Bài giảng hệ điều hành chương 1

Chương 1: Kiến trúc hệ thống & Tổng quan Hệ điều hành Mục tiêu: Hệ thống lại kiến trúc hệ thống phần cứng Tìm hiểu tổng quan chức thành phần Hệ điều hành 4-Jun-14 TT QTM 1 Tổng quan Hệ điều hành      Khái niệm Phân loại Các thành phần hệ điều hành Các dịch vụ HĐH Lời gọi HĐH (System Call) 4-Jun-14 TT QTM 1.1 Khái niệm(1)  Khái niệm HĐH  Hệ điều hành chương trình( mã nguồn liệu-các tham số hệ thống) cài đặt sẵn có chức năng:    Điều phối, phân phối công việc cho thành phần chức máy tính Thỏa mãn tối đa yêu cầu người dùng Giao tiếp với HĐH   Cầu nối giao tiếp user hệ thống máy tính User giao tiếp với hệ điều hành -> phải có ngôn ngữ chung:   4-Jun-14 Giao tiếp dòng lệnh: thể yêu cầu thông qua lệnh Giao tiếp biểu tượng TT QTM 1.1 Khái niệm(2)   Khi hoạt động, chương trình ứng dụng & ctr hệ thống thực theo tiến trình Tiến trình: ctr xử lý(hoạt động, thực hiện), sở hữu trỏ lệnh, tập ghi biến   Để hoàn thành tác vụ, tiến trình cần tài nguyên: CPU, nhớ, thiết bị I/O,… Phân biệt tiến trình & chương trình:   4-Jun-14 Chương trình thực thể thụ động chứa lệnh & liệu để tiến hành tác vụ( công việc) Khi thực lệnh, chương trình chuyển thành tiến trình Tiến trình thực thể hoạt động TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(1)  Hệ điều hành đơn chương trình       Toàn hệ thống máy tính phục vụ chương trình từ lúc bắt đầu ctr đưa vào nhớ đến kết thúc chương trình Khi chương trình đưa vào nhớ thực => chiếm giữ tài nguyên hệ thống nên đưa ctr khác vào nhớ Hệ điều hành đa chương trình Hệ điều hành thời gian thực Hệ song song Hệ phân tán 4-Jun-14 TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(2)  Hệ điều hành đa chương trình    Tại thời điểm có nhiều ctr có mặt đồng thời nhớ Các ctr có nhu cầu phân phối nhớ CPU Gồm loại:   4-Jun-14 Hệ điều hành hoạt động theo mẻ Hệ điều hành chia sẻ thời gian TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(3)  Hệ điều hành đa chương trình(tiếp)  Hệ điều hành hoạt động theo lô: hướng tới mục tiêu cực đại số lượng toán giải đơn vị thời gian   MFT(Multiprogramming with Fixed number of Task)    4-Jun-14 Có loại: MFT MVT Quy định sẵn số tiến trình có mặt đồng thời nhớ Bộ nhớ chia sẵn thành phân vùng(Partition) phân vùng chứa tiến trình MVT(Multiprogramming with Variable number of Task): nhớ không phân chia sẵn, tiến trình nạp liên tục đủ nhớ, số lượng tiến trình đồng thời nhớ thay đổi tùy thuộc vào dung lượng TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(4)  Hệ điều hành đa chương trình(tiếp)  Hệ điều hành phân chia thời gian:      4-Jun-14 Điển hình hệ điều hành đa người dùng Tại thời điểm có nhiều user làm việc với máy tính thông qua trạm đầu cuối khác Hệ điều hành phân phối CPU cho user Mỗi ctr chiếm giữ CPU khoảng thời gian gọi lượng tử thời gian(quantum) Bộ nhớ chứa ctr user TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(5)  Hệ điều hành thời gian thực     4-Jun-14 Đảm bảo giải toán( tiến trình) không muộn thời điểm xác định Mỗi tiến trình gắn với thời gian xác định phải hoàn thành gọi DeadTime Hoàn thiện toán muộn ý nghĩa Ví dụ: giải toán lò phản ứng hạt nhân; game thời gian thực TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(6)  Hệ song song:    Cho hệ thống có nhiều CPU chia xẻ đường truyền, nhớ, đồng hồ, thiết bị I/O… Các CPU làm việc phụ thuộc độc lập phải chia xẻ tài nguyên So với hệ thống CPU:   4-Jun-14 Nhanh An toàn hơn: CPU hỏng không ảnh hưởng tới toàn hệ thống TT QTM 10 1.3 Các thành phần hệ điều