Tổng quan hệ điều hành chương 1

Chương I: Tổng quan hệ điều hành 12/04/15 Vũ Đức Lung Nội dung Tổng quan Phân loại hệ điều hành Lịch sử phát triển hệ điều hành 12/04/15 Vũ Đức Lung 1.1 Tổng quan • Giới thiệu  Định nghĩa hệ điều hành  Cấu trúc hệ thống máy tính  Các chức hệ điều hành 12/04/15 Vũ Đức Lung Định nghĩa (tt) • Hệ điều hành gì? – Chương trình trung gian phần cứng máy tính người sử dụng, có chức điều khiển phối hợp việc sử dụng phần cứng cung cấp dịch vụ cho ứng dụng • Mục tiêu – Giúp người dùng dễ dàng sử dụng hệ thống – Quản lý cấp phát tài ngun hệ thống cách hiệu 12/04/15 Vũ Đức Lung Người dùng Các ứng dụng Hệ Điều Hành Phần cứng Định nghĩa (tt) Hình xác Banking system Airline reservation Web browser Compilers Editors Command interpreter Application programs System programs Operating system Machine language Microprogramming Hardware Physical devices 12/04/15 Vũ Đức Lung Hình Dror G Feitelson Cấu trúc hệ thống máy tính  Phần cứng (hardware) – Bao gồm tài ngun máy tính CPU, nhớ, thiết bị I/O  Hệ điều hành (operating system) – Phân phối tài ngun, điều khiển phối hợp hoạt động chương trình hệ thống  Chương trình ứng dụng (application programs) – Sử dụng hệ thống tài ngun để giải tốn tính tốn người sử dụng – Ví dụ: compilers, database systems, video games, business programs  Users (people, machines, other computers) 12/04/15 Vũ Đức Lung thành phần hệ thống 12/04/15 Vũ Đức Lung Định nghĩa hệ điều hành • OS phận cấp phát tài ngun – Quản lí tất tài ngun – Quyết định u cầu mâu thuẫn để sử dụng tài ngun hiệu cơng • OS chương trình điều khiển – Điều khiển thực thi chương trình để bảo vệ lỗi sử dụng sai máy tính 12/04/15 Vũ Đức Lung Các chức hệ điều hành  Phân chia thời gian xử lý định thời CPU  Phối hợp đồng hoạt động processes (coordination & synchronization)  Quản lý tài ngun hệ thống (thiết bị I/O, nhớ, file chứa liệu,…)  Thực kiểm sốt access control, protection  Duy trì qn (integrity) hệ thống, kiểm sốt lỗi phục hồi hệ thống có lỗi (error recovery)  Cung cấp giao diện làm việc cho users 12/04/15 Vũ Đức Lung Các dạng hệ điều hành  Same machine, different operating systems: – IBM PC: DOS, Linux, NeXTSTEP, Windows, SCO Unix – DEC VAX: VMS, Ultrix-32, 4.3 BSD UNIX  Same OS, different machines: UNIX – PC (XENIX 286, APPLE A/UX) – CRAY-Y/MP (UNICOS - AT&T Sys V) – IBM 360/370 (Amdahl UNIX UTS/580, IBM UNIX AIX/ESA)  Windows NT, XP, 2000, 2003 – Intel i386 (i486 an NT 4.0), Alpha, PowerPC, MIPS, Itanium 12/04/15 Vũ Đức Lung 10 HỆ THỐNG CHIA XẺ THỜI GIAN • Hệ thống đa nhiệm (multitasking) • Lập lịch CPU • Thời gian chuyển đổi tác vụ ngắn  12/04/15 Vũ Đức Lung Bộ xử lý 19 HỆ THỐNG CHIA XẺ THỜI GIAN Time-sharing systems - Multiprogrammed systems không cung cấp khả tương tác hiệu với users - CPU luân phiên thực thi công việc o Mỗi công việc chia phần nhỏ thời gian CPU (time slice, quantum time) o Cung cấp tương tác user hệ thống với thời gian đáp ứng (response time) nhỏ (1 s) - Một công việc chiếm CPU nằm nhớ - Khi cần thiết, công việc chuyển từ nhớ thiết bò lưu trữ (swapping), nhường nhớ cho công việc khác 12/04/15 Vũ Đức Lung 20 HỆ THỐNG CHIA XẺ THỜI GIAN • Yêu cầu OS hệ thống time-sharing – Đònh thời công việc (job scheduling) – Quản lý nhớ (memory management) • Virtual