Bài giảng: Lý thuyết Hệ điều hành

LÝ THUYẾT HỆ ĐIỀU HÀNH GV : VŨ LÊ HÙNG vlehung@dit.hcmut.edu.vn http://www.dit.hcmut.edu.vn/~vlehung Tel 8658689 (nội 577) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Giới thiệu mơn học • Mục tiêu mơn học – Khái niệm hệ điều hành (HĐH) – Kiến trúc HĐH – Các chức HĐH – Cơ hệ điều hành UNIX/ Linux – Lập trình hệ thống UNIX • Phương thức đánh giá – Thi cuối kỳ – Bài tập lớn (tự chọn) – Điểm khuyến khích CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương trình • Quản lý q trình • Quản lý nhớ – Quản lý nhớ thực – Quản lý nhớ ảo • Quản lý lưu trữ – Hệ thống file – Quản lý đĩa • Quản lý I/O • Giới thiệu HĐH UNIX/ Linux • Lập trình hệ thống UNIX (tự tìm hiểu) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tài liệu tham khảo [1] An Introduction to Operating Systems,H.M.Deitel [2] Tập slide giảng hệ điều hành Hồ Quốc Thuần [3] Tài liệu hướng dẫn thực hành hệ điều hành Hồ Quốc Thuần [4] Thông tin môn học http://www.dit.hcmut.edu.vn/~vlehung/course-OS-vn.html [5] Tài liệu dạng e-book ftp.dit.hcmut.edu.vn/pub/OS/books (Anonymous user) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương TỔNG QUAN Bài giảng môn hệ điều hành TP HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK https://fb.com/tailieudientucntt -1- NỘI DUNG CHƯƠNG  Cấu trúc hệ thống máy tính  Khái niệm hệ điều hành (HĐH)  Các thành phần HĐH  Lịch sử phát triển HĐH  Chức HĐH  Bài tập Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -2- CẤU TRÚC HỆ THỐNG MÁY TÍNH  Phần cứng (hardware) – CPU – Bộ nhớ :RAM, ROM,đĩa từ, băng từ… – Thiết bị I/O : Màn hình, bàn phím, card I/O…  Phần mềm (software) – Phần mềm hệ thống – Phần mềm ứng dụng – Công cụ phần mềm  Phần dẻo (firmware) Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -3- VÍ DỤ  Phần mềm hệ thống – Hệ điều hành – Hệ quản trị CSDL: Oracle, SQL Server – Tiện ích: Norton Disk Doctor, SiSoft Sandra  Phần mềm ứng dụng: – MS Office, Corel Draw, Netscape Navigator  Hệ điều hành: – MS-DOS, Windows 9x/ NT/ ME/ 2000/ XP… – Linux, Solaris, HP-UX, AIX, BSD, MacOS,… – Novell Netware Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -4- KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU HÀNH điều hành – Operating System  Phần mềm nằm phần cứng máy tính người dùng  Hệ – – Điều khiển phần cứng Cung cấp dịch vụ cho chương trình ứng dụng  Phần mềm quản lý phân phối tài nguyên máy tính Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -5- HỆ ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG MÁY TÍNH NGƯỜI DÙNG TTRRÌN ÌNHHỨỨNNGGDDỤỤNNGG HHỆỆĐĐIỀ IỀUUHHÀÀNNHH PPHHẦẦNNCỨNG CỨNG Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -6- QUẢN LÝ ĐĨA   Low-level formatting: chia đĩa sector để disk controller đọc, ghi Lưu cấu trúc liệu OS lên đĩa – –    Tạo boot block Xử lý lỗi: kỹ thuật sector sparing Quản lý vùng swap – –  Partitioning: phân vùng đĩa High-level formatting: tạo hệ thống file partition Tạo vùng swap nào? Sử dụng dùng swap-map Lắp đặt đĩa – – qua cổng I/O qua mạng (Network Attached Storage) Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ÑHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -16- HỆ THỐNG LƯU TRỮ ỔN ĐỊNH (Stable Storage System)   Đảm bảo thông tin lưu trữ tồn dù lỗi xảy trình đọc/ghi Các vấn đề xảy đọc/ghi đĩa thường: – – –  Ghi thành cơng: block đích chứa thơng tin Thất bại phần: block đích chứa thơng tin sai Thất bại hồn tồn: block đích chứa thơng tin cũ Hiện thực: dùng block vật lý cho 1logical block – – – Ghi thông tin vào block (vật lý) thứ thứ Việc ghi thành công  block thứ ghi xong Kiểm tra giống block  phát lỗi xử lý để đảm bảo tính qn thơng tin Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ÑHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -17- CÁC KỸ THUẬT TĂNG HIỆU SUẤT ĐĨA CỨNG  Lưu liệu truy xuất thường xuyên nhớ –  Kỹ thuật bufferring –        virtual disk, disk caching Read – ahead, write-behind Defragment đĩa  giảm seek time Phân vùng đĩa  phân mảnh bị giới hạn Interleaving  giảm latency time Nén liệu Đật ứng dụng/ file/ directory structure đĩa Dùng hệ nhiều đĩa cứng (RAID system) Hiện thực giải thuật định thời đĩa băng phần cứng Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -18- CHƯƠNG 13: HỆ THỐNG PHÂN BỐ (Distributed Systems)     Định nghĩa hệ phân bố Đặc điểm hệ thống phân bố  Tính chia xẻ tài nguyên  Tính mở  Tính đồng thời  Tính khả mở qui mơ  Tính kháng lỗi  Tính suốt Đặc điểm hệ điều hành phân bố Kiến trúc hệ điều hành phân bố & microkernel Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -1- ĐỊNH NGHĨA HỆ PHÂN BỐ  Tập máy tính tự trị nối mạng với kết hợp lại để tính toán, trang bị lớp phần mềm phân bố, giúp việc sử dụng hệ thống máy tính Workstations Network  PCs Tại phải dùng hệ thống phân bố? Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -2- ĐỊNH NGHĨA HỆ PHÂN BỐ (tt)  Phần mềm phân bố: –  Ví dụ hệ thống phân bố – – –  Cho phép máy tính chia xẻ tài nguyên, cung cấp dịch vụ truy cập tài nguyên máy đơn Distributed UNIX system Hệ thống máy ATM & máy tính ngân hàng Hệ thống đặt vé, kiểm tra vé máy bay, tàu hỏa… Ví dụ dịch vụ phân bố – – Hệ thống file phân bố (Network File System) NIS (Network Information System), NIS+, Active Directory, Lightweight Direcoty Access Protocol (LDAP) Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -3- ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ PHÂN BỐ  Chia xẻ tài nguyên (Resources sharing)  Cần quản lý tài nguyên hiệu  Mơ hình client/server object/ object manager  Tính mở (Openness): –  Tính đồng thời (Concurrency) –  Hệ thống phải có khả mở rộng theo nhiêu hướng, không làm ảnh hưởng dịch vụ cũ Nhiều dùng, chương trình chạy đồng thời, sử dụng t ngun nhiều máy khác Tính khả mở qui mơ (Scalability) – Tăng kích thước hệ thống khơng làm ảnh hưởng đến phần mềm, dịch vụ chạy Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -4- ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ PHÂN BỐ (tt)  Tính kháng lỗi (Fault tolerance) – –  Chương trình chạy có máy phần mêm, dịch vụ bị lỗi, hỏng hóc Hiện thực: nguyên tắc dư thừa phục hồi lỗi cấp phần mềm  tính sẵn sàng cao (High Availability) Tính suốt ( Transparency) – – Giúp người dùng cảm nhận hệ thống máy tính đơn Tiêu chuẩn ISO đưa dạng suốt về: Truy cập Xử lý lỗi Vị trí Việc di dời Tính đồng thời Tăng hiệu suất hệ thống Việc nhân Việc mở rộng qui mơ Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -5- TÍNH TRONG SUỐT (TRANSPARENCY)  Trong suốt truy cập (Access Transparency) – –  Trong suốt vị trí (Location Trans ) – –  Cho phép truy cập tài nguyên cục máy xa tác vụ Ví dụ: NFS (Network File System) Người sử dụng dùng tài ngun mà khơng cần biết vị trí tài nguyên hệ thống Ví dụ: Dịch vụ tên NIS, Active Directory Trong suốt đồng thời (Concurrency Trans.) – Các user dùng tài nguyên không cần biết diện user khác khơng cản trở lẫn Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -6- TÍNH TRONG SUỐT (tt)  Trong suốt việc nhân (Replication Trans.) – – –  Trong suốt mặt xử lý lỗi (Failure Trans.) – –  Cho phép tạo nhiều sao(replica) tài nguyên User không cần biết tồn Ví dụ: Có chế tạo Oracle DBMS Che giấu lỗi có xảy