khiển máy tính trở nên
thuận tiện.
thuận tiện.

Khai thác phần cứng máy tính một cách
Khai thác phần cứng máy tính một cách
có hiệu quả
có hiệu quả

Khái niêm (tiếp)

Hệ thống máy tính bao gốm 4 thành phần:
Hệ thống máy tính bao gốm 4 thành phần:

Phần cứng (Hardware) – cung cấp các tài nguyên cơ
Phần cứng (Hardware) – cung cấp các tài nguyên cơ
bản
bản


CPU, memory, I/O devices
CPU, memory, I/O devices

Hệ điều hành (OS - Operating system)
Hệ điều hành (OS - Operating system)

Trung gian điều khiển và bố trí việc sử dụng phần
Trung gian điều khiển và bố trí việc sử dụng phần
cứng cho các ứng dụng và đối tượng sử dụng
cứng cho các ứng dụng và đối tượng sử dụng

Các chương trình ứng dụng (Application programs) –
Các chương trình ứng dụng (Application programs) –
Các phần mềm phục vụ tác nghiệp của người sử dụng.
Các phần mềm phục vụ tác nghiệp của người sử dụng.

Word processors, compilers, web browsers,
Word processors, compilers, web browsers,
database systems, video games
database systems, video games

Đối tượng sử dụng (Users):
Đối tượng sử dụng (Users):

Người, thiết bị hoặc máy tính khác
Người, thiết bị hoặc máy tính khác

4 thành phần của hệ thống máy tính

Định nghĩa

OS là tài nguyên:
OS là tài nguyên:

Quản lý tất cả các tài nguyên khác
Quản lý tất cả các tài nguyên khác

Làm trung gian giữa những mâu thuẫn về hiệu năng của
Làm trung gian giữa những mâu thuẫn về hiệu năng của
tài nguyên và sự sử dụng chúng một cách thuận tiện
tài nguyên và sự sử dụng chúng một cách thuận tiện

OS là chương trình điều khiển
OS là chương trình điều khiển

Điều khiển sự thực hiện các chương trình, ngăn ngừa
Điều khiển sự thực hiện các chương trình, ngăn ngừa
lỗi và sự sử dụng không thích hợp
lỗi và sự sử dụng không thích hợp

“
“
Chương trình chạy trong toàn bộ thời gian hoạt động của
Chương trình chạy trong toàn bộ thời gian hoạt động của
máy tính” đó chính là
máy tính” đó chính là
kernel.
kernel.
Mọi chương trình khác là

Mọi chương trình khác là
chương trình hệ thống hoặc chương trình ứng dụng
chương trình hệ thống hoặc chương trình ứng dụng

Lịch sử của OS

Hệ thống khung lớn (Mainframe Systems)
Hệ thống khung lớn (Mainframe Systems)

Hệ thống để bàn (Desktop Systems)
Hệ thống để bàn (Desktop Systems)

Hệ thống đa bộ xử lý
Hệ thống đa bộ xử lý
(Multiprocessor Systems)
(Multiprocessor Systems)

Hệ thống phân tán (Distributed Systems)
Hệ thống phân tán (Distributed Systems)

Hệ thống bó (Clustered Systems)
Hệ thống bó (Clustered Systems)

Hệ thống thời gian thực (Real – Time Systems)
Hệ thống thời gian thực (Real – Time Systems)

Hệ thống cầm tay (Handheld Systems)
Hệ thống cầm tay (Handheld Systems)

Môi trường tính toán

Môi trường tính toán
(Computing Environments)
(Computing Environments)

Mainframe Systems

Chi phí cài đặt thấp bởi hoạt động theo lô.
Chi phí cài đặt thấp bởi hoạt động theo lô.

Hàng đợi công việc tự động chuyển điều
Hàng đợi công việc tự động chuyển điều
khiển từ công việc này đến công việc khác.
khiển từ công việc này đến công việc khác.
Đây là OS đầu tiên thô sơ.
Đây là OS đầu tiên thô sơ.

