Giáo trình Hệ điều hành (Nghề: Kỹ thuật sửa chữa và lắp ráp máy tính - Trung cấp/Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

1 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ NGOẠI NGỮ GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: HỆ ĐIỀU HÀNH NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA VÀ LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày tháng năm 20 …… ……………… …… ,năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Trong hệ thống kiến thức chuyên ngành trang bị cho sinh viên nghề Kỹ thuật sửa chữa lắp ráp máy tính, mơn học Hệ điều hành góp phần cung cấp nội dung liên quan đến việc mô tả phƣơng pháp giải toán điều khiển hoạt động hệ thống máy tính Các nội dung đƣợc trình bày tài liệu gồm chƣơng: - Giới thiệu chung hệ điều hành - Điều khiển liệu - Điều khiển nhớ - Điều khiển CPU Tiến trình - Hệ điều hành đa xử lý Mặc dù có nhiều cố gắng, nhƣng không tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến độc giả để giáo trình đƣợc hồn thiện … ,ngày… tháng năm 2019 Tham gia biên soạn Nguyễn Thị Thanh MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÀNH 1.Khái niệm hệ điều hành 1.1.Tài nguyên hệ thống 1.2.Khái niệm hệ điều hành 11 2.Phân loại hệ điều hành 11 2.1.Các thành phần hệ điều hành 12 2.2.Phân loại hệ điều hành 13 a Hệ điều hành đơn chƣơng trình 13 b Hệ điều hành đa chƣơng trình 13 c Hệ điều hành thời gian thực 15 2.3.Tính chất hệ điều hành 15 a Tin cậy 15 b An toàn 15 c Hiệu 15 d Tổng quát theo thời gian 15 e Thuận tiện 16 2.4.Phân lớp chƣơng trình thành phần điều khiển 16 2.5.Chức hệ điều hành 16 a Quản lý tiến trình 16 b Quản lý nhớ 17 c Quản lý nhớ phụ 17 d Quản lý hệ thống vào/ 18 e Quản lý hệ thống tập tin 18 f Hệ thống bảo vệ 18 g Hệ thống thông dịch lệnh 19 2.6 Nhân hệ điều hành, tải hệ điều hành 19 3.Sơ lƣợc lịch sử phát triển HĐH 21 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 22 CHƢƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN DỮ LIỆU 23 Các phƣơng pháp tổ chức truy nhập liệu 23 1.1 Các phƣơng pháp tổ chức liệu 23 1.2 Các phƣơng pháp truy nhập liệu 25 1.3.Chức hệ thống điều khiển liệu 26 2.Bản ghi khối 27 2.1 Bản ghi logic ghi vật lý 27 a Bản ghi lôgic ghi vật lý 27 b Bản ghi theo tổ chức File: có ba dạng tổ chức ghi lôgic 28 2.2 Kết khối tách khối 28 Điều khiển buffer 30 3.1 Vai trò buffer 30 Sử dụng buffers 30 a Buffer theo khẳng định 30 b Buffer theo đòi hỏi 31 3.2 Điều khiển buffer (vào liệu) 31 a Buffer đơn giản 32 b Buffer trao đổi 32 c Buffer theo đòi hỏi 33 d Một số ví dụ điều khiển Buffer 33 Quy trình điều khiển chung vào 33 4.1 Các khối điều khiển liệu 33 4.2 Ví dụ sơ đồ chung điều khiển vào hệ điều hành 34 Tổ chức lƣu trữ liệu nhớ 35 5.1 Các khái niệm 35 5.2 Các phƣơng pháp quản lý không gian tự 35 a) Bit vector 35 b) Danh sách liên kết 36 c) Nhóm 36 d) Bộ đếm 37 5.3 Các phƣơng pháp cấp phát không gian tự 37 a) Cấp phát kề 37 b) Cấp phát liên kết 38 c) Cấp phát đƣợc lập mục 39 5.4 Lập lịch cho đĩa 40 5.5 Hệ file 41 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 41 CHƢƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BỘ NHỚ 43 Quản lý bảo vệ nhớ 43 1.1 Một số khái niệm liên quan đến nhớ 43 1.2 Quản lý phân phối nhớ Vấn đề bảo vệ nhớ 44 Điều khiển nhớ liên tục theo đa toán 46 2.1 Chiến lƣợc giới hạn tĩnh (cận cố định) 46 2.2 Chiến lƣợc giới hạn động (cận thay đổi) 47 2.3 Cách thức Overlay swapping 48 a) Cách thức OVERLAY 48 b) Cách thức swapping 49 2.4 Các phƣơng thức phân phối vùng nhớ (first fit, best fit, worst fit) 51 Điều khiển nhớ gián đoạn 51 3.1 Tổ chức gián đoạn 51 3.2 Phân đoạn 53 3.3 Phân trang 57 3.4 Kết hợp phân đoạn phân trang 60 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 61 CHƢƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN CPU, ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 63 Các khái niệm 63 1.1.Khái niệm trình 63 1.2 Quan hệ trình 64 Trạng thái trình 64 2.1.Sơ đồ không gian trạng thái (SNAIL) 64 2.2 Một số khối điều khiển trình 66 Điều phối trình 67 3.1 Nguyên tắc chung 67 3.2 Các trình lập lịch (long term, short term) 67 Các thuật toán lập lịch 67 4.1 First Come First Served (FCFS) 67 4.2 Shortest Job First (SJF) 68 4.3 Shortest Remain Time (SRT) 69 4.4 Round Robin (RR) 70 4.5 Multi Level Queue (MLQ) 71 4.6 Multi Level Feedback Queues (MLFQ) 71 Hệ thống ngắt 72 5.1 Khái niệm ngắt 73 5.2 Xử lý ngắt 73 Hiện tƣợng bế tắc 75 6.1 Khái niệm bế tắc 75 6.2 Các biện pháp phòng tránh bế tắc 75 6.3 Phát bế tắc 76 6.4 Xử lý bế tắc 76 6.5 Kết luận chung phòng tránh bế tắc 76 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 77 CHƢƠNG 5: HỆ ĐIỀU HÀNH ĐA XỬ LÝ 79 Hệ điều hành đa xử lý tập trung 79 1.1 Hệ thống đa xử lý 79 1.2 Hệ điều hành đa xử lý tập trung 80 Hệ điều hành đa xử lý phân tán 81 2.1 Giới thiệu hệ phân tán 81 2.2 Đặc điểm hệ phân tán 82 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: HỆ ĐIỀU HÀNH Mã mơn học: MH13 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học đƣợc bố trí sau sinh viên học xong môn học chung, trƣớc môn học, mơ đun đào tạo chun mơn nghề - Tính chất: Là môn học sở - Ý nghĩa vai trị mơn học: Đây mơn học sở ngành ngành liên quan đến công nghệ thông tin, cung cấp cho sinh viên kiến thức hệ điều hành để làm tản cho việc lập trình giải vấn đề cần thiết, tối ƣu hóa hệ thống máy tính Mục tiêu môn học: - Về kiến thức:  Hiểu trình bày đƣợc vai trị chức hệ điều hành hệ thống máy tính;  Trình bày đƣợc giai đoạn phát triển hệ điều hành;  Trình bày đƣợc nguyên lý thiết kế, thực hệ điều hành; - Về kỹ năng:  Sử dụng đƣợc hệ điều hành  Giải đƣợc vấn đề phát sinh hệ điều hành - Về lực tự chủ trách nhiệm:  Bố trí làm việc khoa học đảm bảo an tồn cho ngƣời phƣơng tiện học tập CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÀNH Mã chƣơng: MH13 – 01 Giới thiệu: Hệ điều hành phần mềm chạy máy tính thiết bị di động, dùng để điều hành, quản lý thiết bị phần cứng tài nguyên phần mềm máy tính, thiết bị di động Hệ điều hành đóng vai trị trung gian việc giao tiếp ngƣời sử dụng phần cứng máy tính, cung cấp môi trƣờng cho phép ngƣời sử dụng phát triển thực ứng dụng họ cách dễ dàng Mục tiêu: - Nắm đƣợc yêu cầu cần có hệ điều hành; - Nắm đƣợc khái niệm hệ điều hành, chức năng, phân loại thành phần hệ điều hành; - Thực thao tác an tồn với máy tính 1.Khái niệm hệ điều hành Mục tiêu: - Nắm đƣợc yêu cầu cần có hệ điều hành; - Nắm đƣợc khái niệm hệ điều hành 1.1.Tài nguyên hệ thống Tài nguyên trung tâm máy tính đƣợc tổng hợp từ ba thành tố, tài nguyên phần cứng, tài nguyên phần mềm tài nguyên nguồn nhân lực trung tâm máy tính Trong tài liệu giới thiệu trung tâm máy tính bất kỳ, số liệu thống kê phần cứng (số lƣợng chủng loại máy tính, hệ thống thiết bị ngoại vi, khả liên kết với mơi trƣờng ngồi v.v…) yếu tố đƣợc quan tâm sớm thành tố dễ nhận biết sức mạnh trung tâm máy tính Tài ngun phần mềm đƣợc ý thông qua thông tin hệ điều hành đƣợc sử dụng, phần mềm ứng dụng có sở tính tốn Hiện nay, trung tâm tính tốn mạnh, giá trị (tính theo tiền) thực tài nguyên phần mềm lại cao vƣợt trội nhiều so với giá trị tài nguyên phần cứng Tài nguyên nguồn nhân lực đƣợc ý, số trƣờng hợp, thành tố lại khó nhận biết khó đánh giá so hai loại tài nguyên nói Năng lực nguồn nhân lực hệ thống nhằm đảm bảo việc thực chức bảo trì, phục vụ phát triển hệ thống (kỹ sƣ hệ thống, kỹ thuật viên, thao tác viên v.v…) thực lại đánh giá nhiều so với phần cứng phần mềm Tuy nhiên, giáo trình này, hạn chế phạm vi tiếp cận công việc hệ điều hành hệ thống phần cứng có sẵn hệ điều hành cần phải hoạt động nhằm phát huy cao lực hệ thống phần cứng đề cập đến tài nguyên phần cứng (có thể kể tới phần tài nguyên phần mềm) định hƣớng tới vấn đề phát huy hiệu khai thác tài nguyên Để định hƣớng tới mục tiêu phát huy hiệu thành phần tài nguyên phần cứng, cần xem xét số đặc trƣng đánh giá giá trị thành phần hệ thống phần cứng, hƣớng tới mục đích đƣa đƣợc chiến lƣợc ƣu tiên thích đáng (hoặc khả dụng) thành phần xây dựng hệ thống chƣơng trình điều khiển hoạt động máy tính Theo cách tiếp cận hệ điều hành, tài nguyên điển hình thuộc phần cứng bao gồm: thiết bị xử lý trung tâm (CPU), nhớ trong, hệ thống vào – (kênh, thiết bị điều khiển thiết bị vào thiết bị vào ra, nhớ v.v…) CPU nhớ thuộc khu vực trung tâm hệ thống vào – thƣờng đƣợc xếp vào khu vực ngoại vi hệ thống máy tính Trong thiết bị nói trên, đáng ý phải kể đến CPU nhớ  Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit-CPU) Trƣớc hết xem xét đặc trƣng liên quan đến CPU Việc đánh giá tài nguyên CPU dựa đặc trƣng này: tốc độ xử lý, độ dài từ máy, phƣơng pháp thiết kế hệ lệnh máy CPU Tốc độ xử lý thông số thể mức độ làm việc nhanh chậm CPU dựa đơn vị biểu diễn tốc độ Tốc độ xử lý CPU thƣờng đƣợc tính theo tần số đồng hồ nhịp (với đơn vị MHz-triệu nhịp giây) xem xét tần số đồng hồ nhịp số lượng phép tính thực giây (với đơn vị MIPS – Million Instruction Per Second – triệu phép tính giây) xem xét theo tốc độ thực phép tính (phép cộng tĩnh – khơng dấu CPU thƣờng đƣợc coi phép tính CPU đó) Thơng thƣờng, đơn vị đo MHz đƣợc dùng cho CPU cụ thể máy vi tính đơn vị đo MIPS đƣợc dùng