Lý thuyết hệ điều hành

Lý thuyết hệ điều hành

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 1Cấu Trúc Hệ Thống Máy Tính

GV: Nguyễn Duy Nhất

Hệ Thống Máy Tính 

Computer System

 Là 1 đơn vị xử lý độc lập có khả năng tương tác với người sử dụng

 Ví dụ : PC (Personal Computer), Laptop, Notebook, Work Station, Server, …

Các thành phần của 1 hệ thống máy tính (Computer System)

 Trung tâm xử lý  Thùng máy

 Các mạch chuyên dụng khác : Sound card,

Network card, Fax/Modem card, TV Turner card …

 Các thiết bị lưu trữ và truy xuất : Ổ cứng

(HardDrive), ổ mềm (FloppyDrive), CD/DVD Rom, …

Bo mạch chủ (1)

RAM

ROM

Bo mạch chủ (2)

Vỏ máy (Case) và PSU

Vai trò của chip vi xử lý (CPU)

 Chịu trách nhiệm xử lý mọi hoạt động của máy tính.

 Được sự hỗ trợ bởi các Device Controller

 Bộ điều khiển thiết bị

 Device Controller chịu trách nhiệm xử lý các hoạt động đặc thù : thao tác toán

học, thao tác của các thiết bị như VGA

card, Sound card, …

 CPU và các DC chia sẻ với nhau đường

truyền (bus) dữ liệu, bộ nhớ chính, …

Quá Trình (Các trạng thái xảy ra khi máy tính) Khởi Động (1)

 Người sử dụng kích hoạt power switch

trên motherboard  kích hoạt PSU  motherboard khởi động  khởi động chương trình bootstrap.

 Bootstrap :

1 Khởi động và kiểm tra các thiết bị của máy

tính : CPU, RAM, VGA, Các ổ đĩa …

2 Định vị hệ điều hành sẽ được khởi động

Khởi động hệ điều hành

Cơ chế hoạt động giữa CPU và các DC

 CPU và các DC : thành phần nòng cốt của Motherboard, đóng vai trò như các đơn vị xử lý

CPU

DC DC

RAM

DC = Device Controller = bộ điều khiển

thiết bị

 1 DC đóng vai trò điều khiển, là

trung tâm xử lý của từng thiết bị

riêng biệt trong hệ thống máy tính

 Thiết bị có thể được tích hợp sẵn

trên Motherboard (như ALU,

Co-Proccessor, …) hoặc là 1 thiết bị rời / card gắn thêm vào Motherboard qua các khe cắm, cổng

Các thiết bị trong 1 CS hiện đại

 CPU gởi yêu cầu xử lý đến DC qua

thanh ghi  DC xử lý và đưa dữ liệu kết quả ra local buffer

Các cơ chế nhập xuất

 Nhập xuất đồng bộ : DC hoặc CPU

sau khi yêu cầu xử lý sẽ chờ cho đến khi nhận được kết quả thích hợp

 Nhập xuất không đồng bộ : DC hoặc CPU sau khi yêu cầu xử lý tiếp tục

làm công việc khác, chỉ nhận kết

quả bằng 1 thông báo bởi 1 ngắt

phát sinh do DC được yêu cầu

Mô tả thiết bị trong CS

Cấu trúc lưu trữ

 Cấu trúc lưu trữ của 1 CS gồm :

• Bộ nhớ chính

• Thanh ghi, cache

• Đĩa cứng, mềm, đĩa CD/DVD, USB Drive , …

• Băng từ

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 2Tổng Quan Về Hệ Điều Hành

GV: Nguyễn Duy Nhất

Khái niệm HĐH

Các chương trình ứng dụng Word Excel Games …

Hệ Điều Hành Tài nguyên

Người sử dụng

Hệ

Thống

Máy

Tính

Phân loại HĐH

 Hệ thống xử lý theo lô đơn giản

 Hệ thống xử lý theo lô đa chương

 Hệ thống chia sẻ thời gian

 Hệ thống song song

 Hệ thống phân tán

Hệ thống xử lý theo lô đơn giản

 Xử lý theo lô (batch proccessing) :