hành   Điều phối hoạt động: Quản lý tiến trình (Process Management ) Thành phần quản lý phân phối tài nguyên:        Quản lý nhớ (Main Memory Management) Quản lý File (File Management) Quản lý hệ thống vào-ra (I/O System Management) Quản lý nhớ thứ cấp (Secondary Storage Management) Hoạt động mạng (Networking) Hệ thống bảo vệ (Protection System) Hệ thống thông dịch lệnh (Command-Interpreter System) 4-Jun-14 TT QTM 12 1.3.1 Process Management   Các chương trình thực theo tiến trình để hoàn thành công việc HĐH chịu trách nhiệm việc quản lý tiến trình:    Tạo xoá process người sử dụng hệ thống Tạm ngừng tiếp tục lại process Cung cấp chế cho:   4-Jun-14 Sự đồng hoá process Sự giao tiếp process TT QTM 13 1.3.2 Main Memory Management  Bộ nhớ mảng lớn từ nhớ byte có địa riêng    Main memory thiết bị lưu trữ tạm   Chứa liệu truy nhập nhanh chóng Được chia sẻ CPU thiết bị vào-ra Mất nội dung bên hệ thống ngừng hoạt động Hoạt động quản lý nhớ HĐH:    4-Jun-14 Lưu lại dấu vết phần nhớ sử dụng đuợc sử dụng tiến trình Quyết định xem tiến trình nạp có nhớ trống Phân phối thu hồi nhớ cho tiến trình TT QTM 14 1.3.3 File Management    Một file tập hợp thông tin liên quan tổ chức cách lôgic, lưu trữ thiết bị nhớ phụ Thông thường, file đại diện cho liệu chương trình (cả source, data object forms) HĐH chịu trách nhiệm hoạt động sau nối kết với file management:      4-Jun-14 Tạo xoá file Tổ chức file (Tạo xoá thư mục) Hỗ trợ từ gốc (primitive) việc thao tác với file thư mục (read/write) Ánh xạ file vào nhớ thứ cấp Backup file phương tiện lưu trữ ổn định TT QTM 15 1.3.4 I/O System Management     Một chức hệ điều hành quản lý tất thiết bị I/O HĐH phải thị điều khiển thiết bị, kiểm soát ngắt lỗi HĐH phải cung cấp cách giao tiếp đơn giản tiện dụng thiết bị phần lại hệ thống giao tiếp phải độc lập với thiết bị Hệ thống vào-ra bao gồm:     Một thành phần quản lý nhớ I/O Một giao diện device-driver chung Các driver cho thiết bị phần cứng riêng biệt Chỉ device driver biết tính chất đặc biệt thiết bị mà điều khiển 4-Jun-14 TT QTM 16 1.3.5 Secondary-Storage Management  Dữ liệu nhớ (primary storage):     Tạm thời, dung lượng nhỏ Để lưu trữ lâu dài, dung lượng lớn -> sử dụng nhớ thứ cấp (secondary storage) để back up nhớ Hầu hết hệ thống máy tính đại sử dụng ổ đĩa phương tiện lưu trữ trực tuyến sở cho chương trình liệu HĐH chịu trách nhiệm hoạt động sau nối kết với disk management:    4-Jun-14 Quản lý vùng nhớ tự Phân phối nhớ Lập lịch ổ đĩa (Disk scheduling) TT QTM 17 1.3.6 Nhân Hệ điều hành (Kernel)   Hệ điều hành có dung lượng lớn => đưa tất vào nhớ Các ctr hệ điều hành phân thành loại:    Nhân HĐH: gồm ctr tồn nhớ để điều khiển máy tính làm việc Các ctr nạp vào nhớ cần thiết Theo chức Nhân HĐH thường bao gồm nhóm ctr:     4-Jun-14 Module ctr tải(loader) có chức đưa ctr vào nhớ cho phép ctr tải nhận điều khiển hay không Module ctr điều phối chính: đảm nhận việc lựa chọn bước làm việc toàn hệ thống Module ctr lập lịch: chọn tiến trình làm việc Các thông tin hệ thống(các tham số hệ thống) TT QTM 18 1.4 Các dịch vụ hệ điều hành      Thực chương trình (Program execution) – khả hệ thống để nạp chương trình vào nhớ chạy Thực vào-ra (I/O operations) – chương trình người sử dụng thực trực tiếp hoạt động vào/ra, HĐH phải cung cấp số phương pháp để thực vào/ra Thao tác với hệ thống file (File-system manipulation) – khả chương trình để đọc, ghi, tạo, xoá file Giao tiếp (Communications) – trao đổi thông tin tiến trình thực máy tính hệ thống