cho hệ thống CPU máy tính lớn Độ dài từ máy: Từ máy lƣợng thông tin đồng thời mà CPU xử lý nhịp làm việc Độ dài từ máy số lƣợng bit nhị phân tốn hạng đối số phép tính CPU Trong thời gian gần đây, quen thuộc với CPU bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit,… số lƣợng bit nói độ dài từ máy Độ dài từ máy có quan hệ với tốc độ xử lý Khi nói đến lực hoạt động (tốc độ xử lý thông tin) thực CPU mà nói đến tốc độ xử lý mà khơng nói kèm theo độ dài từ máy chƣa hồn tồn đầy đủ Điều đƣợc diễn giải theo phát biểu nhƣ sau “năng lực hoạt động thực CPU đƣợc đánh giá thông qua tốc độ xử lý độ dài từ máy”  Bộ nhớ (Operative Memory-OM) có số đặc trƣng tiêu biểu nhƣ sau: Dung lượng nhớ: Khả đồng thời lƣu trữ thông tin nhớ Hiện dung lƣợng nhớ từ vài MB đến vài GB Đặc trƣng nhớ phù hợp với nguyên lý thứ hai theo Von Neumann là: Bộ nhớ địa hóa để truy nhập Đa số máy tính 10 đƣợc địa hóa theo byte số trƣờng hợp lại đƣợc địa hóa theo từ máy Địa nhớ địa Lý việc chọn địa liên quan đến tính chia hết, số chia hết cho số Khi phân phối nhớ cho đối tƣợng, nhiều trƣờng hợp, địa vùng nhớ đối tượng phải chia hết cho độ dài vùng nhớ dành cho đối tƣợng chia hết cho số (ví dụ, phân phối cho chƣơng trình MS-DOS đƣợc bắt đầu địa đoạn địa chia hết cho 16) Một đặc trƣng (hay yêu cầu) mang tính chất nhớ là: Thời gian truy cập nhớ tới địa nhớ phải đồng nhất; khơng thể có khác biệt thời gian truy cập tới địa cao với thời gian truy cập tới địa thấp Từ đặc trƣng dẫn đến việc đặt yêu cầu phải tổ chức nhớ theo khối phân cấp để cục dần việc cục dần nhƣ làm cho việc truy nhập đƣợc cân Nguồn gốc yêu cầu liên quan đến tính xác định thuật tốn, hay nói cách khác đi, u cầu nhằm mục tiêu đảm bảo độ tin cậy hệ thống máy tính Chúng ta thƣờng thấy nhớ đƣợc cấu trúc từ “ nhớ”, nhớ lại đƣợc phân nhỏ việc truy nhập nhớ theo cách phân cấp dần theo thanh, lại theo phận nhỏ có v.v… truy nhập phần nhỏ có sai khác thời gian khơng đáng kể Để tăng tốc độ truy nhập CPU nhớ trong, ngƣời ta thƣờng gắn CPU với nhớ tạm thời CPU (đƣợc gọi nhớ cache CPU) Bộ nhớ cache thiết bị nhớ đặc biệt với tốc độ truy cập CPU tới cache cao nhiều so với tốc độ truy cập vào nhớ Trong cache chứa phần nội dung nhớ thƣờng phần nhớ thời (chƣơng trình liệu) đƣợc CPU hƣớng tới Quá trình hƣớng truy nhập nhớ (theo địa chỉ) CPU đƣợc việc hƣớng tới cache, cache chứa phần nhớ việc hƣớng địa kết thúc thực công việc, ngƣợc lại thực việc hƣớng tới nhớ theo quy tắc thơng thƣờng Chƣơng trình chạy đƣợc chƣơng trình liệu tƣơng ứng chƣơng trình phải có mặt nhớ (chính xác cần phận thời chƣơng trình liệu liên quan đến phận nằm nhớ trong) Cách thức sử dụng nhớ đóng vai trị quan trọng nhằm đảm bảo chất lƣợng hoạt động hệ thống vậy, tốn điều khiển nhớ có độ ƣu tiên cao sau tốn điều khiển CPU  Hệ thống ngoại vi Hệ thống ngoại vi đảm bảo việc chuyển đổi thông tin mơi trƣờng ngồi khu vực trung tâm Có phân cấp hệ thống ngoại vi: gần khu vực trung tâm kênh, sau thiết bị điều khiển thiết bị ngoại vi thiết bị ngoại vi Tai lieu Luan van Luan an Do an 70 P3 2 Sử dụng thuật giải độc quyền, thứ tự cấp phát CPU nhƣ sau : P1 P2 P3 ‘24 27 30 Sử dụng thuật giải không độc quyền, thứ tự cấp phát CPU nhƣ sau : P1 P2 P3 P1 ‘1 30 Thảo luận : Tình trạng „đói CPU‟ (starvation) vấn đề yếu giải thuật sử dụng độ ƣu tiên Các giải thuật để tiến trình có độ ƣu tiên thấp chờ đọi CPU vô hạn ! Để ngăn cản tiến trình có độ ƣu tiên cao chiếm dụng CPU vô thời hạn, điều phối giảm dần độ ƣu tiên tiến trình sau ngắt đồng hồ Nếu độ ƣu tiên tiến trình giảm xuống thấp tiến trình có độ ƣu tiên cao thứ nhì, xảy chuyển đổi quyền sử dụng CPU.Quá trình gọi „lão hóa‟ tiến trình 4.4 Round Robin (RR) Ngun tắc : Danh sách sẵn sàng đƣợc xử lý nhƣ danh sách vòng, điều phối lần lƣợt cấp phát cho tiến trình danh sách khoảng thời gian tối đa sử dụng CPU cho trƣớc gọi quantum Tiến trình đến trƣớc đƣợc cấp phát CPU trƣớc Đây giải thuật điều phối không độc quyền : tiến trình sử dụng CPU đến hết thời gian quantum dành cho nó, hệ điều hành thu hồi CPU cấp cho tiến trình danh sách Nếu tiến trình bị khóa hay kết thúc trƣớc sử dụng hết thời gian quantum, hệ điều hành cấp phát CPU cho tiến trình khác Khi tiến trình tiêu thụ hết thời gian CPU dành cho mà chƣa hồn tất, tiến trình đƣợc đƣa trở lại vào cuối danh sách sẵn sàng để đợi đƣợc cấp CPU lƣợt Ví dụ : Hình 4.3 Điều phối Round Robin Tiến Thời điểm vào Thời gian xử lý trình RL P1 24 P2 P3 Nếu sử dụng quantum milisecondes, thứ tự cấp phát CPU Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 71 P1 P2 P3 P1 P1 P1 P1 P1 ‘4 