các công việc được thực hiện tuần tự được chỉ định trước

 Khuyết điểm : không tận dụng được hiệu suất sử dụng CPU và các tài

nguyên phần cứng

Hệ thống xử lý theo lô đa chương

 Lập lịch (schedule) thực hiện các

công việc : tổ chức các công việc

sao cho CPU được sử dụng với hiệu suất cao nhất

 Vấn đề : Lập lịch cho công việc, CPU và

bộ nhớ

 Ưu điểm : khắc phục được 1 phần

khuyết điểm của hệ thống xử lý theo lô

Hệ thống chia sẻ thời gian

 Còn được gọi là hệ thống đa nhiệm (multi-tasking) : nhiều công việc

được thực hiện cùng lúc thông qua

cơ chế chuyển đổi CPU với thời gian chuyển đổi rất nhanh

 Phức tạp hơn hệ thống đa chương : phải có các chức năng quản trị và bảo vệ bộ nhớ, sử dụng bộ nhớ ảo

Hệ thống song song

 Hệ thống có nhiều bộ vi xử lý cùng hoạt động, cùng chia sẻ hệ thống

đường truyền dữ liệu và các tài

nguyên phần cứng

 Số lượng bộ vi xử lý không tỉ lệ

thuận với tốc độ thực hiện công việc

 Ưu điểm : gia tăng độ tin cậy, tốc độ

xử lý công việc

Hệ thống song song (2)

 Hệ thống đa xử lý đối xứng :

Mỗi bộ xử lý chạy với 1 bản sao của HĐH

 Hệ thống đa xử lý bất đối xứng :

Mỗi bộ xử lý được giao 1 số công việc

chuyên biệt, có 1 bộ xử lý đóng vai trò

là bộ xử lý chính.

Hệ thống phân tán

 Tương tự như hệ thống song song, nhưng mỗi bộ xử lý có 1 tài nguyên phần cứng riêng (bộ nhớ, đường truyền dữ liệu)

 Các bộ xử lý liên lạc với nhau qua hệ

thống dây dẫn tốc độ cao

 Ưu điểm : chia sẻ tài nguyên giữa các bộ

xử lý, tăng tốc độ tính toán, độ tin cậy

cao

 Thích hợp cho môi trường nhiều người sử dụng

Quản lý tiến trình

 Khởi động, hủy, tạm dừng tiến trình

 Cấp phát và thu hồi tài nguyên khi cần thiết

 Cơ chế liên lạc giữa các tiến trình

 Kiểm soát vấn đề deadlock

 Xử lý xung đột giữa các tiến trình, giữa tiến trình và HĐH

Tiến trình, tiểu trình và chương trình

 Chương trình (Program) : 1 phần mềm đã được cài đặt vào HĐH, sẵn sàng để sử dụng.

 Tiến trình (Proccess) : thành phần của

chương trình được nạp vào bộ nhớ khi đang hoạt động Mỗi tiến trình sở hữu tài nguyên gồm 1 vùng nhớ đã được cấp phát, 1 độ ưu tiên trong sử dụng CPU.

 Tiểu trình (Thread) : thành phần xử lý nhỏ của tiến trình, các tiểu trình cùng chia sẻ tài nguyên của tiến trình.

Quản lý tiến trình trong HĐH Windows

quản lý bộ nhớ phụ không tốt sẽ dẫn đến trì trệ hoạt động của toàn bộ hệ thống

Quản lý hệ thống nhập xuất

 Cung cấp giao diện (interface) nhập xuất.

 Hệ thống buffer caching trong nhập xuất.

 Các trình điều khiển thiết bị (Device

driver) thông dụng (chuẩn / standard).

 Device driver : giao tiếp điều khiển của thiết bị : do nhà sản xuất thiết bị cung

cấp hoặc tuân theo chuẩn chung của các thiết bị cùng loại

Quản lý hệ thống tập tin

 Cơ chế bảng FAT

 Cung cấp các chức năng : thêm / xóa / sửa các tập tin, thư mục

Cơ chế dòng lệnh

 Cơ chế giao tiếp bằng dòng lệnh

(Command prompt) giữa người sử dụng và HĐH

 Bộ thông dịch lệnh (Shell) : đọc và thực thi các lệnh

Các dịch vụ của HĐH

 Cung cấp dịch vụ =

 Cung cấp môi trường cho các chương

trình hoạt động, cơ chế liên lạc, giao

tiếp giữa các tiến trình và hệ điều hành

 Cung cấp môi trường cho người sử dụng thi hành các chương trình.