Hạt nhân là bộ giám sát
Hạt nhân là bộ giám sát

Khởi động công việc
Khởi động công việc

Điều khiển chuyển đổi công việc
Điều khiển chuyển đổi công việc

Khi công việc được hoàn thành việc điều
Khi công việc được hoàn thành việc điều
khiển chuyển lại cho bộ giám sát
khiển chuyển lại cho bộ giám sát

Sơ đồ bộ nhớ của một hệ thống theo lô đơn
giản (Simple Batch System)

Hệ thống đa chương
(Multiprogramming Systems)
Multiprogramming
Multiprogramming
có các khả năng:
có các khả năng:

Một user đơn lẻ không được sử dụng CPU và
Một user đơn lẻ không được sử dụng CPU và
thiết bị I/O toàn thời gian.
thiết bị I/O toàn thời gian.

Các công việc được tổ chức đa chương (code and
Các công việc được tổ chức đa chương (code and
data) thì CPU luôn luôn thực thi một trong nó.
data) thì CPU luôn luôn thực thi một trong nó.

Một tập con của tất cả các công việc được lưu trữ
Một tập con của tất cả các công việc được lưu trữ
trong bộ nhớ
trong bộ nhớ

Một trong những công việc đó được chọn và hoạt
Một trong những công việc đó được chọn và hoạt
động theo
động theo
job scheduling

job scheduling

Khi một công việc rơi vào trạng thái chờ (ví dụ
Khi một công việc rơi vào trạng thái chờ (ví dụ
chờ I/O), OS sẽ chuyển sang công việc khác
chờ I/O), OS sẽ chuyển sang công việc khác

Hệ thống theo lô đa chương
(Multiprogrammed Batch Systems)
M t vài công vi c c l u tr trong b nh chính t i cùng môt th i ộ ệ đượ ư ữ ộ ớ ạ ờ
i m, CPU ph c v m t trong nh ng công vi c ó. để ụ ụ ộ ữ ệ đ

Những đặc tính cần thiết để
Multiprogramming

Hệ thống cung cấp các chương trình
Hệ thống cung cấp các chương trình
điều khiển I/O.
điều khiển I/O.

Quản trị bộ nhớ – hệ thống phải có khả
Quản trị bộ nhớ – hệ thống phải có khả
năng đinh vị trong bộ nhớ một vài
năng đinh vị trong bộ nhớ một vài
chương trình.
chương trình.

Lập lịch CPU – hệ thống phải lựa chọn
Lập lịch CPU – hệ thống phải lựa chọn
một vài công việc sẵn sàng để chạy.

một vài công việc sẵn sàng để chạy.

Định vị các thiết bị.
Định vị các thiết bị.

Hệ thống chia sẻ thời gian
(Timesharing Systems)

Timesharing (multitasking – đa nhiệm)
Timesharing (multitasking – đa nhiệm)
là khái niệm mở
là khái niệm mở
rộng về mặt logic chỉ việc chuyển điều khiển giữa các công
rộng về mặt logic chỉ việc chuyển điều khiển giữa các công
việc thường xuyên đến mức các users tương tác được đến
việc thường xuyên đến mức các users tương tác được đến
mỗi công việc khi nó đang chạy, tạo ra máy tính tương tác.
mỗi công việc khi nó đang chạy, tạo ra máy tính tương tác.

Thời gian điều chuyển phù hợp
Thời gian điều chuyển phù hợp
< 1 second
< 1 second

Mỗi user có ít nhất một chương trình trong bộ nhớ
Mỗi user có ít nhất một chương trình trong bộ nhớ


tiến
tiến

trình (
trình (
process)
process)

Nếu một vài công việc sẵn sàng chạy tại cùng một thời
Nếu một vài công việc sẵn sàng chạy tại cùng một thời
điểm
điểm




CPU scheduling
CPU scheduling

Nếu các tiến trình không đặt vừa trong bộ nhớ,
Nếu các tiến trình không đặt vừa trong bộ nhớ,
swapping
swapping


sẽ được thực hiện.
sẽ được thực hiện.

Virtual memory
Virtual memory
cho phép thi hành các tiến trình không
cho phép thi hành các tiến trình không
đặt trọn vẹn trong bộ nhớ.

đặt trọn vẹn trong bộ nhớ.

Desktop Systems

Personal computers
Personal computers
– hệ thống máy tính cho
– hệ thống máy tính cho
phép một người sử dụng.
phép một người sử dụng.