10 14 18 22 26 30 Thời gian chờ đợi trung bình (0+6+3+5)/3 = 4.66 milisecondes Nếu có n tiến trình danh sách sẵn sàng sử dụng quantum q, tiến trình đƣợc cấp phát CPU 1/n khoảng thời gian q Mỗi tiến trình khơng phải đợi q (n-1)q đơn vị thời gian trƣớc nhận đƣợc CPU cho lƣợt Vấn đề đáng quan tâm giải thuật RR độ dài quantum Nếu thời lƣợng quantum bé phát sinh nhiều chuyển đổi tiến trình khiến cho việc sử dụng CPU hiệu Nhƣng sử dụng quantum lớn làm tăng thời gian hồi đáp giảm khả tƣơng tác hệ thống 4.5 Multi Level Queue (MLQ) Để phân lớp trình trạng thái chuẩn bị chọn lựa trình chuyển sang trạng thái sử dụng sử dụng thông tin đƣợc cho ngƣời tạo q trình thơng tin nhận đƣợc việc điều phối q trình Các thơng tin là: - Thơng tin có sẵn, cho trƣớc; - Thời gian sử dụng thực tế; - Số nhu cầu vào-ra tiến hành… Với hệ thống tổ chức trang nhớ, tiện lợi sử dụng số dòng xếp hàng khác để phân biệt trình trạng thái đặt/tách trang với trình chờ đợi kết thúc vào/ra - Đầu tiên, CPU có q trình dịng đợi có độ ƣu tiên cao Quá trình hàng đợi có lƣợng tử thời gian: thời đoạn lƣợng tử thời gian khơng hồn thiện đƣợc xếp vào cuối hàng đợi với độ ƣu tiên sát (ngay địi hỏi thời gian trạng thái kết khối) Chỉ có q trình rơi vào dịng đợi với độ ƣu tiên thấp hoạt động theo chế độ vòng hàng đợi khác hoạt động theo kiểu FCFS - Ý nghĩa lôgic điều phối kiểu chỗ q trình địi hỏi thời gian lâu kết thúc muộn theo xác xuất Sự điều phối đa mức xem xét với liên kết ngƣợc hiệu điều kiện tốc độ hồn thiện q trình giảm theo lƣợng thời gian đƣợc phục vụ 4.6 Multi Level Feedback Queues (MLFQ) Nguyên tắc : Ý tƣởng giải thuật phân lớp tiến trình tùy theo độ ƣu tiên chúng để có cách thức điều phối thích hợp cho nhóm Danh sách sẵn sàng đƣợc phân tách thành danh sách riêng biệt theo cấp độ ƣu Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 72 tiên, danh sách bao gồm tiến trình có độ ƣu tiên đƣợc áp dụng giải thuật điều phối thích hợp để điều phối Ngồi ra, cịn có giải thuật điều phối nhóm, thƣờng giải thuật giải thuật không độc quyền sử dụng độ ƣu tiên cố định.Một tiến trình thuộc danh sách cấp ƣu tiên i đƣợc cấp phát CPU danh sách cấp ƣu tiên lớn i trống Hình 4.4 Điều phối nhiều cấp ƣu tiên Thơng thƣờng, tiến trình đƣợc gán vĩnh viễn với danh sách cấp ƣu tiên i đƣợc đƣa vào hệ thống Các tiến trình khơng di chuyển danh sách Cách tổ chức làm giảm chi phí điều phối, nhƣng lại thiếu linh động dẫn đến tình trạng „đói CPU‟ cho tiến trình thuộc danh sách có độ ƣu tiên thấp Do xây dựng giải thuật điều phối nhiều cấp ƣu tiên xoay vòng Giải thuật chuyển dần tiến trình từ danh sách có độ ƣu tiên cao xuống danh sách có độ ƣu tiên thấp sau lần sử dụng CPU Cũng vậy, tiến trình chờ q lâu danh sách có độ ƣu tiên thấp đƣợc chuyển dần lên danh sách có độ ƣu tiên cao Khi xây dựng giải thuật điều phối nhiều cấp ƣu tiên xoay vòng cần quyếtđịnh tham số : Số lƣợng cấp ƣu tiên Giải thuật điều phối cho danh sách ứng với cấp ƣu tiên Phƣơng pháp xác định thời điểm di chuyển tiến trình lên danh sách có độ ƣu tiên cao Phƣơng pháp xác định thời điểm di chuyển tiến trình lên danh sách có độ ƣu tiên thấp Phƣơng pháp sử dụng để xác định tiến trình đƣợc đƣa vào hệ thống thuộc danh sách ứng với độ tiên Hình 4.5 Điều phối Multilevel Feedback Hệ thống ngắt Mục tiêu : Nắm đƣợc khái niệm ngắt, phân loại ngắt Nắm đƣợc quy trình xử lý ngắt Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 73 5.1 Khái niệm ngắt Tồn mối quan hệ phận hệ điều hành, ví dụ: điều phối, thực q trình hệ thống vào – Thông thƣờng hết hạn lƣợng tử thời gian hay hoàn thiện vào/ra nảy sinh ngắt Ngắt sinh kiện khác xử lý ngắt phƣơng tiện quan trọng điều khiển CPU Xem xét chƣơng trình thực lệnh cách tuần tự, có lệnh chuyển điều khiển vơ điều kiện có điều kiện Ngắt đƣợc xác định nhƣ chƣơng trình gắn vào truyền điều khiển cho chƣơng trình khác thực thời điểm ngắt Ngắt đƣợc coi nhƣ cách thức truyền điều khiển cho trình xử lý ngắt chƣa đƣợc biết từ trình bị ngắt Ngắt đƣợc phân chia hai lớp bản: ngắt ngắt - Ngắt liên quan đến kiện liên kết tới công việc CPU để đồng hoạt động Ví dụ: tràn ô cộng hay trừ dấu phẩy động, xuất phép chia cho 0; thực phép toán dấu phẩy động truyền xóa phần bậc; vi phạm địa nhớ, thiếu vắng segment trang, mã lệnh sai… - Ngắt ngoài: đƣợc xảy theo tƣợng liên quan thực CPU: ngắt vào-ra, ngắt sơ đồ kiểm tra, ngắt từ CPU khác, ngắt hết lƣợng tử thời gian.v.v… 5.2 Xử lý ngắt Nhƣ vậy, ngắt tƣợng xảy độc lập với làm việc CPU Một vấn đề đƣợc đặt thời điểm xử lý ngắt: xử lý ngắt lúc thích hợp quan hệ với lệnh máy thực Ngắt xảy