khác nối mạng Việc thực thông qua nhớ chia sẻ (shared memory) chuyển thông điệp (message passing) Phát lỗi (Error detection) – bảo đảm việc tính toán đắn cách phát lỗi CPU nhớ, thiết bị vào-ra, chương trình người sử dụng 4-Jun-14 TT QTM 19 1.4.1 Các chức mở rộng HĐH  Các chức cộng thêm tồn để giúp người sử dụng mà để đảm bảo cho hoạt động hệ thống hiệu    4-Jun-14 Resource allocation – phân phối tài nguyên cho nhiều người sử dụng cho nhiều công việc chạy lúc Accounting – theo dõi ghi lại loại tài nguyên thời gian sử dụng (tài nguyên) user nhằm mục đích thống kê Protection – đảm bảo kiểm soát tất truy nhập tới tài nguyên hệ thống TT QTM 20 1.5 System Calls(1)  System calls cung cấp giao diện tiến trình HĐH     Mục đích yêu cầu sử dụng dịch vụ HĐH Thường câu lệnh viết ngôn ngữ assembly Các ngôn ngữ bậc cao (vd: C, C++) thay ngôn ngữ assembly phép việc lập trình hệ thống tạo trực tiếp system call Ba phương thức chung sử dụng để truyền tham số tiến trình HĐH    4-Jun-14 Truyền tham số ghi Chứa tham số bảng tham số nhớ, địa bảng truyền tham số ghi Đẩy (push, store) tham số vào stack chương trình, lấy khỏi stack (pop) HĐH TT QTM 21 1.5 System Calls(2): Phân loại  Điều khiển tiến trình (Process control)       4-Jun-14 Kết thúc, bỏ dở (abort) Nạp, thực Tạo, kết thúc tiến trình Lấy/ thiết lập thuộc tính tiến trình chờ đợi Đợi kiện, báo hiệu kiện Phân phối giải phóng nhớ TT QTM 22 1.5 System Calls(3): Phân loại  Quản lý file (File management)      Tạo file, xóa file Mở, đóng Đọc, ghi, định vị Lấy/ thiết lập thuộc tính file Quản lý thiết bị (Device management)     4-Jun-14 Yêu cầu thiết bị, giải phóng thiết bị Đọc, ghi, định vị Lấy/ thiết lập thuộc tính thiết bị Gắn kết (attack), tháo gỡ (detach) mức logic thiết bị TT QTM 23 1.5 System Calls(4): Phân loại  Duy trì thông tin (Information maintenance)     Lấy/ thiết lập ngày Lấy/ thiết lập liệu hệ thống Lấy/ thiết lập thuộc tính tiến trình, file, thiết bị Giao tiếp (Communications)     4-Jun-14 Tạo, xóa kết nối giao tiếp Gửi, nhận thông điệp Truyền lại thông tin trạng thái Gắn kết, tháo gỡ logic thiết bị xa (remote device) TT QTM 24 1.5 System Calls(5): Phương thức giao tiếp  Sự giao tiếp thực cách sử dụng phương thức: message passing shared memory 4-Jun-14 TT QTM 25 Q&A 4-Jun-14 TT QTM 26 [...].. .1. 2 Phân loại Hệ điều hành( 7)  Hệ phân tán:   Tập hợp các thiết bị tính riêng rẽ có thể giao tiếp với nhau Hệ phân tán vs hệ song song   4-Jun -14 Hệ song song phối hợp nhiều bộ xử lý nhằm giải quyết một vấn đề cho trước một cách nhanh nhất Trong hệ phân tán, mỗi bộ xử lý nói chung có chương trình làm việc riêng bán độc lập, vì lợi ích chung nên cần phối hợp hành động với nhau TT QTM 11 1. 3... động sau khi nối kết với disk management:    4-Jun -14 Quản lý các vùng nhớ tự do Phân phối bộ nhớ Lập lịch ổ đĩa (Disk scheduling) TT QTM 17 1. 3.6 Nhân Hệ điều hành (Kernel)   Hệ điều hành có dung lượng lớn => không thể đưa tất cả vào bộ nhớ Các ctr của hệ điều hành phân thành 2 loại:    Nhân HĐH: gồm các ctr luôn tồn tại trong bộ nhớ để điều khiển máy tính làm việc Các ctr chỉ được nạp vào... ctr:     4-Jun -14 Module ctr tải(loader) có chức năng đưa một ctr vào bộ nhớ và cho phép ctr đã tải nhận điều khiển hay không Module ctr điều phối chính: đảm nhận việc lựa chọn các bước làm việc của toàn bộ hệ thống Module ctr lập lịch: chọn tiến trình làm việc tiếp theo Các thông tin về hệ thống(các tham số hệ thống) TT QTM 18 1. 