chuong 1 tong quan ve he dieu hanh

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ
HỆ ĐIỀU HÀNH


Nội dung
•
•
•
•

Giới thiệu
Kiến trúc của HĐH
Lịch sử HĐH
Giới thiệu một số HĐH hiện đại

2


Hệ điều hành ?
• Là 1 chương trình quản lý phần cứng máy tính
• Trung gian giữa người dùng và phần cứng máy tính
• Cung cấp môi trường cho các ứng dụng khác thực thi

3


Hạt nhân của HĐH
• Tiến trình (Process)
– Chương trình đang thực thi trên máy

Process P

– VD: mở 1 file word  tạo ra 1 tiến trình PW

T1

T2

T
3

• Tiểu trình (thread)
– Một dòng xử lý trong 1 tiến trình

int a;

– Một tiến trình có 1 hay nhiều tiểu trình
– VD: trong tiến trình PW
• Luồng nhận thao tác của người dùng
• Luồng kiểm tra lỗi

4


Vai trò của hệ điều hành

5


Vai trò của hệ điều hành

6


Vai trò của hệ điều hành
• Quản trị tài nguyên
– CPU, RAM, printer…
– Nhiệm vụ: Cung cấp giải thuật cấp phát, quản trị tài nguyên cho
các đối tượng hoạt động.
– Mục tiêu:Cấp phát đầy đủ, công bằng, hiệu quả

• Điều khiển thiết bị
– Nhiệm vụ: Che dấu các chi tiết phần cứng, tạo môi trường dễ
làm việc hơn cho người dùng.
– Mục tiêu: Tạo sự độc lập thiết bị.
7


Thành phần của HĐH
• Quản lý tài nguyên là vai trò quan trọng nhất của HĐH, do đó
cần có một số thành phần quản lý CPU, quản lý bộ nhớ, …
– CPU

: quản lý tiến trình(bao gồm quản lý CPU)

– RAM

: quản lý bộ nhớ chính

– Input/Output : quản lý nhập/xuất (thấy rõ ở DOS)
– Hệ thống tập tin : Quản lý tập tin

Hệ thống bảo vệ
Quản lý mạng
Shell (giao tiếp người dùng)
8


Dịch vụ của HĐH
• Nạp và thi hành chương trình (load & run)
• Các thao tác xuất nhập (I/O Operations)
• Các thao tác truy xuất/cập nhật hệ thống tập tin (file system)
• Các cơ chế liên lạc/trao đổi thông tin giữa các tác vụ
• Phát hiện/chỉnh sửa lỗi
• …
 Giao tiếp giữa các chương trình ứng dụng và HĐH được thực
hiện phần lớn thông qua các lời gọi hệ thống (System Call)
9


Nội dung
•
•
•
•

Giới thiệu
Kiến trúc của HĐH
Lịch sử HĐH
Giới thiệu một số HĐH hiện đại

10

Kiến trúc của Hệ điều hành
•
•
•
•

Kiến trúc đơn giản
Kiến trúc phân lớp
Kiến trúc máy ảo
Kiến trúc Modules

11


Kiến trúc đơn giản


Ứng dụng


Tiện ích thường trú



Hệ điều hành (DOS)


Phần cứng (BIOS, port)

Ví dụ với HĐH DOS

Ví dụ điển hình: HĐH MSDOS
HĐH chỉ làm một số nhiệm
vụ quản lý khá đơn giản và
cung cấp thêm một số dịch
vụ.
HĐH = Thư viện hàm.
Ứng dụng của người dùng
vẫn có thể truy cập trực
tiếp phần cứng thông qua
BIOS, cổng phần cứng
Không hỗ trợ đa nhiệm.


Kiến trúc phân lớp
HĐH phân thành nhiều
lớp.Mỗi lớp phụ trách 1
chức năng đặc thù.
 Lớp bên trên sử dụng
chức năng do các lớp
bên dưới cung cấp.
 Khó xác định số lượng
lớp, thứ tự lớp.
 Chi phí truyền tham số
xuyên các lớp .


13

Kiến trúc máy ảo (1/4)
•

Do mục tiêu của HĐH là chạy được nhiều chương trình đồng thời
trên một máy tính nên cách tốt nhất là tạo ra nhiều máy tính ảo từ
một máy tính thật để các chương trình chạy riêng trên các máy ảo.