I/O devices – bàn phím, chuột, màn hình,
I/O devices – bàn phím, chuột, màn hình,
máy in.
máy in.

Người sử dụng dễ dàng và thuân lợi.
Người sử dụng dễ dàng và thuân lợi.

Có thể sử dụng công nghệ của các hệ thống
Có thể sử dụng công nghệ của các hệ thống
lớn đã được cá nhân hóa cho người sử dụng
lớn đã được cá nhân hóa cho người sử dụng
nhưng không cần thiết các tính năng bảo vệ
nhưng không cần thiết các tính năng bảo vệ
cao cấp.
cao cấp.

Có thể chạy với một vài OS (Windows,
Có thể chạy với một vài OS (Windows,

MacOS, UNIX, Linux)
MacOS, UNIX, Linux)

Parallel Systems

Multiprocessor systems có nhiều CPU trong một
Multiprocessor systems có nhiều CPU trong một
hệ thống liên lạc khép kín.
hệ thống liên lạc khép kín.

Tightly coupled system
Tightly coupled system
– các processor chia sẻ bộ
– các processor chia sẻ bộ
nhớ và đồng hồ xung; truyền tin luôn luôn thông
nhớ và đồng hồ xung; truyền tin luôn luôn thông
qua bộ nhớ được chia sẻ.
qua bộ nhớ được chia sẻ.

Các lợi ích của parallel system:
Các lợi ích của parallel system:

Gia tăng thông lượng truyền tin
Gia tăng thông lượng truyền tin

Kinh tế
Kinh tế

Gia tăng độ tin cậy
Gia tăng độ tin cậy

Parallel Systems (Cont.)

Symmetric multiprocessing (SMP)
Symmetric multiprocessing (SMP)

Mỗi processor chạy độc lập trên một bản
Mỗi processor chạy độc lập trên một bản
sao hệ điều hành như nhau.
sao hệ điều hành như nhau.

Cho phép nhiều tiến trình cùng chạy đồng
Cho phép nhiều tiến trình cùng chạy đồng
thời trên một hệ thống.
thời trên một hệ thống.

Nhiều hệ điều hành hiện đại hỗ trợ SMP
Nhiều hệ điều hành hiện đại hỗ trợ SMP

Asymmetric multiprocessing
Asymmetric multiprocessing

Mỗi bộ xử lý được giao một nhiệm vụ
Mỗi bộ xử lý được giao một nhiệm vụ
riêng biệt; một bộ xử lý chủ (master) lập
riêng biệt; một bộ xử lý chủ (master) lập
lịch và xác định công việc cho các bộ xử
lịch và xác định công việc cho các bộ xử
lý thành viên (slave)
lý thành viên (slave)


Phổ biến trên những hệ thống lớn
Phổ biến trên những hệ thống lớn

Symmetric Multiprocessing
Architecture

Distributed Systems

Phân tán sự tính toán trên một vài bộ xử lý
Phân tán sự tính toán trên một vài bộ xử lý
vật lý.
vật lý.

Loosely coupled system
Loosely coupled system
– mỗi bộ xử lý có
– mỗi bộ xử lý có
một bộ nhớ riêng của nó. Các bộ xử lý truyền
một bộ nhớ riêng của nó. Các bộ xử lý truyền
thông tin cho nhau trên đường truyền tốc độ
thông tin cho nhau trên đường truyền tốc độ
cao.
cao.

Các lợi ích của distributed systems.
Các lợi ích của distributed systems.

Chia xẻ tài nguyên
Chia xẻ tài nguyên


Tăng tốc độ tính toán
Tăng tốc độ tính toán

Đáng tin cậy
Đáng tin cậy

Communications
Communications

Distributed Systems (tiếp)

Đòi hỏi cơ sở hạ tầng mạng máy tính.
Đòi hỏi cơ sở hạ tầng mạng máy tính.

Local area networks (LAN) hoặc Wide
Local area networks (LAN) hoặc Wide
area networks (WAN)
area networks (WAN)

Có hai dạng hệ thống client-server hoặc
Có hai dạng hệ thống client-server hoặc
hệ thống peer-to-peer.
hệ thống peer-to-peer.

Cấu trúc chung của Client-Server