Bài giảng: Tổ chức Hệ điều hành

HỆ ĐIỀU HÀNH NÂNG CAO Trường đại học Khoa học tự nhiên Khoa Công nghệ Thông tin Trần Hạnh Nhi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tổ chức  Phụ trách Lý thuyết :   Phụ trách thực hành:      Trần Hạnh Nhi Phạm Nguyễn Anh Huy Trần Anh Tuấn Lê Thụy Anh Đinh Bá Tiến Trang web môn học : CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mục tiêu  Kết mong đợi lý thuyết :     Hiểu cách thức Hệ điều hành làm việc Nắm nguyên lý thiết kế Hệ điều hành Biết số chế, chiến lược để giải nhiệm vụ Hệ điều hành Kết cần đạt thực hành   Vận dụng kiến thức lý thuyết để cài đặt giả lặp số module Hệ điều hành Sử dụng chế hỗ trợ Hệ điều hành cụ thể (Windows NT) để giải toán CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kiến thức yêu cầu    Kiến trúc Máy tính Hệ điều hành Lập trình C/C++ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tính điểm   70% Lý thuyết + 30% Thực hành Lý thuyết :    Thực hành: tập lớn    thi cuối khoá (không tham khảo tài liệu) Mỗi sinh viên làm độc lập Thời hạn cách thức nộp giáo viên phụ trách thực hành qui định Mỗi nhóm thực hành gồm sinh viên Bắt buộc có nộp thực hành thi lý thuyết CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tài liệu tham khảo   Trần Hạnh Nhi : Giáo trình Hệ điều hành Nâng cao A.Silberschatz & P/Galvin : OS concepts (5e)    W Stallings : Operating Systems A.Tanenbaum et al : OS Design and Implementation    Minix : R.Finkel:: An OS vade mecum   Slides : Book online : Jeffrey Richter : Advanced Windows Tiến Huy- Đan Thư- Hạnh Nhi : Kỹ thuật lập trình Windows NT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Noäi dung      Chương : Tổ chức Hệ điều hành Chương : Quản lý tiến trình Chương : Liên lạc tiến trình Chương : Quản lý nhớ Chương : An toàn hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng :   Tại phải tìm hiểu Hệ điều hành ? Hệ điều hành ?     Giới thiệu Vai trò hệ thống ? Chức ? Kiến trúc ? Các nguyên lý thiết kế Hệ điều hành CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tại cần tìm hiểu Hệ điều hành ?  Để phá vỡ “bí ẩn” hệ thống :     Để khai thác tốt môi trường làm việc :     Tại máy tính “biết” nội dung đóa ? Tại vừa soạn thảo, vừa nghe nhạc máy tính (có CPU ?) Tại ứng dụng kích thước M hoạt động Windows mà bị báo “Not enough memory” DOS ? Lập trình môi trường đa nhiệm (multitask), đa xử lý(multiprocessing) với mô hình multiprocess, multithreads Sử dụng nhớ hiệu sử dụng chế Thông tin liên lạc, an toàn & bảo mật… Vì môn học bắt buộc  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ điều hành, anh ? ng dụng Hệ điều hành Giao diện ảo Giao diện vật lý Phần cứng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 Chức Hệ điều hành  Quản trị tài nguyên (resource principle) :      Tài nguyên : CPU, Mem, IO; Files, ports, mailboxes… Đối tượng sử dụng tài nguyên : Process, Thread Nhiệm vụ : Cung cấp giải thuật cấp phát, quản lý tài nguyên.cho đối tượng hoạt động hệ thống Mục tiêu : Cấp phát đầy đủ, công R cho Ps; Sử dụng hiệu Rs, Nâng cao thông lượng Ps… Trừu tượng hoá hệ thống (beautification principle)    Nhiệm vụ : Cung cấp giải thuật để che dấu chi tiết phần cứng, tạo môi trường dễ làm việc (hope) cho user Mục tiêu : tạo môi trường an toàn, tạo trừu tượng hoá, độc lập thiết bị Ví dụ : device driver CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 11 Các thành phần Quản lý tiến trình Hệ thống tập tin Quản lý nhớ phụ Quản lý nhậäp xuất Quản lý nhớ Hệ thống bảo vệ Bộ thông dịch lệnh CuuDuongThanCong.com Giao tiếp mạng https://fb.com/tailieudientucntt 12 Kiến trúc Hệ điều hành       Đơn giản (Monolithic) Hạt nhân (Kernel) Phân lớp (Layered) Máy ảo (Virtual Machine) Hướng đối tượng (OOOS) Exokernel CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 13 Monolithic CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14 Monolithic      OS = Thư viện tiện ích Có thể tổ chức thành nhiều module : CPU scheduling, Mem Management, Device management…nhưng có module hoạt động thời điểm Đơn nhiệm Quyền điều khiển chuyển đổi thông qua lời gọi hàm Khi tầm vóc phát triển hệ thống trở nên thiếu tin cậy 15 Ví duï : MS-DOS, Ultrix (mature Unix) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kernel CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 16 Kernel      OS = Kernel + System processes Kernel bảo vệ Đa nhiệm Kernel chịu trách nhiệm phân chia thời gian sử dụng CPU, Giao tiếp tiến trình Chỉ có mức kernel/non-kernel =>kernel lớn, thiếu tin cậy trước Định nghóa cứng giao tiếp với ứng dụng kernel Ví dụ : Windows NT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 17 Layered CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 18 Layered   OS = lớp trừu tượng hoá tác vụ quản lý Lớp sử dụng hàm xử lýù tài nguyên thuộc tác vụ lớp cung cấp Khó xác định lớp xử lý rạch ròi, thứ tự lớp ? Tạo tiến trình -> PM gọi MM Bộ nhớ đầy -> MM gọi PM Xếp lớp theo hàm xử lý , thay tác vụ Seg management- P scheduling- Seg creation- P creation  Ví dụ : THE , MULTICS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 19 Virtual Machine CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 20 Virtual Machine     OS = Virtualizing kernel + virtual machines Virtual machine = physical hardware Virtualizing kernel taïo nhiều VM máy tính Process interface = hardware interface Ưu điểm : Môi trường thuận lợi cho tương thích (compatibility) Tăng tính an toàn hệ thống cung cấp VM độc lập Dể phát triển HDH đơn nhiệm cho VM Khuyết điểm: Phức tạp cho việc giả lặp (transput, add translation…)  Ví dụ : CMS(conversational Monitor System) VM/370 (hỗ trợ hardware) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 21 OOOS      OS = tập đối tượng Tiến trình, tập tin, hàm, khối nhớ… Một hàm xử lý (kernel/non-kernel mode) thao tác tập đối tượng Che dấu thông tin Ví duï :CAP, StarOS, iMAX432 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 22 Exokernel CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 Exokernel     Hướng đến HDH linh đông giao tiếp với ứng dụng, cho phép ứng dụng chuyên biệt hoá hệ điều hành theo nhu cầu đặc thù cách dễ dàng OS = Exokernel + Library OS ng dụng phát triển mô hình tổ chức VM, IPC theo nhu cầu riêng Ví dụ : ý tưởng project Dawson R Engler et al phát triển MIT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 24 ... rạch ròi, thứ tự lớp ? Tạo tiến trình -> PM gọi MM Bộ nhớ đầy -> MM gọi PM Xếp lớp theo hàm xử lý , thay tác vụ Seg management- P scheduling- Seg creation- P creation  Ví dụ : THE , MULTICS CuuDuongThanCong.com... R.Finkel:: An OS vade mecum   Slides : Book online : Jeffrey Richter : Advanced Windows Tiến Huy- Đan Th? ?- Hạnh Nhi : Kỹ thuật lập trình Windows NT CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt... Kernel chịu trách nhiệm phân chia thời gian sử dụng CPU, Giao tiếp tiến trình Chỉ có mức kernel/non-kernel =>kernel lớn, thiếu tin cậy trước Định nghóa cứng giao tiếp với ứng dụng kernel Ví dụ :