 Thông tin liên lạc giữa các tiến trình

 Phát hiện, Bẫy (debug) lỗi

 Tập lệnh hệ thống

 Các chương trình tiện ích hệ thống

Các chương trình tiện ích hệ thống

 Cung cấp môi trường tiện lợi cho NSD

khai thác hệ thống

 Gồm các loại :

 Thao tác với hệ thống tập tin

 Thông tin về trạng thái hệ thống

 Soạn thảo văn bản

 Cài đặt và thi hành các chương trình của NSD

 Công cụ liên lạc giữa các NSD

 Các tiện ích khác : định dạng, sửa lỗi ổ đĩa, tối

ưu hệ thống, …

Các tiện ích hệ thống trong Windows XP

Lịch sử phát triển HĐH

 Xem sách

System)

Những nét chính về DOS

 1 trong những HĐH từng được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới (Macintosh, UNIX, OS/2)

Lịch sử phát triển DOS

 Xem sách trang 42

Cơ chế hoạt động

NSD khởi động maý

DOS khởi động

Màn hình hiện dấu nhắc DOS (cơ chế

dòng lệnh)

Các thành phần (tập tin) của DOS

Tập tin Autoexec.bat

 Chứa các dòng lệnh của người sử

dụng sẽ tự động được thực hiện khi DOS khởi động

Tập tin Command.com

 Chứa các lệnh nội trú được nạp sẵn

vào bộ nhớ khi HĐH khởi động

 Lệnh nội trú : Tập lệnh (có sẵn) của DOS sử dụng trong giao tiếp dòng lệnh với người sử dụng

 Lệnh ngoại trú : ở dạng 1 file

chương trình chạy trên DOS

(.com, exe) do DOS hoặc 1 NSX

DOS – 1 số khái niệm

 Đường dẫn (Path)

Ví dụ : C:\MyData\Source

C:\MyData\Source\test.exe

 Thư mục hiện hành : thư mục đang làm

việc tại dấu nhắc DOS

 Thư mục gốc : thư mục ứng với nội dung ổ đĩa

Ví dụ : C:\

A:\

 Đường dẫn tương đối : đường dẫn tính từ

DOS – 1 số khái niệm (p.2)

 Đường dẫn tuyệt đối : đường dẫn tính từ thư mục gốc

Ký tự * : Đại diện cho 1 nhóm ký tự bất kỳ

Ký tự ? : Đại diện cho 1 ký tự bất kỳ

Một số lệnh nội trú quan trọng

1. DIR <đường dẫn thư mục> /x

Liệt kê nội dung thư mục

/x : tham số tùy chọn, ví dụ :

/p – liệt kê theo từng trang màn hình, /ah – liệt kê các tập tin mang thuộc tính ẩn, /w – liệt lê theo nhiều cột

/? – liệt kê và giải thích tất cả tham số

có thể có của lệnh

2. CLS

Xóa màn hình

Một số lệnh nội trú quan trọng (p.2)

4 MD <ĐD thư mục mới>

Tạo thư mục mới

5 RD < ĐD thư mục>

Xóa thư mục, thư mục cần xóa phải rỗng

6 DEL < ĐD 1 hoặc 1 nhóm tập tin>

Xóa tập tin

7 COPY <ĐD 1 nhóm t.t> <ĐD thư mục>

Tạo 1 bản sao của 1 nhóm tập tin và đặt tại 1 thư

mục được chỉ định

Xem nội dung tập tin trên từng trang màn hình

15 COPY CON <ĐD tập tin mới>

Tạo tập tin mới, sau khi gõ lệnh, người sử dụng gõ

tiếp nội dung cho tập tin mới, và gõ F6 + enter để kết thúc

Chương trình thường trú và virus trong DOS

 Chương trình thường trú : toàn bộ

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 2 – Giới thiệu 1 số HĐH

2 Tổng quan về

Hệ Điều Hành Windows

Những nét chính về HĐH Microsoft Windows

 Là hệ điều hành đa nhiệm :(*)