thực lệnh, tác động từ thân lệnh Nếu chế xử lý ngắt khơng thích hợp loại bỏ lệnh máy thực Thuận lợi xử lý ngắt sau thực lệnh việc ghi nhận ngắt độc lập với thực lệnh Cơ chế ghi nhận ngắt nằm ngồi chƣơng trình xử lý ngắt Có nhiều phƣơng pháp liên quan đến xử lý ngắt nhƣng quy trình chung đƣợc mơ tả qua bƣớc: Tại ô nhớ quy định, ghi nhận đặc trƣng số hiệu ngắt vừa phát sinh (tùy thuộc vào số liệu đƣợc đƣa vào ô nhớ tƣơng ứng) Ví dụ với máy IBM 360370 có số hiệu để phân biệt kiểu ngắt nhƣ sau: -Ngắt vào-ra -Ngắt theo chƣơng trình: vi phạm cách thức phƣơng tiện máy: lệnh khơng quy; liệu khơng quy; -Ngắt hƣớng tới supervisor (gọi chƣơng trình supervisor thay chế độ làm việc CPU); -Ngắt ngồi: có tín hiệu hƣớng tới CPU, ngắt theo thời gian, ngắt có tín hiệu xử lý khác…; -Ngắt theo sơ đồ kiểm tra Ghi nhớ trạng thái trình bị ngắt: giá trị đếm lệnh (chú ý từ trạng thái chƣơng trình PSW: Program Status Word, bàn điều khiển có hàng đèn tƣơng ứng với từ máy…) Thanh ghi địa lệnh hƣớng tới địa để xử lý ngắt Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 74 Ngắt đƣợc xử lý Quay lại trình bị ngắt (nếu đƣợc) Các bƣớc 1-3 thành phần chức máy tính đảm nhận, bƣớc 4-5 chƣơng trình xử lý ngắt đảm nhận Bước chương trình xử lý ngắt tiến hành công việc: Ghi nhớ bổ sung số thông tin mà cách thức phƣơng tiện (bƣớc 2) chƣa ghi hết, ví dụ, bƣớc ghi PSW cịn chƣơng trình xử lý ngắt phải bảo vệ trạng thái trình bị ngắt việc lƣu trữ hệ thống ghi chung công việc nói địi hỏi vùng nhớ định (chẳng hạn, với IBM, EC đòi hỏi vùng 72 bytes cho 16 địa chuyển đổi) Định danh chƣơng trình xử lý ngắt Thơng tin bƣớc phận chƣơng trình xử lý ngắt: loại ngắt chƣơng trình ngắt riêng, ví dụ ngắt vào (thiết lập cách thức phƣơng tiện bƣớc 1) khác biệt hoàn toàn với ngắt hƣớng tới supervisor (phân tích tác động supervisor) - Thực tác động tƣơng ứng với ngắt đƣợc định danh Các tác động đơn giản Ví dụ, thiết lập dấu hiệu nhƣ trạng thái tràn ơ, quay lại băng từ chuyển sang việc chuẩn bị đọc đọc sai.v.v… Nếu khơng q gấp, chƣơng trình xử lý ngắt tƣơng ứng đƣợc ghi vào dòng xếp hàng trình trạng thái chuẩn bị Chƣơng trình xử lý ngắt đảm bảo việc quay trạng thái bình thƣờng CPU (chọn trình ngƣời dùng để thực hiện) tùy thuộc vào: -Kiểu ngắt; -Kiểu chƣơng trình điều phối CPU đƣợc sử dụng Từ yếu tố xác định công việc kết khối, trạng thái chuẩn bị công việc đƣợc chọn tiếp theo… Chú ý: Một số tác động chƣơng trình xử lý ngắt đƣợc thực chậm để nhớ đƣa giải pháp số phận chƣơng trình xử lý ngắt đƣợc đặt thƣờng trực nhớ nhƣ phần nhân hệ thống Nếu chƣơng trình xử lý ngắt lớn, đƣợc chia làm hai phần: phần thƣờng trực phần khơng thƣờng trực Nhiều ngắt có quan hệ đến điều khiển CPU (ngắt theo thời gian, ngắt theo hoạt động thiết bị, ngắt hoàn thiện vào/ra) Q trình điều phối làm khơng q trình ngƣời dùng mà cịn phận khác hệ điều hành (bao hàm chƣơng trình xử lý ngắt mức 2; chƣơng trình thống kê; điều phối chính; tải chí điều phối) Ngắt đa mức Ngắt xảy chƣơng trình ngƣời dùng, xảy trình xử lý ngắt Đây tình đƣợc gọi ngắt đa mức Xử lý ngắt đa mức sao? Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 75 -Phân cấp loại ngắt theo độ ƣu tiên, thông thƣờng ngắt liên quan tới cách thức kĩ thuật có độ ƣu tiên thấp so với ngắt có liên quan đến hệ điều hành Ví dụ: ngắt gọi supervisor có độ ƣu tiên cao so với ngắt vào/ra -Chọn ngắt đƣợc xử lý trƣớc tiên: ngắt cũ ngắt mới, việc tùy thuộc vào kiểu hai ngắt Ngắt đƣợc giải (ngắt trội hơn), bị hủy bỏ, chờ để giải Xử lý ngắt đa mức theo độ ƣu tiên khác đƣợc đảm bảo theo cách thức phƣơng tiện khác ghi nhận kiểu ngắt khác ô nhớ khác Hiện tƣợng bế tắc Mục tiêu : Nắm đƣợc khái niệm bế tắc, biện pháp phòng tránh, xử lý bế tắc 6.1 Khái niệm bế tắc Bế tắc tƣợng nhóm trình bị kết khối cách lâu dài q trình nhóm chiếm tập tài ngun để hồn thiện q trình chờ đợi việc giải phóng số tài nguyên cịn lại bị q trình thuộc nhóm chiếm giữ Một ví dụ dễ thấy tƣợng yêu cầu chu trình thiết bị: có q trình, A chiếm giữ thiết bị đòi hỏi thiết bị 2, B chiếm giữ thiết bị đòi hỏi thiết bị 3, C chiếm giữ thiết bị đòi hỏi thiết bị Chúng ta có hai q trình Pr1 Pr2 Chúng chia xẻ hai tài nguyên p1 p2 để loại trừ ràng buộc, hai trình sử dụng semaphore s1cho tài nguyên p1 semaphore s2 cho tài nguyên p2 Việc sử dụng semaphore nói thân thủ tục đƣợc trình bày nhƣ dƣới Pr1:… Pr2:… 1.P(s1) 5.P(s2) … … 2.P(s2) 6.P(s1) … … 3.V(s1) 7.V(s1) … … 4.V(s2) 8.V(s2) … … Ban đầu, hai semaphore có giá trị Xem xét trƣờng hợp theo thời gian, dãy trạng thái địi hỏi nhu cầu giải phóng biến chung dãy 1,2,5,3,4,6,7 