cho phép ứng dụng người dùng hồn thành Ví dụ: xử lý giao tiếp Java CORBA, RMI, Jini Trong suốt di dời (Migration Trans.) – Sự di chuyển tài nguyên hệ thống không ảnh hưởng đến hoạt động người dùng trình ứng dụng Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -7- TÍNH TRONG SUỐT (tt)  Trong suốt hiệu suất (Performance Trans.) – –  Trong suốt mở rộng qui mô(Scaling Trans.) –  Cho phép hệ thống tái cấu hình để cải thiện hiệu suất xử lý thay đổi tải Q trình tái cấu hình khơng ảnh hưởng đến hoạt động người dùng ứng dụng Cho phép hệ thống ứng dụng mở rộng mà không thay đổi cấu trúc hệ thống giải thuật ứng dụng Một số ví dụ nhận xét: – – – rlogin: khơng có tính suốt vị trí, truy cập E-mal : có tính suốt ví trí, truy cập  có tính suốt mạng Tính suốt cần thiết khơng cần thiết Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -8- HỆ ĐIỀU HÀNH PHÂN BỐ (Distributed Operating System – DOS)  Đặc điểm – – – –  Cho phép user lập trình dế dàng hệ phân bố Cung cấp k/niệm trừu tượng tài nguyên để người dùng sử dụng mà không cần quan tâm đến vị trí chúng Gồm kernel q trình cung cấp dịch vụ Ít có phân biệt hệ điều hành, dịch vụ ứng dụng hệ thốngø Ví dụ – – Mach, Chorus: hệ thống thương mại, kỹ thuật Amoeba, Clouds, V System: kỹ thuật Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -9- KIẾN TRÚC HỆ THỐNG PHÂN BỐ  Các thành phầân – –  Yêu cầu – – – –  Hạ tầng cung cấp phương thức quản lý tài nguyên Kernel trình server: chương trình quản lý tài nguyên Mọi tài nguyên có interface để sử dụng Chi tiết quản lý tài nguyên đóng gói Xử lý song song việc truy cập tài nguyên Bảo vệ tài nguyên Các vấn đề liên quan thiết kế hệ thống – – – Đặt tên tài nguyên (Resource naming) Giao tiếp trình ( Communication) ĐỊnh thời dùng tài ngun ( Scheduling) Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -10- MƠ HÌNH HỆ ĐIỀU HÀNH PHÂN BỐ Open Services & Application Processes/ Objects Language Support Language Support OS Emulation Sytem System System OS Emulation System Microkernel Computer & network hardware     Microkernel: cung cấp dịch vụ hệ điều hành Các dịch vụ cịn lại q trình server thực Hệ thống giả lập nhiều OS hỗ trợ nhiều thư viện lâp trình ngôn ngữ khác Các ứng dụng không dùng dịch vụ ukernel mà dùng hệ thống hỗ trợ cho ngôn ngữ dùng dịch vụ OS emulation system cung cấp Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -11- KIẾN TRÚC MICROKERNEL Process Manager Thread Manager Communication Manager Memory Manager Supervisor  Process manager: quản lý &xử lý tác vụ cấp thấp cho trình Bao gồm cảhệ thống hỗ trợ ngôn ngữ hệ thống giả lập OS   Thread manager: tạo, đồng bộ, định thời thread Communication manager: giao tiếp thread trình máy khác   Memory manager: quản lý nhớ, cache Supervisor: gởi interrupt, system call trap, exception đến trình xử lý tương ứng Bài giảng môn hệ điều hành HCM CuuDuongThanCong.com Vũ Lê Hùng Khoa CNTT – ĐHBK TP https://fb.com/tailieudientucntt -12- ... Linux, BeOS, Solaris, SCO-UNIX, MS-DOS Nhiệm vụ sau hệ điều hành : - Kiểm tra quyền sử dụng hệ thống - Kiểm tra quyền tạo, xóa file - Kiểm tra tắt chương trình virus, worm - Kiểm tra tát chương... https://fb.com/tailieudientucntt -1 7- BÀI TẬP Những hệ điều hành sau cho phép nhiều trình nằm nhớ Windows NT, Win98SE, Linux, MS-DOS 2.Phân loại Interrupt sau : - Nhấn Ctrl+C giết q trình - Card mạng báo có liệu tới - Ổ... https://fb.com/tailieudientucntt -1 0- LƯỢC ĐỒ CHUYỂN TRẠNG THÁI New Exited Dispatch READY RUNNING Timer run-out Wake-up Block BLOCKED Suspend Resume SUSPENDED BLOCKED SUSPENDED READY Wake-up Bài giảng môn hệ