Theo những khảo sát gần đây thì ngành về kỹ thuật máy tính đang là một trong những ngành thiếu nhân lực nhất và đặc biệt sẽ thiếu trong vòng 10 năm nữa, do các công ty trong ngành này đang chuyển hướng đầu tư vào nước ta. Mục tiêu đưa ngành này thành một trong các ngành chủ lực của kinh tế Việt Nam. Trong ngành này, môn học Kiến trúc máy tính và hệ điều hành chiếm vị trí vô cùng quan trọng, và sau đây Isinhvien giới thiệu đến các bạn một số giáo trình bài giảng, bài tập môn Kiến trúc máy tính và hệ điều hành.
Nội dung môn Hệ Điều Hành Giới thiệu tổng quan (c.1, c.2, c.3) Process quản lý process – Threads (c.4, c.5) Định thời CPU (CPU scheduling) (c.6) Đồng hoạt động process (synchronization) (c.7) Deadlock giải deadlock (c.8) Quản lý nhớ – Cơ chế quản lý nhớ ảo (c.9, c.10) Hệ thống file: giao diện thực (c.11, c.12) Hệ thống I/O (c.13) Hệ thống lưu trữ thứ cấp (secondary storage) (c.14) Giới thiệu hệ phân bố – Hệ điều hành phân boá -1.1- Study Scheduling References 1) “Operating System Concepts”, Silberschatz et al., thEd, 2003 2) “Operating System”, William Stallings, ndEd Grading – 20% kiểm tra trắc nghiệm học kỳ (10/10) – 70% thi trắc nghiệm cuối học kỳ (10/10) – 10% điểm tập lớn nhà (10/10) nộp lúc 16h vào ngày trước thi học kỳ tuần (xem hướng dẫn chi tiết) Thông tin khác – http://www.dit.hcmut.edu.vn/~tnhhuy/os Địa liên laïc – Office Phone: 865-8689 (ext: 577) – Email: tnhhuy@dit.hcmut.edu.vn -1.2- Chương I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN -1.3- Nội dung Giới thiệu tổng quan – Định nghóa Hệ Điều Hành (Operating System) – Cấu trúc hệ thống máy tính – Các chức OS Quá trình phát triển Hệ Điều Hành – Mainframe Systems – Desktop Systems – Multiprocessor Systems – Distributed Systems – Realtime Systems – Handheld Systems -1.4- Giới thiệu tổng quan Hệ điều hành (Operating System) gì? – Chương trình trung gian phần cứng máy tính người sử dụng, có chức điều khiển phần cứng cung cấp dịch vụ cho ứng dụng Mục tiêu (2 góc nhìn) – Phân phối, quản lý tài nguyên hệ thống cách hiệu Users Chương trình Hệ Điều Hành Phần cứng – Giúp người sử dụng dễ dàng khai thác tối đa hiệu suất hệ thống -1.5- Các thành phần hệ thống -1.6- Các thành phần hệ thống (t.t) Phần cứng (hardware): – bao gồm tài nguyên máy tính CPU, nhớ, thiết bị I/O, Hệ điều hành (Operating System) – Phân phối tài nguyên, điều khiển phối hợp hoạt động chương trình hệ thống Chương trình ứng dụng (applications programs) – Sử dụng tài nguyên hệ thống để giải vấn đề tính toán người sử dụng (ví dụ: compilers, database systems, video games, business programs) Các users sử dụng hệ thống – Con người, máy móc, hệ thống máy tính khác, -1.7- Các chức OS Phân chia thời gian xử lý định thời CPU Phối hợp đồng hoạt động processes (coordination & synchronization) Quản lý tài nguyên hệ thống (thiết bị I/O, nhớ, file chứa liệu, ) Thực kiểm soát access control, protection Duy trì quán (integrity) hệ thống, kiểm soát lỗi phục hồi hệ thống có lỗi (error recovery) Cung cấp giao diện làm việc cho users -1.8- Lịch sử phát triển hệ điều hành Mainframe Systems – Batch systems – Multi-programmed systems – Time-sharing systems Batch System – Thiết bị I/O : card reader, tape drives – Cần có người vận hành: operator (user operator) » Giảm setup time ghép nhóm công việc (batching jobs) Ví dụ: ghép công việc dùng trình biên dịch Fortran, tiết kiệm thời gian load trình biên dịch Fortran – Là hệ điều hành sơ khai có Resident Monitor, chứa phần điều khiển trình xử lý, tính toán như: » Loader, job sequencing, control card interpreter, device drivers -1.9- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Loader – Nắm quyền điều khiển ban đầu – Chuyển quyền điều khiển sang cho công việc (job) – Khi công việc kết thúc, quyền điều khiển lại trao cho resident monitor Job Sequencing Control Card Interpreter Device Drivers Resident Monitor Tổ chức nhớ Batch System Resident monitor Resident monitor gồm có – – – – Control card interpreter Job sequencing Loader Device drivers -1.10- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Multi-programmed