Chapter02 operating system structures

Chương Cấu trúc Hệ Điều Hành ThS: Hà Lê Hồi Trung 07/10/16 Khoa KTMT Ơn tập chương • Nêu cấu trúc hệ thống máy tính? • HĐH có chức nào? • Theo góc độ hệ thống xử lý, HĐH phân thành loại? Kể tên? • Những u cầu hệ điều hành hệ thống chia sẻ thời gian? 07/10/16 Khoa KTMT Mục tiêu • Biết thành phần hệ điều hành • Hiểu dịch vụ mà hệ điều hành cung cấp • Phân biệt system call & library • Hiểu cấu trúc hệ thống máy tính 07/10/16 Khoa KTMT Nội Dung  Các thành phần hệ điều hành  Các dòch vụ hệ điều hành cung cấp  Lời gọi hệ thống (System call)  Các chương trình hệ thống (system programs)  Cấu trúc hệ thống  Máy ảo (virtual machine) 07/10/16 Khoa KTMT Các thành phần Hệ Điều Hành • Quản lý q trình • Quản lý nhớ • Quản lý file • Quản lý hệ thống I/O • Quản lý hệ thống lưu trữ thứ cấp • Hệ thống bảo vệ • Hệ thống thơng dịch lệnh 07/10/16 Khoa KTMT 2.1 Các thành phần hệ điều hành •2.1.1 Quản lý trình (process management) - Quá trình (hay tiến trình – process) gì? - Quá trình khác chương trình điểm gì? - Một trình cần tài nguyên hệ thống CPU, nhớ, file, thiết bò I/O,… để hoàn thành công việc - Các nhiệm vụ thành phần  Tạo hủy trình  Tạm dừng/thực thi tiếp (suspend/resume) trình  Cung cấp chế – đồng hoạt động trình (synchronization) – giao tiếp trình (interprocess communication) – khống chế tắc nghẽn (deadlock) 07/10/16 Khoa KTMT 2.1 Các thành phần hệ điều hành •2.1.2 Quản lý nhớ – Bộ nhớ trung tâm thao tác, xử lý – Để nâng caó hiệu suất sử dụng CPU, hệ điều hành cần quản lý nhớ thích hợp – Các nhiệm vụ thành phần  Theo dõi, quản lý vùng nhớ trống cấp phát  Quyết đònh nạp chương trình có vùng nhớ trống  Cấp phát thu hồi vùng nhớ cần thiết 07/10/16 Khoa KTMT 2.1 Các thành phần hệ điều hành 07/10/16 Khoa KTMT 2.1 Các thành phần hệ điều hành •2.1.3 Quản lý file (file management) – Hệ thống file (file system)  File  Thư mục – Các dòch vụ mà thành phần cung cấp  Tạo xoá file/thư mục  Các thao tác xử lý file/thư mục (mkdir, rename, copy, move, new,…)  “Ánh xạ” file/thư mục vào thiết bò lưu trữ thứ cấp tương ứng  Sao lưu phục hồi liệu 07/10/16 Khoa KTMT 2.1 Các thành phần hệ điều hành •2.1.4 Quản lý hệ thống I/O (I/O system management) – Che dấu khác biệt thiết bò I/O trước người dùng – Có chức  Cơ chế: buffering, caching, spooling  Cung cấp giao diện chung đến trình điều khiển thiết bò (device-driver interface)  Bộ điều khiển thiết bò (device driver) phần cứng 07/10/16 Khoa KTMT 10 Ví dụ system call 07/10/16 Khoa KTMT 19 Các loại system call • Q trình • Quản lý File • Quản lý thiết bị I/O • Cung cấp chế giao tiếp • Thơng tin 07/10/16 Khoa KTMT 20 System call & library 07/10/16 Khoa KTMT 21 System call & library 07/10/16 Khoa KTMT 22 2.4 Các chương trình hệ thống  Chương trình hệ thống (system program, phân biệt với application program) gồm – Quản lý hệ thống file: create, delete, rename, list – Thông tin trạng thái: date, time, dung lượng nhớ trống – Soạn thảo file: file editor – Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình: compiler, assembler, interpreter – Nạp, thực thi, giúp tìm lỗi chương trình: loader, debugger – Giao tiếp: email, talk, web browser – …  Người dùng chủ yếu làm việc thông qua system program (không làm việc “trực tiếp” với system call) System call & library??? 