Bài giảng: Giới thiệu tổng quan Hệ điều hành

Môn học: Hệ điều hành CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Phát biểu hệ điều hành gì? Giải thích vai trị hệ điều hành hệ thống máy tính  Trình bày lịch sử phát triển đặc điểm số loại hệ điều hành  Liệt kê thành phần hệ điều hành  Trình bày đặc điểm số kiến trúc hệ điều hành  Trình bày q trình khởi động máy tính CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Đã nghe: – Máy tính thiết bị tính tốn nhiều tính – Máy tính gồm thành phần: • Bộ xử lý • Bộ nhớ • Các thiết bị nhập xuất • Đã sử dụng máy tính: – Chơi game – Nghe nhạc – Lập trình • Đã sử dụng máy tính nào, khơng? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ứng dụng / Người dùng OS Phần cứng • Một lớp phần mềm phần cứng chương trình ứng dụng/người dùng • Ảo hóa (virtualize) thành phần phần cứng nhằm giúp việc giao tiếp: dễ dàng an toàn • Quản lý việc sử dụng chia sẻ tài ngun máy tính chương trình/người dùng: cơng hiệu • Cung cấp tập hàm thư viện để đơn giản hóa việc phát triển ứng dụng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Máy tính mainframe: cung cấp khả tính tốn – Làm chia sẻ thiết bị đắt tiền nhiều người dùng? • Đăng kí sử dụng • Đưa chương trình cho người sử dụng máy tính • Họ chạy chương trình in kết trả lại cho bạn – Thơng thường, chương trình nằm thẻ đọc (card) phân cách thẻ điều khiển (control card) Đầu đọc thẻ (card reader) đọc liệu thẻ • Hệ điều hành (HĐH) phát triển để thực công việc cách – HĐH nằm nhớ (Quản lý thường trú – Resident monitor) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • CPU rảnh chương trình thực thi cần giao tiếp với thiết bị ngoại vi – Ý tưởng: chương trình tương tác với thiết bị ngoại vi CPU phục vụ chương trình khác • Hệ thống đa chương (Multiprogrammed system) đời – Nạp đồng thời nhiều chương trình vào đĩa (sau vào nhớ RAM) – Chuyển sang phục vụ chương trình khác chương trình thời tương tác với thiết bị ngoại vi • Thiết bị ngoại vi thường chậm đĩa (sau nhớ RAM) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Đặc điểm hệ thống đa chương – Đồng thời thực nhập/xuất chương trình tính tốn cho chương trình khác – Tiêu chí: xử lý ln tình trạng làm việc – Phải biết công việc nhập xuất xong: ngắt vs polling CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Vấn đề – Làm chia sẻ máy tính (lúc đắt) nhiều người dùng trì giao diện giao tiếp với người dùng? • Chia sẻ thời gian – Nối nhiều thiết bị đầu cuối đầu cuối đến máy tính – Điều phối sử dụng máy tính cho nhiều người dùng – Chuyển đổi phục vụ chương trình người dùng cho đủ nhanh để người sử dụng tương tác với chương trình chúng chạy (tạo cảm giác người dùng dùng máy riêng mình) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Thực thi ứng dụng có u cầu nghiêm ngặt thời gian hồn thành • Hard real-time system – Hệ thống điều khiển bay, hệ thống điều khiển công nghiệp, v.v – Gây thảm họa ta trễ hạn – Thách thức: không trễ hạn mà khơng phung phí nhiều tài ngun • Soft real-time system – Ứng dụng multimedia – Có thể gây khó chịu khơng thảm họa bị hạn đôi chút! – Thách thức: hệ thống q tải 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Hệ thống máy tính đứng trước mối nguy cơ: – Khách quan: thiên tai, lỗi sử dụng, lỗi phần cứng, phần mềm – Chủ quan: • Tấn cơng phá hoại: virus, worm, DoS, … • Ăn cắp tài nguyên: trojan horses, trap doors, Man-in-the-middle, … 27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Bảo vệ (protection) Bảo mật (security): – Kiểm sốt q trình truy xuất tài ngun tiến trình/ người dùng – Phịng thủ, chống lại cơng • Một số chế: – Hoạt động chế độ (kernel mode vs user mode) – Sao lưu dự phòng (Backup) – Xác thực người dùng (User Authentication) – Phân quyền (Authorization), sách bảo mật (Policy) – Kiểm sốt nhật ký (Audit log) 28 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 29 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Các ứng dụng, thư viện, nhân HĐH nằm chung không gian địa • Ưu điểm: – Xử lý yêu cầu nhanh – Dễ mở rộng – Phù hợp với mơi trường đơn người dùng • Khuyết điểm – Khơng có bảo vệ nhân HĐH ứng dụng – Những mở rộng gây xung đột • MS-DOS, Mac OS 9, Windows ME, 98, 95, 3.1, Palm OS HĐH cho số hệ thống nhúng 30 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 31 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Nhân HĐH bao gồm toàn thành phần quản lý nằm khơng gian riêng biệt với ứng dụng • Ưu điểm: – Xử lý yêu cầu nhanh – Dễ hiểu người phát triển nhân HĐH – Bảo vệ phần nhân HĐH với ứng dụng • Nhược điểm: – Khơng có bảo vệ thành phần nhân HĐH – Cấu trúc phức tạp, khó mở rộng (do khơng có ranh giới rõ ràng thành phần) • Unix, Windows NT/XP, Linux, BSD CuuDuongThanCong.com 32 https://fb.com/tailieudientucntt 33 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Tiêu chí: nhân hệ điều hành (phụ thuộc phần cứng) đơn giản tốt • Các thành phần quản lý HĐH chạy dịch vụ server mức người dùng • Một dịch vụ server bị trục trặc không làm “treo” tồn hệ thống • Các chương trình ứng dụng hoạt động client yêu cầu dịch vụ server gửi thông điệp thông qua nhân HĐH • Mach, Chorus, QNX, GNU Hurd 34 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Ưu điểm: – Dễ mở rộng • Thêm tính cho HĐH cách thêm dịch vụ server – Phần nhân khơng xác định mơi trường HĐH • Cho phép hỗ trợ chạy nhiều HĐH • Cần server giả lập cho hệ thống (Mac, Windows, Unix) • Tất ứng dụng chạy microkenel • Có thể tùy chọn HĐH để chạy ứng dụng – Các dịch vụ HĐH độc lập phần cứng – Các thành phần HĐH bảo vệ tốt – Dễ mở rộng cho hệ thống nhiều xử lý hệ thống phân tán • Khuyết điểm – Xử lý yêu cầu chậm – Khó khăn việc triển khai hệ thống CuuDuongThanCong.com 35 https://fb.com/tailieudientucntt • Bộ xử lý gồm: ALU, CU, Register • Q trình xử lý thực thi yêu cầu (dưới dạng lệnh): lấy lệnh – giải mã – thực thi (fetch – decode – Bộ nhớ execute) CPU +,-,*,/ ,!= Phép toán Phép logic Bộ đếm CT (PC) Thanh ghi Thanh ghi Thanh ghi n 8 36 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Hệ điều hành nằm đâu ? • Làm để máy tính nạp chạy HĐH lúc khởi động? – Q trình để khởi động HĐH gọi booting • Quá trình khởi động máy đại gồm giai đoạn – CPU thực thi lệnh từ địa cố định biết trước (boot ROM) – Firmware nạp boot loader – Boot loader nạp HĐH • (1) CPU thực thi lệnh từ địa biết trước nhớ – Địa vùng nhớ thường trỏ tới vùng nhớ đọc (ROM – readonly memory) – Với x86, địa 0xFFFF0, trỏ tới địa chương trình BIOS (basic input-output system) ROM CuuDuongThanCong.com 37 https://fb.com/tailieudientucntt • (2) ROM chứa mã nguồn “boot” – Loại phần mềm đọc gọi firmware – Với x86, chương trình BIOS thực cơng việc: • Kiểm tra cấu hình CMOS (complementary metal oxide semiconductor) • Nạp trình quản lý ngắt (interrupt handler) trình điều khiển thiết bị • Khởi tạo ghi quản lý nguồn cung cấp (power management) • Thực q trình kiểm tra phần cứng (POST – power-on self-test) • Hiển thị thiết lập hệ thống • Xác định thiết bị có khả khởi động • Tiếp tục q trình khởi động – Nạp thực thi chương trình boot loader CuuDuongThanCong.com 38 https://fb.com/tailieudientucntt 39 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • (3) Boot loader sau nạp phần cịn lại HĐH Chú ý thời điểm HĐH chưa chạy – Boot loader hiểu nhiều hệ điều hành khác – Boot loader hiểu nhiều phiên khác HĐH – Đã nghe “dual boot” ? 40 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 41 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... • Tấn cơng phá hoại: virus, worm, DoS, … • Ăn cắp tài nguyên: trojan horses, trap doors, Man-in-the-middle, … 27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Bảo vệ (protection) Bảo... Hard real-time system – Hệ thống điều khiển bay, hệ thống điều khiển công nghiệp, v.v – Gây thảm họa ta trễ hạn – Thách thức: khơng trễ hạn mà khơng phung phí nhiều tài ngun • Soft real-time system... ghi quản lý nguồn cung cấp (power management) • Thực q trình kiểm tra phần cứng (POST – power-on self-test) • Hiển thị thiết lập hệ thống • Xác định thiết bị có khả khởi động • Tiếp tục q trình