 Với người sử dụng

 Với lập trình viên

 Giao diện đồ họa tương tác thân thiện, hỗ trợ nhiều chương trình tiện ích

 Yêu cầu phần cứng không cao

 Tận dụng được tối đa khả năng phần cứng

 Tính năng bảo vệ hệ thống cao

 Dễ cài đặt thiết bị, thay đổi cấu hình hệ thống

Lịch sử phát triển

 Xem Sách trang 55

Cơ chế hoạt động

1 Người sử dụng khởi động máy tính: Bootstrap

kiểm tra thiết bị, nạp hệ điều hành có trong ổ đĩa khởi động

2 Chương trình khởi động của hệ điều hành nạp tập

tin IO.SYS vào bộ nhớ chính

3 IO.SYS nạp MS-DOS.SYS : định vị các file hệ

thống của Windows

4 Tập tin Config.sys được xử lý

Cơ chế hoạt động (t.t)

6. Tập tin Autoexec.bat được thi hành nếu có

(không cần thiết trong Windows)

7. Bộ quản lý máy ảo VMM32.VXD được nạp

8. VMM32 nạp các thiết bị được mô tả trong

System.ini, các driver vxd của thiết bị

9. Nạp các thông tin cấu hình hệ thống trong

System.ini

10. Nạp tập tin Kernel.DLL chứa mã chính của

Cơ chế hoạt động (t.t)

11 Nạp GDI.EXE và GDI.DLL chứa mã thực hiện các

dịch vụ đồ họa

12 Nạp USER.EXE và USER.DLL chứa mã quản lý

các giao tiếp với người sử dụng

13 Nạp các tài nguyên khác, font hệ thống

14 Nạp và thi hành các cấu hình về chương trình và

người sử dụng trong WIN.INI

15 Nạp Shell của Windows : tập tin

Các đặc điểm của SHELL

 Hoạt động theo giao tiếp đồ họa

 Quản trị Windows dựa trên thanh tác vụ (TaskBar)

 Thao tác chủ yếu với các đối tượng: Tập tin, Folder,

Program, Icon, Shortcut, Desktop, Window, … :

 Các thao tác trên mỗi đối tượng là tương tự nhau

 Mỗi đối tượng khác nhau có tập thuộc tính khác nhau, người sử dụng tác động lên đối tượng bằng cách thay đổi tập thuộc tính này.

 Các đối tượng có thể được sao chép (copy), cắt (cut), dán

(paste), di chuyển (move), kéo thả (drag&drop) hoặc được kích hoạt (bằng cách double-click lên biểu tượng của đối tượng)

Các đối tượng trong Windows : Icon

 Là biểu tượng đại diện cho

một đối tượng của Windows

 Có các thuộc tính đặc trưng

như hình hiển thị, dòng chữ

mô tả

My Computer

 Là nơi chứa tất cả các

đối tượng khác của

Windows liên quan đến người sử dụng, bao

gồm : Các ổ đĩa,

Control Panel, Printer,

Network, …

 Là biểu tượng liên kết

(trỏ tới) với một đối

tượng khác, nhằm mục đích giúp cho người sử dụng có thể kích hoạt

đối tượng mà không

cần phải mở window

chứa đối tượng

máy tính của người sử

dụng đang tham gia vào

(nếu có)

 Các thông tin bao gồm:

các workgroup, các

máy tính khác, các tài

Recycle Bin

 Chứa các file đã bị xóa tạm thời, cho phép phục hồi các file này khi cần thiết Có thể xác định

kích cỡ (dung lượng)

tối đa của các Bin tương

ứng cho từng ổ đĩa.

 Tip : gõ Shift – Delete

để xóa hoàn toàn file

 Chứa shortcut của các ứng

dụng (cửa sổ) đang chạy,

cho phép chuyển đổi qua lại

giữa các cửa sổ Và các

thông tin hệ thống khác như

: thời gian, volumn, các

small icon của các chương

trình thường trú (TrayBar),

các thanh công cụ tiện

ích…

Users\Start Menu\Programs trong Windows XP

 Recent Documents : Chứa shortcut của các file được người

sử dụng truy cập gần đây nhất Đối tượng này tương ứng với folder \Windows\Start Menu\Documents trong

Windows 98, hoặc folder \Documents and Settings\<Tên

Start Menu (t.t)

 Settings : Bao gồm các cài đặt cấu hình cho

Control Panel, Printers, Taskbar…

 Run : thi hành ứng dụng ở cơ chế dòng lệnh

 Help : các thông tin trợ giúp

 Find (hoặc Search trong WinXP) : Cho phép tìm kiếm folder, tập tin trong các ổ đĩa, hoặc máy tính trên mạng