07/10/16 Khoa KTMT 23 Ví dụ system call 07/10/16 Khoa KTMT 24 Cấu trúc hệ thống • Cấu trúc đơn giản - MS-DOS • Cấu trúc phức tạp – UNIX • Cấu trúc phân tầng • Cấu trúc vi nhân 07/10/16 Khoa KTMT 25 2.5 Cấu trúc hệ thống  Cấu trúc đơn giản (monolithic) – MS-DOS: thiết kế, giới hạn dung lượng nhớ nên không phân chia thành module (modularization) chưa phân chia rõ chức phần hệ thống Cấu trúc phân tầng MS-DOS 07/10/16 Khoa KTMT 26 2.5 Cấu trúc hệ thống  Cấu trúc đơn giản (monolithic) UNIX: gồm hai phần tách rời  Nhân (cung cấp file system, CPU scheduling, memory management, số chức khác) system program 07/10/16 Khoa KTMT 27 2.5 Cấu trúc hệ thống  Cấu trúc phân tầng: HĐH chi thành nhiều lớp (layer)       Lớp cùng: hardware Lớp giao tiếp với user Lớp phụ thuộc lớp Một lớp gọi hàm lớp hàm gọi lớp Mỗi lớp tương đương đối tượng trừu tượng: cấu trúc liệu + thao tác Phân lớp có lợi ích gì? Gỡ rối (debugger, kiểm tra hệ thống, thay đổi chức năng) 07/10/16 Khoa KTMT 28 2.5 Cấu trúc hệ thống  Cấu trúc phân tầng:  Lần áp dụng cho HĐH THE (Technische Hogeschool Eindhoven) Lớp Lớp Tạo buffer cho thiết bò I/O Lớp Device driver thao tác hình Lớp Quản lý nhớ Lớp Lập lòch CPU Lớp 07/10/16 user programm Phần cứng Khoa KTMT 29 2.5 Cấu trúc hệ thống  Vi nhân: phân chia module theo microkernel (CMU Mach OS, 1980)  Chuyển số chức OS từ kernel space sang user space  Thu gọn kernel => microkernel, microkernel bao gồm chức tối thiểu quản lý trình, nhớ chế giao tiếp trình  Giao tiếp module qua chế truyền thông điệp 07/10/16 Khoa KTMT 30 2.5 Cấu trúc hệ thống  Vi nhân: - Lợi ích: dễ mở rộng HĐH Một số HĐH đại sử dụng vi nhân: + Tru64 UNIX (Digital UNIX trước đây): nhân Mach + Apple MacOS Server : nhân Mach + QNX – vi nhân cung cấp: truyền thông điệp, đònh thời CPU, giao tiếp mạng cấp thấp ngắt phần cứng + Windows NT: chạy ứng dụng khác win32, OS/2, POSIX (Portable OS for uniX) 07/10/16 Khoa KTMT 31 2.6 Máy ảo  Hiện thực ý niệm VM – Làm để thực thi chương trình MS-DOS hệ thống Sun với hệ điều hành Solaris ? Tạo máy ảo Intel bên hệ điều hành Solaris hệ thống Sun Các lệnh Intel (x86) máy ảo Intel chuyển thành lệnh tương ứng hệ thống Sun 07/10/16 Khoa KTMT Intel x86 Application Intel x86 VM VM interpretation Solaris kernel Sun hardware 32 2.6 Máy ảo • Từ OS layer đến máy ảo (virtual machine) processes processes processes processes programming interface kernel kernel VM1 hardware Non-virtual machine system model 07/10/16 kernel kernel VM2 VM3 Virtual-machine implementation hardware Virtual machine system model Khoa KTMT 33