Khi thủ tục Pr2 có nhu cầu p2 (lệnh 5), bị kết khối p2 đƣợc Pr1 dùng Chỉ sau Pr1 thực giải phóng p2 (lệnh 4) Pr2 đƣợc tách khối Đến dãy thực câu lệnh trở thành 5,1,6,2 Pr2 bị kết khối địi hỏi p1 (lệnh 6) Pr1 bị kết khối đòi hỏi p2 (lệnh 2): Pr1 chờ đợi Pr2 tới lệnh Pr2 chờ đợi Pr1 tới lệnh Hiện tƣợng bế tắc xuất hai trình chờ đợi lẫn 6.2 Các biện pháp phòng tránh bế tắc Chủ yếu có ba hƣơng tiếp cận để xử lý tắc nghẽn : Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 76 - Sử dụng vài giao thức (protocol) để bảo đảm hệ thống không xảy tắc nghẽn HĐH khơng có khả chống Deadlock Lý dung phƣơng pháp này: Do xác suất xảy đealock nhỏ Giải deadlock đòi hỏi chi phí cao Xử lý tay ngƣời quản trị hệ thống làm Đây giải pháp hầu hết hệ điều hành - Cho phép xảy tắc nghẽn tìm cách sửa chữa tắc nghẽn - Hoàn toàn bỏ qua việc xử lý tắc nghẽn, xem nhƣ hệ thống không xảy tắc nghẽn 6.3 Phát bế tắc Một câu hỏi đặt tính tốn để khẳng định đƣợc hay khơng khẳng định q trình rơi vào tình trạng bế tắc Để tính tốn đƣợc điều này, hệ điều hành cần đƣa danh sách tài nguyên mà trình chờ đợi danh sách trình chờ đợi tài ngun mà khơng đƣợc thỏa mãn Để đốn nhận việc bế tắc xảy hay khơng cần có thơng tin để kiểm sốt nhu cầu tài ngun q trình Rõ ràng khơng phải tình trạng cần tài nguyên xảy bế tắc Có số thuật tốn dựa vào danh sách liệt kê để đoán nhận đƣợc bế tắc xảy để loại bỏ 6.4 Xử lý bế tắc Đình hoạt động tiến trình liên quan Cách tiếp cận dựa việc thu hồi lại tài nguyên tiến trình bị kết thúc Có thể sử dụng hai phƣơng pháp sau : Đình tất tiến trình tình trạng tắc nghẽn Đình tiến trình liên quan khơng cịn chu trình gây tắc nghẽn : để chọn đƣợc tiến trình thích hợp bị đình chỉ, phải dựa vào yếu tố nhƣ độ ƣu tiên, thời gian xử lý, số lƣợng tài nguyên chiếm giữ , số lƣợng tài nguyên yêu cầu Thu hồi tài nguyên Có thể hiệu chỉnh tắc nghẽn cách thu hồi số tài nguyên từ tiến trình cấp phát tài nguyên cho tiến trình khác loại bỏ đƣợc chu trình tắc nghẽn Cần giải vấn đề sau: Chọn lựa nạn nhân: tiến trình bị thu hồi tài nguyên ? thu hồi tài nguyên ? Trở lại trạng thái trƣớc tắc nghẽn: thu hồi tài nguyên tiến trình, cần phải phục hồi trạng thái tiến trình trở lại trạng thái gần trƣớc mà khơng xảy tắc nghẽn Tình trạng « đói tài nguyên »: bảo đảm khơng có tiến trình ln ln bị thu hồi tài nguyên ? 6.5 Kết luận chung phòng tránh bế tắc Trạng thái deadlock xảy hai hay nhiều q trình chờ khơng xác định kiện mà đƣợc gây q trình chờ Về ngun tắc, có ba phƣơng pháp giải deadlock: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 77 • Sử dụng số giao thức để ngăn chặn hay tránh deadlock, đảm bảo hệ thống không vào trạng thái deadlock • Cho phép hệ thống vào trạng thái deadlock, phát sau phục hồi • Bỏ qua vấn đề deadlock giả vờ deadlock chƣa xảy hệ thống Giải pháp giải pháp đƣợc dùng hầu hết hệ điều hành bao gồm UNIX Trƣờng hợp deadlock xảy bốn điều kiện cần xảy lúc hệ thống: loại trừ hỗ tƣơng, giữ chờ cấp thêm tài ngun, khơng địi lại tài ngun, tồn chu trình đồ thị cấp phát tài nguyên Để ngăn chặn deadlock, đảm bảo điều kiện cần không xảy Một phƣơng pháp để tránh deadlock mà nghiêm ngặt giải thuật ngăn chặn deadlock có thơng tin trƣớc trình dùng tài nguyên nhƣ Thí dụ, giải thuật Banker cần biết số lƣợng tối đa lớp tài nguyên đƣợc u cầu q trình Sử dụng thơng tin định nghĩa giải thuật tránh deadlock Nếu hệ thống không thực giao thức để đảm bảo deadlock không xảy lƣợc đồ phát phục hồi phải đƣợc thực Giải thuật phát deadlock phải đƣợc nạp lên để xác định deadlock xảy hay không Nếu deadlock đƣợc phát hệ thống phải phục hồi cách kết thúc số trình bị deadlock hay địi lại tài ngun từ số trình bị deadlock Trong hệ thống mà chọn nạn nhân để phụv hồi trạng thái trƣớc chủ yếu dựa sở yếu tố chi phí, việc đói tài ngun xảy Kết q trình đƣợc chọn khơng hồn thành tác vụ đƣợc định CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Nêu khái niệm trình (tiến trình) Phân biệt trình với chƣơng trình Vẽ sơ đồ không gian trạng thái Nêu ý nghĩa trạng thái trình Thế lập lịch dài kỳ lập lịch ngắn kỳ Khái niệm ngắt qui trình xử lý ngắt Nêu tiêu chuẩn lập lịch cho CPU Cho trình với thời gian thực tƣơng ứng nhƣ sau: Quá trình (process) tthực P1 10 P2 P3 P4 P5 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 78 Tính thời gian chờ đợi trung bình q trình chiến lƣợc FCFS, SJN, RR (với lƣợng tử thời gian 2) Nêu khái niệm bế tắc điều kiện xảy bế tắc hệ thống HƢỚNG DẪN TRẢ LỜI Tiến trình đoạn chƣơng trình hay đoạn liệu chƣơng trình đƣợc đƣa vào CPU để xử lý Dựa vào khái niệm chƣơng trình tiến trình