memory – Quản lý trình (process management)  Đònh thời CPU  Đồng trình (synchronization)  Giao tiếp trình (process communication)  Tránh deadlock – Quản lý hệ thống file, hệ thống lưu trữ – Cấp phát hợp lý tài nguyên – Bảo vệ (protection) Vũ Đức Lung 12/04/15 21 HỆ THỐNG ĐA XỬ LÝ Hai nhiều xử lý chia sẻ nhớ  Master/Slave : xử lý kiểm soát số xử lý I/O Bộ Bộ xử lý xử lý Bộ nhớ 12/04/15 Vũ Đức Lung 22 HỆ THỐNG ĐA XỬ LÝ • Hệ thống song song (parallel, multiprocessor, hay tightlycoupled system) – Nhiều CPU – Chia sẻ computer bus, clock – Ưu điểm o Năng xuất hệ thống (System throughput): nhiều processor nhanh xong công việc • Multiprocessor system tốn multiple singleprocessor system: dùng chung tài nguyên (đóa, …) o Độ tin cậy: processor hỏng công việc chia sẻ processor lại 12/04/15 Vũ Đức Lung 23 HỆ THỐNG ĐA XỬ LÝ • Phân loại hệ thống song song – Đa xử lý đối xứng (symmetric multiprocessor - SMP) • Mỗi processor vận hành identical copy hệ điều hành • Các copy giao tiếp với cần • (Windows NT, Solaris 5.0, Digital UNIX, OS/2, Linux) – Đa xử lý bất đối xứng (asymmetric multiprocessor) • Mỗi processor thực thi công việc khác • Master processor đònh thời phân công việc cho slave processors • (SunOS 4.0) 12/04/15 Vũ Đức Lung 24 HỆ THỐNG PHÂN TÁN  Nhiều máy tính liên kết với đường truyền thông đặc biệt  Tương tự hệ thống đa xử lý không chia xẻ nhớ Hệ thống máy tính Hệ thống máy tính Giao tiếp mạng Giao tiếp mạng Bộ xử lý Mạng Bộ nhớ 12/04/15 Bộ xử lý Bộ nhớ Vũ Đức Lung 25 HỆ THỐNG PHÂN TÁN • Hệ thống phân tán (distributed system, loosely-coupled system) – Mỗi processor có nhớ riêng, processor giao tiếp qua kênh nối mạng, bus tốc độ cao – Người dùng thấy hệ thống đơn – Ưu điểm  Chia sẻ tài nguyên (resource sharing)  Chia sẻ sức mạnh tính toán (computational sharing)  Độ tin cậy cao (high reliability)  Độ sẵn sàng cao (high availability): dòch vụ hệ thống cung cấp liên tục cho dù thành phần hardware trở nên hỏng 12/04/15 Vũ Đức Lung 26 HỆ THỐNG PHÂN TÁN Các mô hình hệ thống phân tán – Client-server  Server: cung cấp dòch vụ  Client: sử dụng dòch vụ server – Peer-to-peer (P2P)  Các peer (máy tính hệ thống) ngang hàng  Không có sở liệu tập trung  Các peer tự trò  Ví dụ: Gnutella 12/04/15 Vũ Đức Lung 27 Hệ thống thời gian thực (real-time system) • Hệ thống thời gian thực (real-time system) – Sử dụng thiết bò chuyên dụng điều khiển thử nghiệm khoa học, điều khiển y khoa, dây chuyền công nghiệp, thiết bò gia dụng, quân – Ràng buộc thời gian: hard soft real-time  Phân loại – 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, robotics,… – Soft real-time • Thường dùng lónh vực multimedia, virtual reality với yêu cầu mềm dẻo gian đáp ứng 12/04/15 Vũ thờ ĐứciLung 28 Thiết bò cầm tay (Handheld system) – Personal digital assistant (PDA): Palm, Pocket-PC – Điện thoại di động (cellular phones) – Đặc trưng – Bộ nhớ nhỏ (512 KB – 128 MB) – Tốc độ processor thấp (để tốn pin) – Màn hình hiển thò có kích thước nhỏ độ phân giải thấp – Có thể dùng công nghệ kết nối IrDA, Bluetooth, wireless 12/04/15 Vũ Đức Lung 29 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH Thế hệ (1945 - 1955) - Thiết kế, xây dựng, lập trình, thao tác: nhóm người - Lưu phiếu đục lỗ  Thế hệ (1955 - 1965) - Xuất