Ch03 OS Structure Chöông 1 C Caáu Truùc Heä Ñieàu Haønh 1 1 2 Outline 1 Caùc thaønh phaàn cuûa heä ñieàu haønh (System components) 2 Caùc dòch vuï heä ñieàu haønh cung caáp (Operating Systems Services[.]
Chương 1.C: Cấu Trúc Hệ Điều Hành -1.1- Outline Các thành phần hệ điều hành (System components) Các dịch vụ hệ điều hành cung cấp (OperatingSystems Services) System calls Các chương trình hệ thống (System programs) Cấu trúc hệ điều hành (System structure) Máy ảo (Virtual machine) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần hệ điều hành (1/7) Quản lý trình (Process management) ● Quá trình (process) hay chương trình (program) ● Một trình cần tài nguyên hệ thống CPU, nhớ, file, thiết bị I/O,… để hoàn thành công việc ● Các nhiệm vụ: Tạo xóa trình người dùng hệ thống (user and system processes) Tạm ngưng hồi phục lại (suspend/resume) trình Cung cấp chế (mechanisms): – đồng hoạt động trình – giao tiếp trình – xử lý deadlock Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần hệ điều hành (2/7) Quản lý nhớ (Memory Management) ● Tùy thuộc kiến trúc máy tính ● Để có hiệu suất sử dụng CPU thời gian đáp ứng tốt, hệ điều hành cần dùng giải thuật quản lý nhớ thích hợp ● Các nhiệm vụ Theo dõi, quản lý vùng nhớ trống cấp phát Quyết định nạp chương trình có vùng nhớ trống Cấp phát thu hồi vùng nhớ Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần hệ điều hành (3/7) Quản lý tập tin (File management) ● Hệ thống file (file system) File Thư mục ● Các dịch vụ mà thành phần cung cấp Tạo xoá file/thư mục Các tác vụ xửû lý file/thư mục (rename, copy, move, new,…) “Ánh xạ” file/thư mục vào thiết bị lưu trữ thứ cấp tương ứng Sao lưu phục hồi liệu Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Caùc thành phần hệ điều hành (4/7) Quản lý hệ thống I/O (I/O-system management) ● Che dấu đặc trưng riêng biệt thiết bị I/O user ● Có chức Quản lý buffering, caching, spooling – Buffer: vùng nhớ để lưu liệu chúng truyền hai thiết bị hay thiết bị ứng dụng Cung cấp giao diện chung đến trình điều khiển thiết bị (device-driver interface) Trình điều khiển thiết bị cho chủng loại thiết bị phần cứng khác Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần hệ điều hành (5/7) Quản lý hệ thống lưu trữ thứ cấp (Secondary-Storage management) ● Bộ nhớ chính: kích thước nhỏ, môi trường chứa tin không bền vững cần hệ thống lưu trữ thứ cấp để lưu trữ bền vững liệu, chương trình ● Phương tiện lưu trữ thông dụng đóa từ, đóa quang ● Nhiệm vụ Quản lý vùng trống Cấp phát không gian lưu trữ (storage allocation) Định thời đóa (disk scheduling) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần hệ điều hành (6/7) Hệ thống bảo vệ (Protection system) Khi hệ thống cho phép nhiều user hay nhiều trình ● Kiểm soát trình người dùng đăng nhập/xuất sử dụng hệ thống ● Kiểm soát việc truy cập tài nguyên hệ thống ● Bảo đảm người dùng/quá trình đủ quyền hạn phép sử dụng tài nguyên tương ứng ● Các nhiệm vụ Cung cấp chế kiểm soát đăng nhập/xuất (login, logout) Phân định truy cập tài nguyên hợp pháp bất hợp pháp (authorized/unauthorized) Phương tiện thi hành sách (enforcement of policies) Chính sách: cần bảo vệ liệu Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần hệ điều hành (7/7) Trình thông dịch lệnh (Command-Interpreter system) ● Là giao diện chủ yếu người dùng OS Ví dụ: shell, mouse-based window-and-menu ● Khi user login command line interpreter (shell) chạy, chờ nhận lệnh từ người dùng, thực thi lệnh trả kết ● Liên hệ chặt chẽ với thành phần khác hệ điều hành để thực thi yêu cầu người dùng ● Các nhóm lệnh trình thông dịch lệnh để Tạo, hủy, xem thông tin trình, hệ thống Điều khiển truy cập I/O Quản lý, truy cập hệ thống lưu trữ thứ cấp Quản lý, sử dụng nhớ Truy cập hệ thống file … Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các dịch vụ hệ điều hành cung cấp (1/2) Một số dịch vụ chủ yếu mà người dùng hay chương trình cần ● Thực thi chương trình ● Thực tác vụ I/O yêu cầu chương