Giáo án - bài giảng: Giới thiệu về bài giảng môn hệ điều hành Chương 1: Giới thiệu chung về hệ điều hành

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH Giảng viên: ThS Nguyễn Thị Ngọc Vinh Bộ mơn: Khoa học máy tính- Khoa CNTT1 Học kỳ/Năm biên soạn: I/ 2009 - 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO Silberschatz A., Galvin G., Operating systems concepts, 8th ed, John Willey&Sons, 2008 Hà Quang Thụy Nguyên lý hệ điều hành Nxb KHKT 2009 Nguyễn Thanh Tùng Giáo trình hệ điều hành ĐHBK HN 1999 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang NỘI DUNG CHÍNH Chƣơng 1: Giới thiệu chung Chƣơng 2: Hệ thống file Chƣơng 3: Quản lý nhớ Chƣơng 4: Quản lý tiến trình www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang NỘI DUNG Các thành phần hệ thống máy tính Khái niệm hệ điều hành Các dịch vụ HDH cung cấp Giao diện lập trình HDH Quá trình phát triển số khái niệm quan trọng Cấu trúc HDH Một số HDH cụ thể www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang I CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG MÁY TÍNH  Phần cứng:cung cấp tài nguyên cần thiết  Phần mềm: chƣơng trình cụ thể  HDH: phần mềm đóng vai trị trung gian, làm cho việc sử dụng hệ thống máy tính đƣợc tiện lợi hiệu www.ptit.edu.vn Người sử dụng Chương trình ứng dụng, chương trình hệ thống tiện ích GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Hệ điều hành Phần cứng Trang II KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU HÀNH  Đƣợc định nghĩa thơng qua mục đích, vai trị, chức hệ thống máy tính  Hệ thống phần mềm đóng vai trị trung gian, thực chức bản:  Quản lý tài nguyên  Quản lý việc thực chƣơng trình www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang II KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU HÀNH Quản lý tài nguyên  Đảm bảo cho tài nguyên hệ thống đƣợc sử dụng cách có ích hiệu  Các tài nguyên: xử lý (CPU), nhớ chính, nhớ ngồi (các đĩa), thiết bị vào  Phân phối tài nguyên cho ứng dụng hiệu quả:  Yêu cầu tài nguyên đƣợc HDH thu nhận đáp ứng cách cấp cho chƣơng trình tài nguyên tƣơng ứng  HDH cần lƣu trữ tình trạng tài nguyên  Đảm bảo khơng xâm phạm tài ngun cấp cho chƣơng trình khác www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang II KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU HÀNH Quản lý việc thực chương trình  chƣơng trình trình chạy gọi tiến trình (process)  Hệ điều hành giúp việc chạy chƣơng trình dễ dàng  Tạo máy ảo: máy logic với tài nguyên ảo  Tài nguyên ảo: mô tài nguyên thực đƣợc thực phần mềm  Cung cấp dịch vụ cở nhƣ tài nguyên thực  Dễ sử dụng  Số lƣợng tài nguyên ảo lớn số lƣợng tài nguyên thực www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang III CÁC DỊCH VỤ DO HDH CUNG CẤP  Tải chạy chƣơng trình:  Để thực hiện, chƣơng trình đƣợc tải từ đĩa vào nhớ, sau đƣợc trao quyền thực lệnh  Khi thực xong, cần giải phóng nhớ tài nguyên  => HDH thực công việc  HDH tự tải vào nhớ  Giao diện với ngƣời dùng:  Dƣới dạng dòng lệnh  Giao diện đồ họa  Thực thao tác vào/ liệu www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 10 III CÁC DỊCH VỤ DO HDH CUNG CẤP  Làm việc với hệ thống file  Phát xử lý lỗi  Phát xử lý kịp thời lỗi xuất phần cứng nhƣ phần mềm  => Đảm bảo cho hệ thống hoạt động ổn định, an tồn  Truyền thơng:  Cung cấp dịch vụ cho phép thiết lập liên lạc truyền thông tin  Cấp phát tài nguyên  Dịch vụ an ninh bảo mật www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 11 IV GIAO DIỆN LẬP TRÌNH CỦA HDH  Để chƣơng trình sử dụng đƣợc dịch vụ HDH cung cấp giao diện lập trình  Gồm lời gọi hệ thống (system call)  Lời gọi hệ thống: lệnh đặc biệt mà CTUD gọi cần yêu cầu HDH thực việc  Lời gọi hệ thống đƣợc thực qua thƣ viện hàm gọi thƣ viện hệ thống www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 12 V QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN  Các hệ thống đơn giản: chƣa có HDH  Xử lý theo mẻ:  Chƣơng trình đƣợc phân thành mẻ: gồm chƣơng trình có u cầu giống  Toàn mẻ đƣợc nạp vào băng từ đƣợc tải vào máy để thực lần lƣợt  Chương trình giám sát (monitor): tự động nạp chƣơng trình vào máy cho phép chạy  => Giảm đáng kể thời gian chuyển đổi hai chƣơng trình mẻ  Trình giám sát dạng đơn giản HDH www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 