phân công công việc - Hệ thống sử lý theo lô đời, lưu băng từ - Hoạt động điều khiển đặc biệt chương trình  Thế hệ (1965 - 1980) - Ra đời hệ điều hành, khái niệm đa chương - HĐH chia sẻ thời gian CTSS MIT - MULTICS, UNIX 12/04/15 Vũ Đức Lung 30 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH • Thế hệ (1980 ) • Ra đời máy tính cá nhân, IBM PC • HĐH MS-DOS, MacOS (Apple Macintosh), MS Windows, OS/1 • Linux, QNX, HĐH mạng,… 12/04/15 Vũ Đức Lung 31 Operating Systems Evolution 55 IOCS IBSYS 60 CTSS 65 DOS/360 OS/360 70 75 DOS/VDSE MVS/370 UNIXV.7 VM/370 SYSTEM III VS MVS/XA VM/XA SYSTEM V 90 VS/ESA MVS/ES 95 VM/ESA RSX-11M UNIX TSO 80 85 MULTICS CP/CM5 SYSTEM V.4 RT-11 VMS 1.0 4.1BSD XENIX MS-DOS 1.0 SUN OS 4.2BSD AIX POSIX MACH OSF/1 4.3BSD AIX/370 LINUX AIX/ESA SOLARIS 00 CP/M 4.4BSD OS/2 WIN 3.0 VMS 5.4 DR/DOS WIN 3.1 WIN NT WIN 9X VMS 7.3 WIN 2000 03 LINUX 2.6 12/04/15 SOLARIS 10 Vũ Đức Lung WIN XP WIN Server 2003 32 Windows And Linux Evolution • Windows and Linux kernels are based on foundations developed in the mid-1970s 1990 N T T W in w s N VM S 2000 v2 v2.2 v2.3 v2 v2 v1 1990 Li nu x V6 IX UN IX n UN bo r IX 1980 pu bl ic 1970 UN 2000 W in W ws in d Se ow 000 rv s X er P 20 03 1980 v1 1970 (see http://www.levenez.com for diagrams showing history of Windows & Unix) 12/04/15 Vũ Đức Lung 33 [...].. .1. 2 PHÂN LOẠI HỆ ĐIỀU HÀNH Dưới góc độ loại máy tính Hệ điều hành dành cho máy MainFrame Hệ điều hành dành cho máy Server Hệ điều hành dành cho máy nhiều CPU Hệ điều hành dành cho máy tính cá nhân (PC) Hệ điều hành dành cho máy PDA (Embedded OS - hệ điều hành nhúng) Hệ điều hành dành cho máy chun biệt Hệ điều hành dành cho thẻ chíp (SmartCard) 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 11 1. 2 PHÂN LOẠI HỆ ĐIỀU HÀNH... nghệ kết nối như IrDA, Bluetooth, wireless 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 29 1. 3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH Thế hệ 1 (19 45 - 19 55) - Thiết kế, xây dựng, lập trình, thao tác: đều do 1 nhóm người - Lưu trên phiếu đục lỗ  Thế hệ 2 (19 55 - 19 65) - Xuất hiện sự phân công công việc - Hệ thống sử lý theo lô ra đời, lưu trên băng từ - Hoạt động dưới sự điều khiển đặc biệt của 1 chương trình  Thế hệ 3 (19 65... góc độ số chương trình được sử dụng cùng lúc – Hệ điều hành đơn nhiệm – Hệ điều hành đa nhiệm Dưới góc độ người dùng (truy xuất tài ngun cùng lúc) – Một người dùng – Nhiều người dùng •Mạng ngang hàng •Mạng có máy chủ: LAN, WAN, 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 12 1. 2 PHÂN LOẠI HỆ ĐIỀU HÀNH (tt) Dưới góc độ hình thức xử lý Hệ thống xử lý theo lơ Hệ thống chia sẻ Hệ thống song song Hệ thống phân tán Hệ thống... của 1 chương trình  Thế hệ 3 (19 65 - 19 80) - Ra đời hệ điều hành, khái niệm đa chương - HĐH chia sẻ thời gian như CTSS của MIT - MULTICS, UNIX 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 30 1. 3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH • Thế hệ 4 (19 80 ) • Ra đời máy tính cá nhân, IBM PC • HĐH MS-DOS, MacOS (Apple Macintosh), MS Windows, OS /1 • Linux, QNX, HĐH mạng,… 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 31 Operating Systems Evolution 55 IOCS... thi hành toàn thời gian Tác vụ I/O Bộ xử lý 12 /04 /15 Vũ Đức Lung Kết thúc tác vụ 15 HỆ THỐNG XỬ LÝ ĐA CHƯƠNG Multiprogrammed systems - Nhiều công việc được nạp đồng thời vào bộ nhớ chính - Khi một tiến trình thực hiện I/O, một tiến trình khác được thực thi - Tận dụng được thời gian rảnh, tăng hiệu suất sử dụng CPU (CPU utilization) 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 16 HỆ THỐNG XỬ LÝ ĐA CHƯƠNG • u cầu đối với hệ điều. .. thống xử lý thời gian thực 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 13 HỆ THỐNG XỬ LÝ ĐƠN CHƯƠNG • • • • • Tác vụ được thi hành tuần tự Bộ giám sát thường trực CPU và các thao tác nhập xuất Xử lý offline Đồng bộ hóa các thao tác bên ngồi – Spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line) Nhập 12 /04 /15 Máy tính chính Vũ Đức Lung Xuất 14 HỆ THỐNG XỬ LÝ ĐA CHƯƠNG  Nhiều tác vụ sẵn sàng thi hành cùng một thời điểm  Khi... SYSTEM III VS MVS/XA VM/XA SYSTEM V 90 VS/ESA MVS/ES 95 VM/ESA RSX -11 M UNIX TSO 80 85 MULTICS CP/CM5 SYSTEM V.4 RT -11 VMS 1. 0 4.1BSD XENIX MS-DOS 1. 0 SUN OS 4.2BSD AIX POSIX MACH OSF /1 4.3BSD AIX/370 LINUX AIX/ESA SOLARIS 2 00 CP/M 4.4BSD OS/2 WIN 3.0 VMS 5.4 DR/DOS WIN 3 .1 WIN NT WIN 9X VMS 7.3 WIN 2000 03 LINUX 2.6 12 /04 /15 SOLARIS 10 Vũ Đức Lung WIN XP WIN Server 2003 32 Windows And Linux Evolution... Linux kernels are based on foundations developed in the mid -19 70s 19 90 3 1 N T T W in do w s N VM S 2000 v2 v2.2 v2.3 4 v2 6 v2 0 v1 0 19 90 Li nu x V6 IX UN IX n UN bo r IX 19 80 pu bl ic 19 70 UN 2000 4 W 0 in do W ws in 2 d Se ow 000 rv s X er P 20 03 19 80 v1 0 19 70 (see http://www.levenez.com for diagrams showing history of Windows & Unix) 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 33 ... LÝ ĐA CHƯƠNG • u cầu đối với hệ điều hành – Định thời cơng việc (job scheduling): chọn job trong job pool trên đĩa và nạp nó vào bộ nhớ để thực thi – Quản lý bộ nhớ (memory management) – Định thời CPU (CPU scheduling) – Cấp phát tài ngun (đĩa, máy in,…) – Bảo vệ 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 17 HỆ THỐNG XỬ LÝ ĐA CHƯƠNG 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 18 HỆ THỐNG CHIA XẺ THỜI GIAN • Hệ thống đa nhiệm (multitasking) • Lập... việc cho các slave processors • (SunOS 4.0) 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 24 HỆ THỐNG PHÂN TÁN  Nhiều máy tính liên kết với nhau bằng đường truyền thông đặc biệt  Tương tự hệ thống đa xử lý nhưng không chia xẻ bộ nhớ Hệ thống máy tính 1 Hệ thống máy tính 2 Giao tiếp mạng Giao tiếp mạng Bộ xử lý Mạng Bộ nhớ 12 /04 /15 Bộ xử lý Bộ nhớ Vũ Đức Lung 25 HỆ THỐNG PHÂN TÁN • Hệ thống phân tán (distributed system, loosely-coupled ... dung Tổng quan Phân loại hệ điều hành Lịch sử phát triển hệ điều hành 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 1. 1 Tổng quan • Giới thiệu  Định nghĩa hệ điều hành  Cấu trúc hệ thống máy tính  Các chức hệ điều hành. .. Itanium 12 /04 /15 Vũ Đức Lung 10 1. 2 PHÂN LOẠI HỆ ĐIỀU HÀNH Dưới góc độ loại máy tính Hệ điều hành dành cho máy MainFrame Hệ điều hành dành cho máy Server Hệ điều hành dành cho máy nhiều CPU Hệ điều. .. điều hành dành cho máy tính cá nhân (PC) Hệ điều hành dành cho máy PDA (Embedded OS - hệ điều hành nhúng) Hệ điều hành dành cho máy chun biệt Hệ điều hành dành cho thẻ chíp (SmartCard) 12 /04 /15