trình ● Các tác vụ lên file Đọc/ghi hay tạo/xóa file ● Giao tiếp, trao đổi thông tin trình Shared memory Message passing ● Phát lỗi Trên thiết bị I/O: liệu hư, hết giấy,… Chương trình ứng dụng: chia cho 0, truy cập đến địa nhớ không phép Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 10 Các dịch vụ hệ điều hành cung cấp (2/2) Các chức khác ● Cấp phát tài nguyên Tài nguyên: tape drives,… OS có routine tương ứng ● Kế toán (accounting) Ví dụ để tính phí Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 11 Giao diện trình hệ điều hành System calls ● Cung cấp giao diện trình hệ điều hành Vd: open, read, write file ● Thông thường dạng thư viện nhị phân (binary library) ● Trong ngôn ngữ lập trình cấp cao, số thư viện lập trình xây dựng dựa thư viện hệ thống (ví dụ Windows API, thư viện GNU C/C++ glibc, glibc++,…) ● Ba phương pháp truyền tham số sử dụng system call Truyền tham số qua ghi Truyền tham số thông qua vùng nhớ, địa vùng nhớ gửi đến hệ điều hành qua ghi Truyền tham số qua stack Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 12 Các chương trình hệ thống Chương trình hệ thống (System programs) ● Quản lý file: create, delete, rename, list ● Thông tin trạng thái hệ thống: time, dung lượng nhớ trống ● Soạn thảo file: file editor ● Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình: compiler, assembler, interpreter ● Nạp, thực thi, giúp tìm lỗi chương trình: loader, debugger ● Giao tiếp: email, talk, web browser ●… Người dùng cuối chủ yếu làm việc thông qua system program (không sử dụng “trực tiếp” system call) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 13 Cấu trúc hệ điều hành (1/6) Hệ thống đơn (monolithic) ● Các thành phần tổ chức tùy tiện, module tùy tiện gọi module khác Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM www.buyya.com/microkernel/ 14 Cấu trúc hệ điều hành (2/6) Trong hệ điều hành phân lớp (layered operating system) lớp gồm có cấu trúc liệu thủ tục gọi lớp mức cao ● Lớp thấp phần cứng ● Lớp cao giao diện người dùng ● Lớp che giấu cấu trúc liệu cách thực thủ tục lớp cao Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 15 Cấu trúc hệ điều hành (3/6) Hệ thống đơn (monolithic) ● MS-DOS: thiết kế điều kiện giới hạn dung lượng nhớ – Intel 8088, MB nhớ, không dual mode Nhìn lại, phân lớp: Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 16 Cấu trúc hệ điều hành (4/6) Hệ thống đơn ● UNIX: gồm hai phần system program kernel (file system, CPU scheduling, memory management, số chức khác) Nhìn lại, phân lớp: signals terminal handling character I/O system terminal drivers file system swapping block I/O system disk and tape drivers Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 17 Cấu trúc hệ điều hành (5/6) Layered approach thiết kế OS cách phân chia module thành nhiều lớp Vd: hệ điều hành OS/2 Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 18 Cấu trúc hệ điều hành (6/6) Thiết kế OS: phân chia module theo microkernel (CMU Mach OS, 1980) ● Chuyển số chức OS từ kernel space sang user space (vd: file server) ● Thu gọn kernel microkernel, gồm chức tối thiểu quản lý trình, nhớ chế giao tiếp trình ● Giao tiếp module dùng kỹ thuật truyền thông điệp module Application Application File File server server X-application X-application X-window X-window server server POSIX POSIX application application POSIX POSIX server server Microkernel Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 19 Máy ảo (1/2) Từ OS layer đến máy aûo (VM, virtual machine) processes processes processes processes programming interface kernel kernel kernel kernel VM1 VM2 VM3 Virtual-machine implementation hardware hardware Non-virtual machine system model Virtual machine system model Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 20 ... Services) System calls Các chương trình hệ thống (System programs) Cấu trúc hệ điều hành (System structure) Máy ảo (Virtual machine) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần