CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNH pot

2.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005NỘI DUNG „ Các dịch vụ hệ điều hành Operating System Services „ Giao diện HĐH người dùng Us

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNH

2.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

NỘI DUNG

„ Các dịch vụ hệ điều hành (Operating System Services)

„ Giao diện HĐH người dùng (User Operating System Interface)

„ Lời gọi hệ thống (System Calls)

„ Các kiểu lời gọi hệ thống (Types of System Calls)

„ Chương trình hệ thống (System Programs)

„ Thiết kế và thực thi HĐH (Operating System Design and

Implementation)

„ Cấu trúc HĐH (Operating System Structure)

„ Máy ảo (Virtual Machines)

„ Các thế hệ HĐH (Operating System Generations)

„ Boot hệ thống (System Boot)

MỤC TIÊU

„ Mô tả các dịch vụ một HĐH cung cấp cho người dùng, quá trình và

các hệ thống khác

„ Thảo luận các phương pháp cấu trúc một HĐH

„ Giải thích các HĐH được cài đặt như thế nào và chúng boot ra

sao

2.4 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

CÁC DỊCH VỤ HĐH

người dùng:

z Giao diện người dùng

 Giao diện hàng lệnh (Command Line Interface - CLI)

 Giao diện người dùng đồ họa (Graphics User Interface - GUI)

CÁC DỊCH VỤ HĐH (Cont.)

z Liên lạc

 Thông qua bộ nhớ chia sẻ

 Thông qua truyền thông điêp

2.6 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

CÁC DỊCH VỤ HĐH (Cont.)

„ Tập các chức năng khác của HĐH nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả

thông qua chia sẻ tài nguyên

z Cấp phát tài nguyên (Resource allocation) : nhiều kiểu cấp phát tài

z Kiểm toán (Accounting) : Lưu vết sử dụng của người dùng (kiểu tài

nguyên, thời gian sử dụng …)

z Bảo vệ và an ninh (Protection and security) :

 Bảo vệ : bao gồm đảm bảo tất cả các truy xuất đến các nguyên hệ

thống được điều khiển

 An ninh : chống truy xuất bất hợp lệ đến các tài nguyên

GIAO DIỆN HÀNG LỆNH - CLI

„ CLI cho phép đầu vào lệnh trực tiếp:

 Một số thực hiện trong phương thức hạt nhân, một số bởichương trình hệ thống

 shells

 Đem về một hàng lệnh từ người dùng và thực hiện nó

– Các lệnh dính liền

– Tên chương trình

2.8 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

„ Giao diện biểu tượng

LỜI GỌI HỆ THỐNG

„ Giao diện lập trình đến các dịch vụ

„ Thường được viết trong ngôn ngữ lập trình mức cao (C / C++ …)

„ Được truy xuất bởi chương trình thông qua giao diện lập trình ứng

dụng mức cao (Application Program Interface - API)

„ Các API thông dụng nhất:

z Win32 API / Windows

z POSIX API cho các hệ thống dựa trên POSIX (bao gồm tất cảcác phiên bản của UNIX, Linux, và Mac OS X), and

z Java API cho máy ảo Java (Java virtual machine - JVM)

2.10 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

„ Dãy lời gọi hệ thống để sao chép một file

VÍ DỤ API CHUẨN

„ Chức năng đọc file ReadFile() trong

z Win32 API— một hàm đọc file

z Mô tả các tham số:

 HANDLE file—file được đọc

 LPVOID buffer— buffer ở đó dữ liệu được dọc vào/ viết ra

 DWORD bytesToRead— số bytes được đọc vào buffer

 LPDWORD bytesRead— số bytes được đọc trong lần đọc sau cùng

 LPOVERLAPPED ovl—chỉ ra I/O viết đè được dùng

2.12 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

„ Thông thường, một số kết hợp với mỗi lời gọi hệ thống

z Giao diện lời gọi hệ thống duy trì một bảng tương ứng với các

số này

„ Giao diện lời gọi hệ thống gọi lời gọi hệ thống mong muốn trong

hạt nhân, trả lại tình trạng lời gọi hệ thống và trả lại các giá trị

„ Người gọi không cần biết về sự thực thi của lời gọi hệ thống

z Chỉ cần tuân thủ API và hiểu cái mà HĐH sẽ làm như kết quả

z Hầu hết chi tiết của giao diện HĐH được che bởi API

API – LỜI GỌI HỆ THỐNG – MỐI QUAN HỆ OS

2.14 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

„ Chương trình C gọi lời gọi thư viện printf(), printf gọi lời gọi hệ thống

write()

TRUYỀN THAM SỐ TRONG LỜI GỌI HỆ

THỐNG

„ Thông thường, thông tin được đòi hỏi nhiều hơn định danh của lời

gọi hệ thống mong muốn

z Kiểu và số lượng thông tin thay đổi tùy theo HĐH và lời gọi

„ Ba phương pháp chung để truyền tham số

z Truyền than số trong thanh ghi

z Tham số được lưu trong một khối / bảng trong bộ nhớ địa chỉkhối được truyền trong một thanh ghi (Linux và Solaris)

z Các tham số được bố trí / đẩn lên stack bởi chương trình vàđược pop từ stack bởi HĐH

z Khối và stack không giới hạn độ dài tham số được truyền

2.16 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

CÁC KIỂU LỜI GỌI HỆ THỐNG

„ Điều khiển quá trình

„ Quản trị file

„ Quản trị thiết bị

„ Duy trì thông tin

„ Liên lạc

2.18 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

(a) At system startup (b) running a program

FreeBSD CHẠY NHIỀU CHƯƠNG TRÌNH

2.20 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

„ Các chương trình hệ thống cung cấp môi trường thuận lợi cho

phát triển và thực hiện chương trình Có thể được chia thành:

z Thao tác file: Tạo, xóa, sao chép, đổi tên, in, dump, liệt kê …

z Thông tin tình trạng:

 Date, time, lượng bộ nhớ sẵn dùng, không gian đĩa, sốngười dùng …

 Thông tin sổ ghi, gỡ rối

 Thông tin cấu hình …

z Sửa đổi file

 Các bộ soạn thảo văn bản tạo và sửa đổi files

 Các lệnh tìm kiếm nội dung file và biến đổi văn bản

2.22 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

THIẾT KẾ & THỰC THI HĐH C THI HĐH

„ Cấu trúc bên trong của các HĐH khác nhau có thể rất khác nhau

CẤU TRÚC ĐƠN GIẢN

„ MS-DOS – Được viết để cung cấp các tính năng trong một “không

gian hẹp”

z Không chia thành các modules

z Có cấu trúc nhưng các giao diện và các mức tính năng khôngđược tách biệt

2.24 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

CẤU TRÚC PHÂN TẦNG CỦA MS-DOS

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TẦNG

„ HĐH được chia thành một số tầng (mức), mỗi một được xây dựng

trên các mức thấp hơn, mức thấp nhất là hardware, mức cao nhất

là giao diện người dùng

„ Với tính module hóa, các tầng được xây dựng sao cho mỗi một chỉ

sử dụng các chức năng, dịch vụ của các tầng thấp hơn

2.26 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

HĐH PHÂN TẦNG

2.28 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

CẤU TRÚC HỆ THỐNG VI HẠT NHÂN

„ Chuyển nhiều nhất như có thể các chức năng hạt nhân sang

không gian người dùng

„ Liên lạc giữa các modules người dùng sử dụng truyền thông điệp

„ Các lợi điểm:

z Dễ dàng hơn trong việc mở rộng microkernel

z Dễ dàng hơn trong việc lái HĐH sang các cấu trúc mới

z Đáng tin cậy hơn

z An ninh hơn

„ Các phương hại:

z Tổng phí hiệu năng liên lạc không gian người dùng-không gianhạt nhân cao

2.30 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

CẤU TRÚC Mac OS X

CÁC MODULES

„ Hầu hết các HĐH hiện đại thực thi các modules hạt nhân:

z Sử dụng tiếp cận hướng đối tượng

z Tách biệt mỗi thành phần lõi

z Trao đổi thông qua giao diện

z Có thể nạp mỗi khi cần

2.32 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

TIẾP CẬN MODULE HÓA Solaris

MÁY ẢO

„ Máy ảo:

z tiếp cận phân tầng

z Ứng xử hạt nhân HĐH như phần cứng

z Cung cấp một giao diện đồng nhất

„ HĐH tạo ra một ảo ảnh đa quá trình, mỗi một chạy trên một bộ

2.34 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

MÁY ẢO (Cont.)

(a) Nonvirtual machine (b) virtual machineNon-virtual Machine Virtual Machine

MÁY ẢO (Cont.)

„ Quan niệm máy ảo cung cấp sự bảo vệ đầy đủ các tài nguyên hệ

thống vì mỗi máy ảo được cô lập với các máy khác, tuy nhiên sự côlập này không cho phép chia sẻ tài nguyên trực tiếp

„ Hệ thống máy ảo là cỗ máy hoàn hảo cho nghiên cứu và phát triển

HĐH

„ Quan niệm máy ảo khó thực thi

2.36 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

KIẾN TRÚC VMware

MÁY ẢO Java

2.38 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Jan 14, 2005

SỰ SINH RA HĐH

„ Các HĐH được thiết kế để chạy trên một máy bất kỳ của một “mẫu

máy tính”, hệ thống phải được cấu hình cho mỗi site máy tính xácđịnh

„ Chương trình SYSGEN nhận được thông tin liên quan đến cấu

hình xác định của hệ thống phần cứng

định vị hạt nhân, nạp nó vào bộ nhớ và khởi động sự thực hiện củanó

BOOT HỆ THỐNG

„ Đoạn code nhỏ - bootstrap loader: định vị hạt nhân, nạp vào bộ

nhớ và khởi động nó

„ Đôi khi, quá trình hai bước:

z boot block ở vị trí cố định nạp bộ nạp bootstrap

z Khi được cấp nguồn, sự thực hiện bắt đầu ở một vị trí bộ nhớ

cố định

z Firmware = initial boot code

End of Chapter 2