 Shutdown : Chấm dứt sử dụng máy tính

 Là nền của máy tính,

chứa các đối tượng như

My Computer, Network Neighborhood, My

Documents, và các

shortcut do người sử

dụng tạo ra

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 2 – Giới thiệu 1 số HĐH

3 Hệ Điều Hành Windows NT

 Hỗ trợ hệ thống nhiều bộ xử lý

 Hỗ trợ bảng FAT NTFS :

 Kích thước partition lớn (1064Gb)

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 2 – Giới thiệu 1 số HĐH

4 Hệ Điều Hành Novell Netware

Lịch sử phát triển

 Xem sách trang 74

 Hỗ trợ bảng FAT Turbo FAT

 Có thể quản lý tốt partition có nhiều tập tin

 Bảo vệ dữ liệu tốt

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 2 – Giới thiệu 1 số HĐH

5 Hệ Điều Hành UNIX

Lịch sử phát triển

 Xem sách trang 80

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 3 – Hệ Thống Quản Lý Tập Tin

GV: Nguyễn Duy Nhất nhatnd@hcm.fpt.vn

Khái niệm

 Hệ thống quản lý tập tin (File management

system) là cách thức hệ điều hành tổ chức, truy

cập dữ liệu trên hệ thống lưu trữ phụ  Bộ nhớ

ngoài.

 Tập tin (File) : được xem là 1 đơn vị lưu trữ

thông tin của bộ nhớ ngoài : đối tượng của hệ thống quản lý tập tin.

 Thư mục (Folder, Directory) : Là tập hợp các tập tin và các thư mục con tổ chức theo hình cây

 Mỗi thư mục thường lưu trữ thông tin về thư mục cha

và thư mục gốc

Khái niệm (t.t)

 Hệ thống quản lý tập tin  Cách thức hệ điều hành :

 Lưu trữ

 Hiển thị

 Đặt tên

 Truy xuất nội dung

 Quản lý vai trò của tập tin đối với hệ điều

hành

 Bảo vệ tập tin

 Cách tổ chức thao tác trên thư mục

 Kiểu tập tin

 Tập tin văn bản (Text file) : chỉ chứa các ký tự

“có nghĩ a”

 Tập tin nhị phân (Binary file) : có thể chứa các

ký tự đặc biệt (Enter, BackSpace, Escape, …) –

chứa mã máy

Mô hình tập tin (t.t)

 Cách thức truy xuất tập tin

 Truy xuất tuần tự

• Thường sử dụng cho các tập tin văn bản.

 Truy xuất tuần tự có vị trí bắt đầu

(Seek)

• Thường sử dụng cho các tập tin văn bản có cấu trúc (tập tin CSDL)

 Truy xuất ngẫu nhiên (random access)

• Thường sử dụng cho các tập tin nhị phân

Mô hình tập tin (t.t)

 Thuộc tính tập tin : là các tính chất đối với tập tin

do hệ điều hành qui định trong cách thức quản lý.

 Thời điểm tạo (Created day)

 Thời điểm cập nhật (Modified day)

 Thời điểm truy xuất (Accessed day)

 Kích thước (Size)

…

Mô hình thư mục

 Tổ chức thư mục theo cấp bậc (tổ chức cây) :

 Khởi đầu từ thư mục gốc

 Mỗi thư mục chứa các thư mục con và các tập tin

 Đường dẫn tuyệt đối

 Đường dẫn tương đối

 Thư mục hiện hành

 Đối với toàn bộ hệ thống

 Đối với từng tiến trình

Cấu trúc hệ thống quản lý

tập tin

 Bảng các chỉ mục (entry) tập tin/thư mục con của 1 thư mục, mỗi chỉ

Các phương pháp lưu trữ và định vị

 Định vị liên tiếp

 Nội dung 1 tập tin được lưu trữ trong 1 dãy

các khối liên tiếp.

 Định vị theo danh sách liên kết

 Tập tin được lưu trữ trong nhiều khối, cuối mỗi khối có chứa chỉ số của khối tiếp theo.

 Định vị bằng bảng chỉ mục

 Tương tự như danh sách liên kết, nhưng hệ

điều hành sử dụng 1 bảng để lưu các chỉ mục