Nhập môn hệ điều hành máy tính

N Biên ThS Hàn Minh Châu ThS N www.hutech.edu.vn *1.2023.COS138* tailieuhoctap@hutech.edu.vn : I .I V 1.1 1.1.1 Quan m 1.1.2 Quan m h th ng 1.1.3 nh i dùng h u hành 1.2 1.2.1 B x lý trung (CPU) 1.2.2 H th ng nhóm 1.2.3 C u trúc tr .10 1.2.4 C u trúc I/O 12 1.3 13 1.4 17 1.4.1 Hai ch 1.4.2 B ho t ng 17 m th i gian 20 22 23 24 2.1 25 2.2 27 2.2.1 B thông d ch l nh 28 2.2.2 Giao di n h a 29 2.3 30 2.4 35 2.4.1 Ki u c u trúc gi n 35 2.4.2 C u trúc phân l p 37 2.4.3 C u trúc vi h t nhân .39 2.4.4 C u trúc mô2.5 40 41 2.5.1 L ch s 42 2.5.2 L i ích 43 2.5.3 NET Framework 45 2.6 46 48 50 51 II 3.1 51 3.1.1 Ti n trình 52 3.1.2 Tr ng thái ti n trình .53 3.1.3 Kh i qu n lý ti n trình 53 3.2 55 3.2.1 B nh chia s .56 3.2.2 Truy n thông p 57 3.3 61 3.4 3.4.1 - 63 c m 63 3.4.2 Cu c g i t xa .64 3.5 66 3.5.1 Khái ni m 66 3.5.2 L i ích 68 3.5.3 L p trình lõi .69 3.5.4 Các mơ hình 3.5.5 lu ng .70 vi n lu ng .71 3.5.6 Lu ng Windows .72 74 75 76 4.1 76 4.1.1 Các hàng 4.1.2 Các b i u ph i 76 u ph i 78 4.1.3 Chuy n ng c nh 80 4.1.4 Chu k CPU-I/O .81 4.1.5 ch u ph i 81 4.1.6 B phân phát 82 4.2 83 4.3 84 4.3.1 Gi i thu t n c ph c v c 84 4.3.2 tiên công vi c ng n nh t 85 4.3.3 u ph i theo 4.3.4 u ph i luân phiên .89 4.3.5 u ph i v i hàng 4.3.6 u ph i hàng 4.4 tiên 88 i nhi u c p .91 i ph n h i c p 93 95 97 98 99 5.1 99 III 5.1.1 Tài nguyên 5.1.2 n 99 101 5.1.3 Yêu c u c a ng b hóa ti n trình 102 5.2 103 5.3 104 5.3.1 Gi i pháp c m ng t 104 5.3.2 Dùng ch th TSL 105 5.3.3 Nh n xét 106 5.4 SEMAPHORE 107 5.5 MONITORS 110 5.6 112 5.7 114 5.7.1 Bài toán nhà s n xu t - khách hàng 114 5.7.2 Bài toán c/ghi 118 122 122 123 6.1 123 6.2 125 6.3 126 6.4 128 6.4.1 Tr ng thái an toàn 128 6.4.2 Gi i thu t nhà 130 6.4.3 Gi i thu t tránh t c ngh n 133 6.5 134 6.6 136 6.6.1 K t thúc ti n trình 136 6.6.2 L y l i tài nguyên 137 139 140 141 7.1 7.1.1 141 a ch v t lý a ch logic 142 7.1.2 Ánh x b nh 143 7.2 7.2.1 Hi n 143 ng phân m nh b nh 144 7.2.2 Ánh x b o v b nh 145 7.3 147 7.3.1 K thu t phân trang 147 7.3.2 K thu t phân 7.3.3 Phân n 154 n k t h p phân trang 159 IV 161 162 163 8.1 163 8.1.1 Khái ni m 163 8.1.2 L i ích 164 8.2 165 8.2.1 Khái ni m 165 8.2.2 H tr ph n c ng 165 8.2.3 X lý l i trang 166 8.3 168 8.3.1 Khái ni m 168 8.3.2 Gi i thu t FIFO 169 8.3.3 Gi i thu t t i 170 8.3.4 Gi i thu t LRU 171 8.4 172 8.4.1 S khung trang t i thi u 173 8.4.2 Các gi i thu t c p phát 173 8.4.3 Thay th c c b thay th toàn c c 174 8.5 174 8.5.1 Khái ni m nguyên nhân 174 8.5.2 Mơ hình t p làm vi c 175 8.5.3 Ki m soát t n su t l i trang 176 178 179 180 V N MÔ cung cho sinh viên khái cho sinh viên ngành Công dung hành, Thông tin nguyên quan liên quan , các công , pháp trúc DUNG BÀI 1: QUAN khái liên quan hành xu phát hành BÀI 2: TRÚC HÀNH Trình bày thành hành, cách BÀI 3: máy tính trúc hành TRÌNH VÀ Trình bày khái hành, trình, BÀI 4: trình cách trình, giao trình CPU Trình bày khái BÀI 5: nguyên lý HỐ Trình bày khái CPU cho trình, TRÌNH ngun lý hóa trình, hóa BÀI 6: khái liên quan phòng tránh, phát pháp t c VI BÀI 7: LÝ Trình bày nguyên lý ý pháp phân trang, pháp lý pháp phân BÀI 8: LÝ Trình bày khái phân trang theo u ích nguyên lý và thay trang Sinh viên có máy tính hành Windows, Linux YÊU Sinh viên d CÁCH lên làm nhà DUNG môn này, sinh viên tham gia tích Sau thêm tài xong, khái ôn làm khác