Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Chương 5 - Nguyễn Ngọc Duy

Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH 1 Nội dung Tổng quan hệ điều hành, Vai trò chức hệ điều hành, Các thành phần hệ điều hành, Phân loại hệ điều hành, Hệ thống xử lý lô Tổng quan hệ điều hành  Hệ điều hành  Một chương trình quản lý phần cứng máy tính  Trung gian người phần cứng máy tính  Cung cấp môi trường cho ứng dụng khác thực thi  Một số hệ điều hành: - Windows 10, - Ubuntu, - Android, - … Tổng quan hệ điều hành  Tiến trình (Process)  Chương trình thực thi máy  Ví dụ: mở file MS Word để tạo tiến trình P  Tiểu trình (thread)  Một dịng xử lý tiến trình  Một tiến trình có hay nhiều tiểu trình  Ví dụ: tiến trình P + Luồng nhận thao tác người dùng + Luồng kiểm tra lỗi +… Vai trò chức Vai trò chức  Quản trị tài nguyên  CPU, RAM, HDD, printer…  Nhiệm vụ: Cung cấp giải thuật cấp phát, quản trị tài nguyên cho đối tượng hoạt động  Mục tiêu: Cấp phát đầy đủ, công bằng, hiệu  Điều khiển thiết bị  Nhiệm vụ: Che dấu chi tiết phần cứng, tạo môi trường dễ làm việc cho người dùng  Mục tiêu: Tạo độc lập thiết bị Vai trò chức  Giao tiếp với người dùng (user interface - UI) - Command-line interface (CLI) - Batch interface - Graphical user interface (GUI)  Thực thi chương trình  Nhập/xuất  Thao tác với hệ thống tập tin Vai trò chức  Liên lạc tiến trình - Chia sẻ nhớ - Truyền thông điệp  Phát lỗi  Định vị tài nguyên  Accounting  Bảo mật Các thành phần máy tính Disks Keyboard Mouse Disk controller Printer USB controller Monitor Graphics adapter CPU MEMORY Đệm liệu (local buffer) Các thành phần máy tính  Lưu trữ dạng thức I/O quan trọng  Bộ nhớ (main memory, primary memory) - CPU truy cập trực tiếp ghi (registers) nhớ ROM, RAM  Bộ nhớ phụ (secondary storage) - Hệ thống lưu trữ thông tin bền vững (nonvolatile storage) - Đĩa từ (magnetic disks): đĩa mềm, đĩa cứng, băng từ - Đĩa quang (optical disk): CD-ROM, DVD-ROM - Flash ROM: USB disk 10 Phân loại hệ điều hành  Hệ thống song song (đa xử lý)  Có nhiều xử lý chia sẻ tài nguyên hệ thống  Tối ưu hệ thống có nhiều máy có xử lý: - Chia sẻ thiết bị ngoại vi, hệ thống lưu trữ, nguồn… - Độ tin cậy  Đa xử lý đối xứng: - Mỗi xử lý chạy với hệ điều hành 18 Phân loại hệ điều hành  Hệ thống song song (đa xử lý)  Đa xử lý bất đối xứng: - xử lý giao công việc riêng biệt Một xử lý kiểm sốt tồn hệ thống, xử lý khác thực theo lệnh xử lý 19 Phân loại hệ điều hành  Hệ thống phân tán  Các xử lý không chia sẻ nhớ đồng hồ  Các xử lý hệ phân tán thường khác kích thước chức  Chia xẻ tài ngun  Tăng tốc độ tính  An tồn  Thông tin liên lạc với 20 Phân loại hệ điều hành  Hệ thống xử lý thời gian thực  Dùng cho hệ thống yêu cầu cao độ xác theo thời gian  Hệ thống thời gian thực cứng: - Cơng việc hồn tất lúc - Dữ liệu thường lưu nhớ ngắn hạn  Hệ thống thời gian thực mềm: - Mỗi cơng việc có độ ưu tiên riêng thi hành theo độ ưu tiên 21 Phân loại hệ điều hành  Hệ thống nhúng  Được nhúng thiết bị gia dụng, máy trò chơi,…  Kiến trúc đơn giản, nhỏ gọn, có tính đặc trưng cho thiết bị  Ứng dụng: PDA, Mobil phones,… 22 Cấu trúc hệ điều hành  Cấu trúc đơn giản Cấu trúc MS-DOS 23 Cấu trúc hệ điều hành  Cấu trúc đơn giản  không chia thành lớp (phần) rõ rệt  lớp gọi hàm thuộc lớp khác  đơn giản, dễ thiết kế, dễ cài đặt  khó bảo vệ, khó mở rộng, khó nâng cấp 24 Cấu trúc hệ điều hành  Cấu trúc phân lớp  HĐH phân thành nhiều lớp Mỗi lớp phụ trách chức đặc thù  Lớp bên sử dụng chức lớp bên cung cấp  Hạt nhân lớp kế lớp phần cứng, dùng lệnh phần cứng để tạo lời gọi hệ thống  Khó xác định số lượng lớp, thứ tự lớp  Chi phí truyền tham số xuyên lớp lớn 25 Cấu trúc hệ điều hành  Cấu trúc phân lớp Cấu trúc OS/2 26 Cấu trúc hệ điều hành  Máy ảo 27 Cấu trúc hệ điều hành  Máy ảo  Một máy giả lập thành nhiều máy  Tài nguyên hệ thống CPU, nhớ, đĩa,… chia xẻ để tạo máy ảo  Mỗi máy ảo cô lập với máy ảo khác nên tài nguyên dùng chung bảo vệ 28 Cấu trúc hệ điều hành  Mơ hình Client - Server 29 Lịch sử phát triển hệ điều hành  Thế hệ thứ 1: 1945 - 1955 - Vacuum tube - Plug board - Tại thời điểm: công việc - Vấn đề: lãng phí  Thế hệ thứ 2: 1955 - 1965 - Transistors - Batch system - Sử dụng chế spooling - Sử dụng CPU tốt hơn, thực thi công việc thời điểm 30 Lịch sử phát triển hệ điều hành  Thế hệ thứ 3: 1965 - 1980 - Integrated circuits (ICs) - Đa nhiệm (multitask) - Chia sẻ thời gian: thực thi nhiều công việc lúc  Thế hệ thứ 4: từ 1980 - Thể thống lớn - Dùng cho PC 31 Nguyên lý thiết kế hệ điều hành  Dễ viết, dễ sửa lỗi, dễ nâng cấp (dùng ngôn ngữ cấp cao ưu ngôn ngữ assembly)  Dễ cài đặt, dễ bảo trì, khơng có lỗi hiệu  Dễ sử dụng, dễ học, an tồn, có độ tin cậy cao thực nhanh  Tính khả chuyển cao  Cần có chương trình SYSGEN (System Generation) thu thập thơng tin liên quan đến phần cứng để thiết lập cấu hình hệ điều hành cho phù hợp với máy tính 32