Bài giảng Hệ điều hành: Chương 1 - TS. Ngô Hữu Dũng

Bài giảng Hệ điều hành: Chương 1 do TS. Ngô Hữu Dũng biên soạn nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy. Nội dung bài giảng gồm có: Tổ chức của Hệ thống máy tính, khái niệm Hệ điều hành, hoạt động của hệ thống máy tính, các chức năng của Hệ điều hành, các dịch vụ của Hệ điều hành, một số cấu trúc Hệ điều hành.

HỆ ĐIỀU HÀNH

(OPERATING SYSTEM CONCEPTS)

Wiley - Operating System Concepts(Silberschatz).9 th

GV TS Ngô Hữu Dũng Email ngohuudung@iuh.edu.vn

Site ngohuudung.blogspot.com

Giới thiệu môn học

2 Ninh Xuân Hải, Hùynh Trọng Thưa Giáo trình Hệ điều hành, Học viện

CN Bưu chính Viễn thông TP HCM , 2008

3 Lê Khắc Nhiên Ân, Giáo trình Nhập môn Hệ điều hành, ĐH KHTN TP HCM

4 Trần Hạnh Nhi, Giáo trình Hệ điều hành nâng cao, ĐH KHTN TP HCM

Giới thiệu môn học

nếu nghỉ học quá 20% số tiết quy định

chính đáng thì phải nhận điểm 0

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU

Overview

Nội dung

 Tổ chức của Hệ thống máy tính

 Khái niệm Hệ điều hành

 Hoạt động của hệ thống máy tính

 Các chức năng của Hệ điều hành

 Các dịch vụ của Hệ điều hành

 Một số cấu trúc Hệ điều hành

Cấu trúc của hệ thống máy tính

giữa các ứng dụng và người dùng

web, hệ thống quản trị CSDL, game,…

4 thành phần chính của 1 hệ thống máy tính

Tổ chức của một hệ thống máy tính

Hoạt động của một hệ thống máy tính

 Hoạt động xử lý của Bộ xử lý trung tâm (CPU)

 Các bộ điều khiển thiết bị (device controllers) trực tiếp điều

khiển hoạt động của các thiết bị I/O

hay ghi ra thiết bị

 Hoạt động I/O là hoạt động đọc/ghi dữ liệu giữa thiết bị và local

buffer

I/O bằng một ngắt (interrupt)

Hoạt động của một hệ thống máy tính

khiển để ghi từ local buffer vào memory

Hoạt động của một hệ thống máy tính

đường truyền bus

(interrupt service routine), thông qua interrupt vector – nơi chứa địa chỉ của tất cả các service routines

counter) trước khi xử lý ngắt

1.16Hoạt động của một hệ thống máy tính

 Ngắt (interrupt)

Hoạt động của một hệ thống máy tính

 Hoạt động I/O: được thiết kế theo 1 trong 2 dạng

một ngắt báo hiệu thao tác I/O đã hoàn tất

chương trình mà không chờ thao tác I/O hoàn tất

tạm ngưng xử lý, chuyển sang xử lý ngắt

Hoạt động của một hệ thống máy tính

 Hoạt động I/O

 DMA (Direct Memory Access)

memory mà không cần sự điều khiển của CPU

liệu giữa local buffer và memory

liệu đã được ghi vào memory

Hoạt động của một hệ thống máy tính

 Tổ chức lưu trữ (Storage)

 Main memory (random-access memory or RAM)

nguồn

 Các thiết bị lưu trữ thứ cấp (secondary storages)

Hoạt động của một hệ thống máy tính

 Cấu trúc phân cấp của hệ thống lưu trữ

Hoạt động của một hệ thống máy tính

 Cấu trúc phân cấp của hệ thống lưu trữ

1.22Kiến trúc hệ thống máy tính

Kiến trúc hệ thống máy tính

Kiến trúc hệ thống máy tính

toán của máy tính

tăng số lượng bộ nhớ địa chỉ trong hệ thống

Kiến trúc hệ thống máy tính

Quá trình khởi động của máy tính

chương trình ứng dụng …

Cấu trúc hệ điều hành

 Multiprogramming

 Một người dùng không thể chiếm giữ CPU và thiết bị I/O toàn thời gian

 Tổ chức công việc (code and data) để CPU luôn có 1 công việc để xử lý

 tăng khả năng sử dụng CPU

 Tất cả các công việc trong hệ thống được lưu trữ trong memory

 Một công việc được chọn và chạy theo kế hoạch công việc (job

scheduling)