•

Về nguyên tắc các chương trình không biết mình đang chạy trên máy
ảo, cũng không biết mình đang phải chia sẻ tài nguyên với các
chương trình khác. Ví dụ:
– CPU ảo: mỗi chương trình sở hữu một CPU ảo
– Bộ nhớ ảo: mỗi chương trình một không gian nhớ riêng

14


Kiến trúc máy ảo (2/4)

Non-virtual Machine

Virtual Machine
15


Kiến trúc máy ảo (3/4)- Ví dụ
• Java Virtual Machine
Java program

Java OS
Java VM

Process

Process

Operating System
Hardware

•

Độc lập với Platform
16


Kiến trúc máy ảo (4/4)
• Ưu điểm:
– Môi trường thuận lợi cho sự tương thích
– Tăng tính an toàn cho hệ thống do các VM độc lập
– Dễ phát triển các HĐH đơn nhiệm cho các VM độc lập.

• Khuyết điểm
– Phức tạp trong việc giả lập.

17


Kiến trúc modules
Scheduling

classes

Device &
bus drivers

Miscellaneous
modules

File systems

Loadable
system calls

Core Solaris
kernel

STREAM
modules

Executable
formats

Ví dụ kiến trúc của HĐH Solaris
18


Nội dung
•
•
•

•

Giới thiệu
Kiến trúc của HĐH
Lịch sử HĐH
Giới thiệu một số HĐH hiện đại

19


Lịch sử HĐH - 1
Thế hệ 1st
1945
•

Thế hệ 2nd

1955

1965

Thế hệ 3rd

Thế hệ 4th
1980

Thế hệ thứ 1: (1945-1955)
–

Vacuum tube: Xây dựng máy tính dùng ống chân không. Những máy này rất lớn với hơn 10000

ống chân không nhưng chậm hơn nhiều so với máy rẽ nhất hiện nay.

–

Plug board : Lập trình bằng ngôn ngữ máy tuyệt đối, thường là dùng bảng điều khiển để thực
hiện cách chức năng cơ bản.

•

–

Tại 1 thời điểm: 1 công việc

–

Vấn đề: lãng phí

Thế hệ thứ 2: (1955-1965)
–

Transistors (bán dẫn).
20


Lịch sử HĐH - 2
–

Batch system: Hệ thống xử lý theo lô ra đời ,lưu các yêu cầu cần thực hiện lên băng từ và hệ
thống sẽ đọc và thi hành lần lược. Ngôn ngữ sử dung trong giai đoạn này chủ yếu là
FORTRAN và hợp ngữ.

–

Sử dụng cơ chế spooling:
+ Spool(simultaneous peripheral operation on-line) đồng bộ hóa các thao tác bên ngoài online. Cơ chế này cho phép xử lý của CPU là on-line, sử dụng đĩa để lưu các dữ liệu nhập cũng
như xuất.

–

Sử dụng CPU tốt hơn, nhưng vẫn thực thi 1 công việc tại 1 thời điểm

21


Lịch sử HĐH - 3
•

Thế hệ thứ 3:
– Integrated circuits (ICs): Máy IBM 360 la máy tính đầu tiên sử dụng mạch tích
hợp.
– Đa nhiệm (multiprogramming): CPU không phải chờ thực hiện các thao tác nhập
xuất. Bộ nhớ được chia làm nhiều phần, mỗi phần có một công việc khác nhau,
khi một công việc chờ thực hiện nhập xuất CPU sẽ xử lý các công việc còn lại.
– Chia sẻ thời gian: thực thi nhiều công việc cùng 1 lúc

•

Thế hệ thứ 4:
– Thể thống nhất lớn
– Dùng cho PC

22

– Sự phát triển mạnh mẽ của hệ điều hành mạng và hệ điều hành phân tán.


Lịch sử HĐH - 3
• Một số loại HĐH hiện đại
– Mainframe: MVS
– Server: Solaris, FreeBSD
– Multiprocessor: Cellular IRIX
– PC: Windows, Unix
– Thời gian thực (real-time): VxWorks
– Hệ điều hành nhúng
– Hệ điều hành card thông minh (smart card)
23


Nội dung
•
•
•
•

Giới thiệu
Kiến trúc của HĐH
Lịch sử HĐH
Giới thiệu một số HĐH hiện đại

01/2009

24


Một số hệ điều hành hiện đại
• Windows
• Unix/Linux

25