4 Các dịch vụ của hệ điều hành      Thực hiện chương trình (Program... (Command-Interpreter System) 4-Jun -14 TT QTM 12 1. 3 .1 Process Management   Các chương trình đều thực hiện theo các tiến trình để hoàn thành công việc HĐH chịu trách nhiệm đối với việc quản lý tiến trình:    Tạo và xoá process của người sử dụng và của hệ thống Tạm ngừng và tiếp tục lại process Cung cấp cơ chế cho:   4-Jun -14 Sự đồng bộ hoá process Sự giao tiếp process TT QTM 13 1. 3.2 Main Memory Management... Các thành phần hệ điều hành   Điều phối hoạt động: Quản lý tiến trình (Process Management ) Thành phần quản lý và phân phối tài nguyên:        Quản lý bộ nhớ chính (Main Memory Management) Quản lý File (File Management) Quản lý hệ thống vào-ra (I/O System Management) Quản lý bộ nhớ thứ cấp (Secondary Storage Management) Hoạt động mạng (Networking) Hệ thống bảo vệ (Protection System) Hệ thống... Management     Một trong những chức năng chính của hệ điều hành là quản lý tất cả những thiết bị I/O HĐH phải ra các chỉ thị điều khiển thiết bị, kiểm soát các ngắt và lỗi HĐH phải cung cấp một cách giao tiếp đơn giản và tiện dụng giữa các thiết bị và phần còn lại của hệ thống và giao tiếp này phải độc lập với thiết bị Hệ thống vào-ra bao gồm:     Một thành phần quản lý bộ nhớ I/O Một giao diện device-driver... thực hiện trên cùng 1 máy tính hoặc trên các hệ thống khác nhau được nối mạng Việc thực hiện thông qua bộ nhớ chia sẻ (shared memory) hoặc chuyển thông điệp (message passing) Phát hiện lỗi (Error detection) – bảo đảm việc tính toán đúng đắn bằng cách phát hiện các lỗi trong CPU và bộ nhớ, trong các thiết bị vào-ra, hoặc trong chương trình của người sử dụng 4-Jun -14 TT QTM 19 1. 4 .1 Các chức năng mở rộng... của thiết bị mà nó điều khiển 4-Jun -14 TT QTM 16 1. 3.5 Secondary-Storage Management  Dữ liệu trên bộ nhớ chính (primary storage):     Tạm thời, dung lượng nhỏ Để lưu trữ lâu dài, dung lượng lớn -> sử dụng bộ nhớ thứ cấp (secondary storage) để back up bộ nhớ chính Hầu hết các hệ thống máy tính hiện đại sử dụng các ổ đĩa như là các phương tiện lưu trữ trực tuyến cơ sở cho cả chương trình và dữ liệu... hiện chương trình (Program execution) – khả năng của hệ thống để nạp một chương trình vào bộ nhớ và chạy nó Thực hiện vào-ra (I/O operations) – vì chương trình của người sử dụng không thể thực hiện trực tiếp các hoạt động vào/ra, HĐH phải cung cấp một số phương pháp để thực hiện vào/ra Thao tác với hệ thống file (File-system manipulation) – khả năng của chương trình để đọc, ghi, tạo, xoá các file Giao... hoạt động của hệ thống hiệu quả hơn    4-Jun -14 Resource allocation – phân phối tài nguyên cho nhiều người sử dụng hoặc cho nhiều công việc chạy cùng lúc Accounting – theo dõi và ghi lại loại tài nguyên và thời gian sử dụng (tài nguyên) của user nhằm mục đích thống kê Protection – đảm bảo sự kiểm soát đối với tất cả sự truy nhập tới các tài nguyên hệ thống TT QTM 20 1. 5 System Calls (1)  System calls ... nguyên hệ thống nên đưa ctr khác vào nhớ Hệ điều hành đa chương trình Hệ điều hành thời gian thực Hệ song song Hệ phân tán 4-Jun -14 TT QTM 1. 2 Phân loại Hệ điều hành( 2)  Hệ điều hành đa chương. .. CPU Gồm loại:   4-Jun -14 Hệ điều hành hoạt động theo mẻ Hệ điều hành chia sẻ thời gian TT QTM 1. 2 Phân loại Hệ điều hành( 3)  Hệ điều hành đa chương trình(tiếp)  Hệ điều hành hoạt động theo lô:.. .1 Tổng quan Hệ điều hành      Khái niệm Phân loại Các thành phần hệ điều hành Các dịch vụ HĐH Lời gọi HĐH (System Call) 4-Jun -14 TT QTM 1. 1 Khái niệm (1)  Khái niệm HĐH  Hệ điều hành chương