 Nếu phải chờ, OS sẽ chuyển sang thực hiện công việc khác

 Multiprogramming

Cấu trúc hệ điều hành

 Time sharing (or multi tasking)

 Phần mở rộng logic của multiprogramming

 CPU thực hiện nhiều công việc bằng cách chuyển đổi giữa chúng Khi việc chuyển đổi xảy ra thường xuyên người dùng có thể tương tác với các chương trình trong khi chúng đang chạy

 Reponse time (thời gian phản hồi) nên < 1second

 Mỗi người dùng có ít nhất một chương trình đang xử lý trong memory

 process

 Khi nhiều công việc sẵn sàng để chạy cùng lúc  CPU scheduling

 Khi các tiến trình không khớp với memory, swapping di chuyển chúng

ra-vào để chạy

 Virtual memory cho phép thực hiện các tiến trình không hoàn toàn

nằm trong memory

Hoạt động của hệ điều hành

 Dual mode: phân biệt việc thực thi OS code (chức năng hệ thống)

với việc thực thi user program code (chức năng của user program) nhằm bảo vệ OS khỏi ảnh hưởng lỗi của user program

system mode, privileged mode)

Hoạt động của hệ điều hành

 Chuyển từ user mode sang kernel mode

kernel (0), user (1)

điều hành (kernel mode) hay bởi ứng dụng người dùng (user mode)

Hoạt động của hệ điều hành

 Timer

định (vd: 1/60 second) hoặc một khoảng biến thiên thời gian (vd: 1milisec  1sec)

khoảng thời gian mà 1 chương trình được phép chạy

Quản lý tiến trình

thi

Quản lý tiến trình

Quản lý bộ nhớ

Được sử dụng bởi tiến trình nào?

Quản lý lưu trữ

Quản lý I/O

của các thiết bị phần cứng

Bảo vệ và An ninh

nguyên của hệ thống máy tính

ngoài (worm, virus, DOS,…)

Các dịch vụ của hệ điều hành

(Graphic User Interface), Batch

giữa các máy tính với nhau

Các dịch vụ của hệ điều hành

kiểm soát

Các dịch vụ của hệ điều hành

Giao diện người dùng HĐH

Giao diện người dùng HĐH

System Calls

 System calls: phương thức gọi một dịch vụ do OS cung cấp

 Process control: (end, abort; load, execute; create process,

terminate process; get process attributes, set process attributes; wait for time; wait event, signal event; allocate and free memory

 File management (create file, delete file; open, close; read,

write, reposition; get file attributes, set file attributes)

 Device management (request device, release device; read,

write, reposition; get device attributes, set device attributes;

logically attach or detach devices)

 Information maintenance

 Communication

 Protection

Example of System Calls

System Call Implementation

1.50API – System call – OS relationship

Standard C Library Example

phần của system call interface

C program invoking printf() library call, which calls write() system call

Các cấu trúc hệ điều hành

 Simple structure: MS-DOS

nhất (do giới hạn phần cứng vào đầu 80’)

single user, single tasking, command line interface

Các cấu trúc hệ điều hành

 MS-DOS Layer Structure

Các cấu trúc hệ điều hành

 UNIX

hạn cấu trúc UNIX OS gồm 2 phần tách biệt

bên trên physical hardware

năng khác của hệ điều hành

Các cấu trúc hệ điều hành

 UNIX

Hệ điều hành song song (Parallel OS)

khác nhau song song đồng thời

hành động song song

HĐH thời gian thực (Real-Time OS)

 Thực thi các ứng dụng có thời hạn cho trước

 Hard real-time system

 Hệ thống điều khiển bay, các hệ thống điều khiển công nghiệp, v.v

 Gây thảm họa nếu ta trễ hạn

 Thách thức là làm sao không trễ hạn mà không phung phí nhiều tài nguyên

 Soft real-time system

 Độ tin cậy cao hơn, tăng khả năng mở rộng

 Cho phép sử dụng tài nguyên phân tán

 V.d sử dụng PC để truy cập Web

 Không cần mang nhiều thông tin cần thiết theo mình

 V.d., hệ lưu trữ tập tin trên mạng

HĐH này), độ tin cậy cao, sử dụng nguồn tài nguyên đa dạng

HĐH nhúng (Embedded OS)

cứng vẫn như trước đây?

v.vv

nhúng