để phân biệt Vẽ sơ đồ Nêu lên trình trạng thái sơ đồ Nêu phần lập lịch dài kỳ lập lịch ngắn kỳ Ở phần ngắt bƣớc xử lý ngắt giáo trình Xem xét số tiến trình vào xử lý CPU, thời gian chờ tiến trình Áp dụng xem ví dụ chiến lƣợc FCFS, SJN,RR nói để giải Ở phần bế tắc điều khiện xảy bế tắc Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 79 CHƢƠNG 5: HỆ ĐIỀU HÀNH ĐA XỬ LÝ Mã chƣơng: MH13-05 Giới thiệu: Trình bày khái quát xu sử dụng hệ thống đa xử lý nay, nét hệ điều hành đa xử lý nhằm trang bị khả tự nghiên cứu tƣơng lai Mục tiêu: Sau học xong học này, sinh viên có khả năng: - Hiểu khái quát đƣợc xu sử dụng hệ thống đa xử lý nay, hiểu đƣợc nét hệ điều hành đa xử lý nhằm trang bị khả tự nghiên cứu tƣơng lai Nội dung chính: Hệ điều hành đa xử lý tập trung Mục tiêu: Hiểu khái quát đƣợc xu sử dụng hệ thống đa xử lý 1.1 Hệ thống đa xử lý a Hệ thống nhiều CPU Hiện nay, từ phát triển với tốc độ nhanh cơng nghệ, máy tính ngày đƣợc phổ dụng xã hội Mức độ thâm nhập máy tính vào sống cao u cầu nâng cao lực máy tính lại ngày trở nên cấp thiết Bộ nhớ ngày rộng lớn; đĩa từ có dung lƣợng rộng, tốc độ truy nhập ngày cao; hệ thống thiết bị ngoại vi phong phú, hình thức giao tiếp ngƣời – máy ngày đa dạng Nhƣ nói, CPU tài nguyên thể chủ yếu lực hệ thống máy tính, vấn đề trọng tâm để tăng cƣờng lực hệ thống tăng cƣờng lực CPU Về vấn đề này, nảy sinh giải pháp theo hai hƣớng: Giải pháp tăng cường lực CPU riêng cho máy máy tính: cơng nghệ vi mạch ngày phát triển lực CPU ngày nâng cao, dự án vi mạch VLSI với hàng triệu, hàng chục triệu transitor Tuy nhiên giải pháp nảy sinh hạn chế kĩ thuật: tốc độ truyền thông tin không vƣợt qua tốc độ ánh sáng; khoảng cách gần hai thành phần giảm thiểu nhỏ v.v… Song song với giải pháp tăng cƣờng lực CPU giải pháp liên kết nhiều CPU để tạo hệ thống chung có lực đáng kể: việc đƣa xử lý song song tạo nhiều lợi điểm Thứ nhất, chia phần nhỏ công việc cho CPU đảm nhận, suất tăng không theo tỷ lệ thuận với hệ số nhân mà cịn cao khơng thời gian phải thực công việc trung gian Giải pháp cịn có lợi điểm tích hợp hệ thống máy có để tạo hệ thống với sức mạnh tăng gấp bội Trong chƣơng này, xem xét việc chọn giải pháp đa xử lý theo nghĩa hệ thống tính tốn đƣợc tổ hợp khơng CPU mà nhiều CPU máy tính nhiều máy tính hệ thống thống Gọi chung hệ có nhiều CPU nhƣ hệ đa xử lý b.Phân loại hệ đa xử lý Có số cách phân loại hệ đa xử lý: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 80 Ví dụ hệ đa xử lý tập trung tập xử lý siêu máy tính (supercomputer) Đặc trƣng hệ thống CPU đƣợc liên kết với máy tính nhất; Ví dụ hệ đa xử lý phân tán mạng máy tính: mạng gồm nhiều máy tính liên kết đƣợc đặt vị trí khác nhau, với khoảng cách coi xa tùy ý Phân loại theo đặc tính CPU thành phần: hệ xử lý hệ đa xử lý khơng v.v… Một ví dụ dễ quen thuộc máy vi tính từ 80486 trở có hai CPU (80x86 80x87) hai CPU không Siêu máy tính ILLIAC-IV gồm nhiều CPU có đặc trƣng giống ví dụ Phân loại theo cách CPU thành phần tiếp nhận xử lý liệu Trong cách phân loại bao gồm máy tính đơn xử lý thơng thƣờng: Đơn câu lệnh, đơn liệu (SISD: single data single instruction) đƣợc thể máy tính thơng thƣờng; Mỗi lần làm việc, CPU xử lý “một liệu” có câu lệnh đƣợc thực Đơn câu lệnh, đa liệu (SIMD: single instruction multiple data): Các xử lý nhịp thời gian thực câu lệnh Có thể lấy ví dụ từ việc cộng hai vector cho trƣớc: Các CPU thành phần thực phép cộng; đổi số tƣơng ứng có CPU; sau đó, chọn tiếp lệnh (chỉ thị) để điều khiển công việc Thông thƣờng có hệ chọn câu lệnh chung CPU thành phần thực hiện: siêu máy tính ILLIAC-IV sử dụng cách thức này, có máy tính có tác dụng lƣu giữ hệ điều hành để điều khiển ILLIAC.IV (bộ xử lý ma trận) Đa câu lệnh, đơn liệu (MISD: multiple instruction single data) Trong máy tính thuộc loại này, hệ thống gồm nhiều CPU, CPU liên kết cách tuần tự: output xử lý input xử lý (ví dụ CRAY-1: Bộ xử lý vector) Các CPU kết nối theo kiểu đƣợc gọi kết nối “dây chuyền” Đa liệu, đa câu lệnh (MIMD) Mỗi xử lý có phân tích chƣơng trình riêng; câu lệnh liệu CPU phải đảm nhận; hình dung CPU hoạt động hoàn toàn “độc lập nhau” Các hệ điều hành mạng, hệ điều hành phân tán ví dụ đa liệu, đa câu lệnh Trong nội dung chƣơng này, xem xét cách phân loại dạng tập trung/phân tán song thực chất quan tâm đến hệ đa xử lý tập trung với hệ đa xử lý phân tán, có chuyên đề riêng đáp ứng Chú ý, xu nghiên cứu triển khai hệ thống tính tốn đa xử lý thời nghiên cứu tính tốn cụm mơ hình SIMD, MISD MIMD tƣơng ứng đƣợc phát triển 1.2 Hệ điều hành đa xử lý tập trung Hệ đa xử lý tập