liên quan làm thêm PHÁP tra tra làm thi: 50%: Làm thi lý tính ví câu Tìm GIÁ q trình: 50% câu dung xuyên trình chun khơng trình bày tài dung dung BÀI 1: BÀI 1: T NG QUAN Sau xong này, sinh viên có - thành - khái - - cách - khái - cách 1.1 H máy tính; vai trị hành; trúc cách CPU; I/O; chia gian; hành U HÀNH LÀ GÌ Chúng ta cách xem xét vai trị máy tính nói chung H , hành, bao cung hành máy tính có trình trung tài ngun máy tính chia thành thành dùng (xem hình lý (CPU), cho ) I/O BÀI 1: hành trình chúng cho khác nhau, cho Các trình khác (bao hành), lý Web v.v, trình tính, trình biên ng tài nguyên máy tính dùng (User) bao n vai trị hành, m dùng máy tính hình, bàn phím, th cho hóa cơng máy tính mà tài ngun dùng mơi ngun (ví ) quan dùng T khơng hai, máy tính ngun máy tính dùng khác truy khác có trao I/O Trong máy máy chia dùng chia có khơng cơng máy khác mình, (ví hành máy tính dùng tài hành tài nguyên khác, vào dùng chia thơng tin hóa máy dùng dùng cá nhân riêng khác , n thơng qua máy dùng có tài cho máy tính mini CPU, cho khơng ý tài nguyên nhiên, h này, làm làm Trong hành dùng, có ý , bao , có máy tính hành i dùng tiên, hóa cho xem xét dùng 1.1.1 Quan chia dùng máy móc khác có : trình máy tính hai quan ngồi tin, tài ngun dành tài ngun chung tính tốn máy in) Do 166 BÀI 8: trang u cho mơ 8.2.3 X hình sau lý l i trang trang (page fault) invalid lý theo truy trang báo cho trang Khi dị tìm yêu xác tham truy hành bên tham khơng thơng tin báo cho tra trình) làm phát sinh trang trang phát sinh hành sau Truy CPU yêu phát sinh hành phân trang theo trang cho hành lý trang n sau trình truy khơng thì hay khơng thúc hành trình theo trang vào 167 BÀI 8: Tìm khung trang trang có khung trang nói v thay khơng có khung trang thao tác trang trang bây tham mô Chú ý Do n khơng trang khi khơng lý trang trang có thêm so thao tác m cho gian truy gian truy lý trình bày vào khung trang trình bày hành hốn trang trang Hình gian truy trang, p xác truy không trang, n trang, ta có cơng gian truy tính gian trung bình trang t là: t = (1-p)*m + p*n m nên p t Ví m=20 nano giây, n=200 nano giây, p=50% t=0.5*20+0.5*200=110 nano giây, 168 BÀI 8: p=10% t=0.9*20+0.1*200=21.8 nano giây cho xác thay trang trang 8.3 THAY TH khơng liên quan trình bày TRANG 8.3.1 Khái ni m Thay trang trang mà khơng khơng gian hốn phóng khung trang, trang trang phóng q trình chính: 1-sao chép ra), 2-sao chép trên, gian thay Hình trang mơ Có bit) Dirty bit lý truy thay nhân) trang không trang hai thao tác vào vào khung trang trang lý t truy trang (trang (hốn thay trang (hốn vào) nói có thêm hai thao tác thay hoán trang trang cách thêm bit (dirty sau 169 BÀI 8: vào thay chính, khơng chép trang dung trang có chép trang dung khơng mà lên có làm cho xác trang có xác xem xét trang trang thay dung nhanh, thay phóng, trên, trang khơng vào khung trang nói thay Trong theo, trang FIFO, LRU (Least-recently-used) 8.3.2 Gi i thu t FIFO thay trang FIFO thay hàng trang, FIFO hàng hàng truy mang vào khung (2) thay truy truy dòng "Trang" cho truy vào tiên FIFO yêu truy vào khung trang nào, dịng thay trang trang theo cho trình trang trang vào trang 7, tiên (7, 0, 1) gây trang thay trang hay khơng có 12 vào sau 7, 0, 1, 2, trang trang (0, 1, 2) trang truy (0) khơng có thay trình , khơng có thay sáu (3) trang thay trang 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, Ba tiên Khi Khi trang trình có trang, khung trang t Có hàng sau trang lý lâu xóa vào Xem xét ví trang lý trang trang chính, FIFO (first in first out) Ý sau, dịng "Khung trang" cho cho có 15 truy trang 20 có truy trang Trang 3 2 Khung 7 2 2 4 0 0 0 7 170 BÀI 8: trang * * 0 3 2 2 1 1 0 1 1 0 3 3 2 2 * * * * * * * * * * * * * tốn thay khơng trang FIFO cài khơng làm cịn có Tuy nhiên xác trang, lý Belady : Khi trình, xác trang có truy có khơng s mà lên Xét ví Trang sau, có có 10 trang phát sinh sau 5 1 4 5 5 5 2 1 1 3 3 3 2 2 4 * * Khung trang Trang cho khung trang, khung trang , hai chí khung trang trang : 1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, trang phát sinh * * * * * * * 5 1 1 1 5 5 4 2 2 2 1 1 3 3 3 2 2 4 4 4 3 * * * * * * Khung trang * * * * 8.3.3 Gi i thu t t i thay trang có xác khơng trang dùng nhiên, cho nghiên lý Belady Ý không thông tin trang lai thay gian lâu thay truy trang Do khó cài ng lai Tuy u dùng 171 BÀI 8: Xét ví thay tiên (7, 0, 1) gây thay trang không truy t dùng cho truy trang (0) khơng có dùng thay thay Trang sáu (3) ba trang trang, thay thay truy truy trang FIFO, có 15 dùng 14 trang trang truy so trang trang truy qua truy , khơng có 18, trang trang thay truy Ba mang vào khung (2) trang trang mà thay FIFO ví sau 3 2 7 7 2 2 2 2 2 2 2 7 0 0 0 4 0 0 0 0 0 1 3 3 3 3 1 1 1 * * Khung trang * * * * * * * 8.3.4 Gi i thu t LRU thay trang LRU (least-recently-used, lai thay trang, gian lâu theo trang ) s Ý LRU không dùng thay gian, truy dùng trang tìm tìm S trang cho SR trang cho S LRU SR LRU S lùi trang trang cho gi SR Trang 3 2 Khung trang 7 2 2 4 0 1 1 1 0 0 0 0 3 3 3 0 0 1 3 2 2 2 2 7 * * * * * * * * * * * * 172 BÀI 8: Xét ví thay thay LRU có 12 thay LRU thay xác theo (9 cách cài có cho FIFO (15 áp LRU, truy , cho trang Có cài theo hai cách sau - : Ý pháp Count ghi trang thêm vào CPU có truy giá ghi vào lên Count trang có giá - thêm vào giá trang truy Trang thay Count : Ý pháp t (stack) các trang trang nh truy xóa Khi vào ln trang dùng trang LRU phù cho cài thay sau LRU Hình mơ a b, truy thái nêu hình 8.4 C P PHÁT KHUNG TRANG Trong hành khung trang, cho dù sinh có phát cho trình khung trang hành là trình có so nhu chia dùng tồn trình khung trang cho 173 BÀI 8: trình Trong có hai nhu thi lúc trình trang tồn trình lúc, mâu có cho trang nhau: cho phép trình khung trang, lên, chí trì tồn có trang, trang cho trình, khung trình Thơng so nhu khung trang cho dung nên khơng trình cho cách dung hòa hai nhu 8.4.1 S khung trang t i thi u có có tham tham a gián có trình trang 3, này, ba khung trang khung trang trúc máy tính, dung tham ba trang trình khơng qui xác trang 10 có Trong cho cho có Ví trang 20, hành máy), trang mà trình lý có Có khung trang có hai 8.4.2 Các gi i thu t c p phát nói trên, dung hịa nhu tiêu mâu phát khung trang Nhìn chung có hai phát khung trang phát : tính tốn trình khung trang khơng thay phát có hai phát cho q trình trình 174 - BÀI 8: phát cơng trình - : có : vào kích s kích trình trình p, S m phát khung trang kích khung trang có cho trình, m/n khung trang phát theo t có m khung trang n Khi trình, khung trang phát trình p m*s/S phát theo tiên: khung trang cho trình ý phát theo trình thay vào trang, có khung trang tiên trình khung trang tiên thay trình khác 8.4.3 Thay th c c b thay th tồn