Systems – Job pool: cấu trúc liệu cho phép OS lựa chọn công việc thực thi – Nhiều công việc nạp vào nhớ lúc, thời gian xử lý CPU phân chia công việc – Tận dùng thời gian rảnh, công việc phải chờ I/O phải nhường CPU cho công việc khác (overlapping CPU - I/O) Yêu cầu OS – – – – – Job Scheduling Memory management CPU scheduling Allocation of devices Protection -1.11- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) So sánh multi-programming uni-programming -1.12- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Time-Sharing (multitasking) Systems – Multi-programmed systems khoâng cung cấp khả tương tác với users – CPU luân phiên chuyển đổi thực thi công việc » Quá trình chuyển đổi xảy thường xuyên hơn, công việc chia phần nhỏ thời gian CPU » Cung cấp tương tác hệ thống với user – Khi kết thúc thực thi lệnh, OS chờ lệnh từ bàn phím từ card reader » Một công việc chiếm CPU để xử lý nằm nhớ » Khi cần thiết, công việc chuyển từ nhớ thiết bị lưu trữ, nhường nhớ cho công việc khác -1.13- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Yêu cầu OS Time-Sharing Systems – Định thời công việc (job scheduling) – Quản lý nhớ (Memory Management) » Các công việc hoán chuyển nhớ đóa » Virtual memory: cho phép công việc thực thi mà không cần phải nạp hoàn toàn vào nhớ – Quản lý process (Process Management) » Định thời CPU (CPU scheduling) » Đồng công việc (synchronization) » Tương tác công việc (process communication) » Tránh Deadlock – Quản lý hệ thống file, hệ thống lưu trữ (disk management) – Phân bổ thiết bị, tài nguyên – Cơ chế bảo vệ (protection) -1.14- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Desktop System (Personal Computer) – Thường phục vụ cho user đơn lẻ – Mục tiêu hệ thống PC hướng đến tiện lợi (convinience) cho user khả đáp ứng (reponsiveness) cao – Có nhiều thiết bị I/O keyboards, mouse, hình, máy in – Không yêu cầu cao cấp bảo mật tối ưu hiệu suất CPU hệ thống khác – Có thể vận hành nhiều hệ điều hành khác (Windows, MacOS, Solaris, Linux, ) -1.15- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Hệ thống đa xử lý (multiprocessor systems) – Hệ thống có nhiều CPU kết nối chặt (tightly coupled) i.e processors chia sẻ nhớ chung clock, giao tiếp qua nhớ chia sẻ Ưu điểm – Tăng system throughput độ tin cậy (reliability) – Multiprocessor vs multiple single-processor economy scale Symmetric multiprocessing (SMP) – Các processor vận hành hệ điều hành – Nhiều ứng dụng thực thi lúc với performance cao – Đa số hệ điều hành hỗ trợ SMP Asymmetric multiprocessing – Mỗi processor thực thi công việc khác nhau, master processor định thời phân công việc cho slave processors -1.16- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Hệ thống phân bố (Distributed Systems) – Phân bổ công việc nhiều processors – Loosely coupled: processor có nhớ riêng, processors giao tiếp qua kênh nối bus tốc độ cao đường điện thoại – Trong góc nhìn user, DS vận hành hệ điều hành Ưu điểm – Cho phép chia sẻ tài nguyên (resource sharing) – Chia sẻ công việc tính toán (computational sharing) – Độ tin cậy cao (high reliability) Yêu cầu sở hạ tầng mạng máy tính – LAN,WAN Dựa mô hình client-server peer-to-peer -1.17- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Hệ thống thời gian thực (Real-Time Systems) – Thường dùng thiết bị chuyên dụng điều khiển thử nghiệm khoa học, điều khiển y khoa, dây chuyền công nghiệp – Ràng buộc tương đối chặt chẽ thời gian: hard soft realtime Hard real-time: – Hạn chế (hoặc không có) nhớ phụ, tất liệu nằm nhớ (RAM) ROM – Yêu cầu thời gian đáp ứng, xử lý nghiêm ngặt, thường sử dụng điều khiển công nghiệp, công nghệ robotics Soft real-time – Thường xuất lónh vực multimedia, thực tế ảo (virtual reality) với yêu cầu mềm dẻo thời gian -1.18- Lịch sử phát triển hệ điều hành (t.t) Handheld Systems – Personal Digital Assistants (PDAs), Mobile Phone – Cellular telephones – Đặc điểm » Bộ nhớ nhỏ » Tốc độ processor không cao (vì phải tiêu thụ lượng) » Màn hình hiển thị có kích thước nhỏ, độ phân giải thấp – Portability, convenience -1.19-