13 V Q TRÌNH PHÁT TRIỂN  Đa chƣơng trình:  Hệ thống chứa đồng thời nhiều chƣơng trình nhớ  Khi chƣơng trình phải dừng lại để thực vào ra, HDH chuyển CPU sang thực chƣơng trình khác  => Giảm thời gian chạy không tải CPU www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 14 V Q TRÌNH PHÁT TRIỂN  Đa chƣơng trình:  Thời gian chờ đợi CPU chế độ đa chƣơng trình giảm đáng kể so với trƣờng hợp đơn chƣơng trình  HDH phức tạp nhiều so với HDH đơn chƣơng trình  Địi hỏi hỗ trợ từ phần cứng, đặc biệt khả vào/ra ngắt DMA www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 15 V QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN  Chia sẻ thời gian:  Chia sẻ thời gian coi nhƣ đa chƣơng trình cải tiến  CPU lần lƣợt thực công việc khác khoảng thời gian ngắn gọi lƣợng tử thời gian  Chuyển đổi công việc diễn với tần số cao tốc độ CPU lớn  => Tất ngƣời dùng có cảm giác máy tính thực chƣơng trình  => CPU đƣợc chia sẻ ngƣời dùng khác tƣơng tác trực tiếp với hệ thống www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 16 VI CẤU TRÚC HDH CÁC THÀNH PHẦN  Quản lý tiến trình:      Tạo xố tiến trình Tạm treo khơi phục tiến trình bị treo Đồng hố tiến trình (lập lịch cho tiến trình v.v.) Giải bế tắc, ví dụ nhƣ có xung đột tài nguyên Tạo chế liên lạc tiến trình www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 17 VI CẤU TRÚC HDH CÁC THÀNH PHẦN  Quản lý nhớ:     Quản lý việc phân phối nhớ tiến trình Tạo nhớ ảo ánh xạ địa nhớ ảo vào nhớ thực Cung cấp giải phóng nhớ theo yêu cầu tiến trình Quản lý khơng gian nhớ đƣợc cấp khơng gian cịn trống www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 18 VI CẤU TRÚC HDH CÁC THÀNH PHẦN  Quản lý vào ra:  Đơn giản hố tăng hiệu q trình trao đổi thơng tin tiến trình với thiết bị vào  Quản lý tệp thƣ mục:  Tạo, xóa tệp thƣ mục  Đọc ghi tệp  Ánh xạ tệp thƣ mục sang nhớ  Hỗ trợ mạng xử lý phân tán  Giao diện với ngƣời dùng  Các chƣơng trình tiện ích ứng dụng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 19 VI CẤU TRÚC HDH NHÂN CỦA HDH  Nhân (kernel) phần cốt lõi, thực chức nhất, quan trọng HDH thường xuyên giữ nhớ  HDH gồm nhiều thành phần, tải thành phần quan trọng thiếu đƣợc vào nhớ gọi nhân  Kích thƣớc nhân to: chứa nhiều thành phần, không nhiều thời gian cần nhƣng tốn nhiều nhớ  Nhân chạy chế độ đặc quyền – chế độ nhân  Các chƣơng trình bình thƣờng chạy chế độ ngƣời dùng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 20 VI CẤU TRÚC HDH MỘT SỐ CẤU TRÚC HDH  Cấu trúc nguyên khối  Tồn chƣơng trình liệu HDH có chung khơng gian nhớ  HDH trở thành tập hợp thủ tục hay chƣơng trình  Ƣu điểm: nhanh  Nhƣợc điểm: không an tồn, khơng mềm dẻo  Linux Chế độ người trình ứng trình ứng dụng dùng Chế độ đặc quyền dụng Hệ điều hành Hình :Cấu trúc nguyên khối www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 21 VI CẤU TRÚC HDH MỘT SỐ CẤU TRÚC HDH  Cấu trúc vi nhân  Nhân chứa chức quan trọng  Các chức lại đƣợc đặt vào modul riêng: chạy chế độ đặc quyền ngƣời dùng  Ƣu điểm: mềm dẻo, an toàn  Nhƣợc điểm: tốc độ chậm so với cấu trúc nguyên khối trình ứng dụng trình ứng dụng quản lý tệp quản lý mạng Vi nhân Hình 1.5 Cấu trúc vi nhân www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 22 VI CẤU TRÚC HDH MỘT SỐ KIỂU CẤU TRÚC HDH  Cấu trúc phân lớp  Các thành phần đƣợc chia thành lớp nằm chồng lên  Mỗi lớp liên lạc với lớp nằm kề bên kề bên dƣới  Mỗi lớp sử dụng dịch vụ lớp nằm bên dƣới cung cấp  Ƣu điểm: dễ xây dựng, dễ sửa lỗi  Nhƣợc điểm: tốc độ chậm cấu trúc nguyên khối www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 23 VII MỘT SỐ HDH CỤ THỂ      UNIX MINIX LINUX MS-DOS Windows NT www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 24 ... CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang NỘI DUNG Các thành phần hệ thống máy tính Khái niệm hệ điều hành Các... John Willey&Sons, 2008 Hà Quang Thụy Nguyên lý hệ điều hành Nxb KHKT 2009 Nguyễn Thanh Tùng Giáo trình hệ điều hành ĐHBK HN 1999 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA... MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Hệ điều hành Phần cứng Trang II KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU HÀNH  Đƣợc định nghĩa thơng qua mục đích, vai trị, chức hệ thống máy tính  Hệ thống phần mềm đóng vai trị trung