c c Có - - phân Thay tốn thay trang thành hai : u Thay chính: trang thay cho trình phát sinh tồn : Khi khung trang trình, có trang thay trang trang khung trang phát cho khung trang n trình khác trình khơng sốt thay lý thay tồn phát sinh trang nhìn chung cho phép có tồn Vì có tình trì tồn (thrashing) 8.5 TRÌ TR TOÀN H TH NG 8.5.1 Khái ni m nguyên nhân trì (thrashing) dùng Nguyên nhân cho gian sau: xun phát sinh CPU trình khơng có lý cơng xét tình trình thay khung trang nghiêm trang trang trang 175 BÀI 8: hành giám sát CPU CPU cách thêm hành trình vào có thay trình có trình có khung trang Các trình tồn trang thay trình dùng lúc nâng phát sinh gian trang thay trang hồn CPU hành quay lâm vào tình phóng trang phát thêm khung trang cho trang trang trang cao, cùng, trình, trình gian dành cho dành lý cơng ra, trình khác cịn gian thay Khi tình lý cơng cao, khơng cơng thay trang có tình trì phát sinh thúc tình trì khung trang trình tồn ra, cho trang trình khung trình khung trang Sau pháp 8.5.2 Mơ hình t p làm vi c pháp cho tình trì (working set model) Mơ hình làm trang trình P g A (mà Hình truy mơ truy làm làm trang A A trang khác) A khái truy trình P trình P truy trình P mơ hình tham trình truy làm tồn theo, làm trình P khơng truy làm trình P 176 BÀI 8: hành sốt làm trình trình khung trang khung trang sung làm Khi làm thêm t khung trang khung trang làm yêu hành khung trang Sau này, Mơ hình trình có Do trang trình trì trình trình cho tồn trình cịn hóa CPU Khó làm khái trình trì làm sau phát lâm vào tình làm có cao ta có có làm mơ hình kích có trình có, kích phát cho làm v làm làm tham làm tham trình tham trang trong làm làm 8.5.3 Ki m soát t n su t l i trang pháp khác cho tình trang trang trang cao, trang q trì cao trình tồn tình thêm trang trang Khi khung trang giá trì sốt khung trang trình có Có sốt cho trang q trên, thu tình trang trì thêm khung trang cho khung trang trình trình BÀI 8: trang trình có khơng có trang khung trang trang cao Sau phóng trình 177 trình phân cho l 178 BÀI 8: TÓM ánh cho phép vào khơng gian lý logic có cho phép trình cho phép gia Ngồi ra, Có CPU phóng trình lo dùng phân trang theo yêu trình phép có thi Khi có yêu tham trang thay làm xác trang thay thay thay LRU xác trang trang Các khơng làm lý Belady lai cài trang phát trang khơng trang FIFO trang cho khơng cịn khung trang thay phát Nó trình trình có u mà khung trang làm trình lý có có xác thơng tin có khó cài phát khung trang Các làm phát khung trang ví nhu dung hịa nhu gia nhu lý cơng có khung trang vào kích tránh tình cao, hay trì có pháp xác cho trình cho khơng mơ hình làm tiên tồn sốt mâu phát cho trình trình mà trì phát khung trang không Hai trang pháp 179 BÀI 8: CÂU VÀ BÀI Câu 1: Hãy trình bày khái ý Câu 2: Hãy trình bày khái ích trang lý trang lý trang Câu 3: Cơng tính gian trung bình truy xác cho v trang Vì thay trang Vì Câu 5: Hãy trình bày Câu 6: Hãy truy truy trang Câu 4: Hãy trình bày khơng áp cho LRU cho thay trang sau Trang Khung trang thay trang FIFO, LRU, trang vào cho sau): 2 180 TÀI THAM [1]Ayyavaraiah, M (2021) OPERATING SYSTEM Horizon Books (A Division of Ignited Minds Edutech P Ltd) [2]Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne (2011), Operating System Concepts Essentials John Wiley & Sons, Inc [3] Kim [4] Phú (2004), Lý (2004), Giáo trình mơn hành, hành,