trung hoạt động máy tính có nhiều CPU mà điển hình siêu máy tính: CRAY-1,ILLIAC-IV, Hitachi máy tính nhiều xử Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 81 lý (máy tính khoa CNTT, trƣờng ĐHKHTN-ĐHQGHN có hai xử lý) Các tài nguyên khác CPU đƣợc phân chia cho CPU Trong hệ điều hành đa xử lý, hai tốn lớn kể đến phân phối nhớ phân phối CPU a.Phân phối nhớ Các trình xuất nhớ chung Việc phân phối nhớ đƣợc tiến hành cho trình theo chế độ điều khiển nhớ cài đặt: phân phối theo chế độ mẻ hay phân phối gián đoạn Để tăng tốc độ làm việc với nhớ (bài toán xử lý trỏ ngồi v.v.) gắn với CPU cache nhớ Phân hai loại thâm nhập cache: tĩnh động Thâm nhập tĩnh: CPU thâm nhập cache tƣơng ứng, không thâm nhập liệu vùng cache CPU khác Thâm nhập động cho phép CPU máy thâm nhập cache CPU khác b.Bài tốn điều khiển CPU Có nhiều CPU, việc điều khiển CPU đƣợc phân số cách nhƣ sau: Toàn CPU dành cho trình : trình đƣợc phân phối CPU, song tự q trình nói nảy sinh q trình con; trình đƣợc giải CPU Các q trình đƣợc coi nhƣ tính tốn đơn giản đó: Máy tính đa xử lý vector chia cơng đoạn trình CPU thực trình (một cơng đoạn) q trình Máy tính đa xử lý ma trận cho phép CPU thực thao tác Về dịng xếp hàng xem xét theo hai mơ hình dƣới đây: Mơ hình tĩnh: Hoặc CPU có dịng xếp hàng riêng; tốn đƣợc gắn với dịng xếp hàng, việc điều khiển dòng xếp hàng nhƣ đƣợc độc lập với dòng xếp hàng khác, trình đƣợc phát sinh gắn với dịng xếp hàng đó; Mơ hình động: tồn hệ thống gồm hay vài dòng xếp hàng, trình đƣợc xếp lên CPU rỗi (có thể sử dụng kiểu liệu semaphore nhiều giá trị để phân phối CPU cho trình này) Hệ điều hành đa xử lý phân tán Mục tiêu: hiểu đƣợc nét hệ điều hành đa xử lý phân tán nhằm trang bị khả tự nghiên cứu tƣơng lai 2.1 Giới thiệu hệ phân tán Trong phần phân loại hệ thống đa xử lý, ý cách phân loại theo vị trí đặt CPU (tập trung phân tán) hệ phân tán đƣợc xây dựng từ “ máy tính” rời rạc nhau: vị trí máy tính nguyên vẹn, có đầy đủ chức xử lý, lƣu trữ truyền liệu Hệ tập trung cho phép xử lý song song theo thao tác theo trình, đó, hệ phân tán xử lý song song theo trình: trình đƣợc xử lý máy tính khác Việc phân chia trình cho CPU thành phần theo chức CPU (server/client) theoo lịch đƣợc phân công hệ thống chung Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 82 Do phân tán nên vấn đề truyền dẫn liệu đóng vai trị quan trọng hệ phân tán Đây lí điển hình để cách thức xử lý song song hệ phân tán theo q trình mà khơng phải theo phép toán 2.2 Đặc điểm hệ phân tán Hệ thống phân tán (kéo theo hình thành hệ điều hành phân tán) đƣợc phát sinh nhu cầu tự nhiên việc nâng cao lực tài nguyên hệ thống (sức mạnh hệ thống tính tốn sở liệu chung v.v ) Giải pháp phân tán có tác dụng phát huy lực chung toàn hệ thống giải tốn với kích thƣớc tốn tăng lên đảm bảo hoạt động bình thƣờng máy tính thành viên Hệ thống phân tán đƣợc thiết lập hệ thống hoàn toàn đƣợc thiết kế theo mơ hình phân tán xây dựng hệ phân tán dựa tài nguyên địa phƣơng (máy tính, sở liệu) sẵn có Một trƣờng hợp điển hình, hệ phân tán đƣợc dùng để quản trị hệ thống sở liệu lớn Trong hệ sở liệu phân tán, tính dƣ thừa thơng tin lại đƣợc quan tâm ý khơng tới khía cạnh gây khó khăn tính đến tính quán liệu mà cịn tới khía cạnh thuận lợi vần đề an tồn: lƣu trữ kép (ngồi cịn số sao) để phục hồi xảy cố hệ thống Để đảm bảo tính quán hệ thống định kỳ “làm tƣơi” thông tin hệ thống quản lý Nhƣ biết, toán lập lịch cho hệ thống chung phức tạp máy tính với CPU, hệ phân tán, tốn nói phức tạp (ngay hệ đồng nhất) ngƣời ta thƣờng chọn phƣơng án đơn giản Các nội dung kiến thức hệ thống phân tán đƣợc trình bày chi tiết giáo trình chuyên đề” mạng hệ phân tán” Bản chất hệ điều hành mô hình phân tán hệ điều hành đa chƣơng trình Do tính chất khơng máy tính địa phƣơng có liên quan chặt chẽ đến đƣờng truyền thơng, tốn lập lịch hệ thống chƣơng trình điều khiển phức tạp Các thuật toán điều khiển đƣợc chọn lựa đủ đơn giản ln tốn thời đƣợc nghiên cứu CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Trình bày mục đích hệ nhiều CPU Hệ phân tán gì? Đặc điểm hệ phân tán HƢỚNG DẪN TRẢ LỜI Tăng cƣờng lực CPU giải pháp liên kết nhiều CPU để tạo hệ thống chung có lực đáng kể: việc đƣa xử lý song song tạo nhiều lợi điểm Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an 83 Hệ phân tán tập hợp máy tính ghép nối với đƣờng truyền theo tiêu chuẩn qui định trƣớc Đặc điểm hệ phân tán: tạo khả làm việc phân tán, nâng cao việc khai thác xử lý liệu, tăng độ tin cậy hệ thống, chia sẻ tài nguyên Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn