Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính. Giới thiệu tổng quan

Nội dung môn học  Tổng quan  Khái niệm trình  Đồng giải tranh chấp  Tắc nghẽn trình phương cách giải  Định thời biểu cho trình  Bộ nhớ thực  Bộ nhớ ảo  Thay trang  Quản lý nhập xuất  Hệ thống file  Hệ điều hành Unix  Hệ điều hành Windows BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Giới thiệu tổng quan  Giới thiệu     Cấu trúc luận lý hệ thống máy tính Định nghĩa hệ điều hành Các chức hệ điều hành Quá trình phát triển       BK Máy tính lớn (mainframe systems) Máy để bàn (desktop systems) Đa xử lý (multiprocessor systems) Phân bố (distributed systems) Thời gian thực (real-time systems) Cầm tay (handheld systems) TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Các thành phần hệ thống máy tính BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Định nghĩa   Hệ điều hành gì?  Chương trình trung gian phần cứng máy tính người sử dụng, có chức điều khiển phần cứng cung cấp dịch vụ cho ứng dụng Mục tiêu  Giúp người dùng dễ dàng sử dụng hệ thống  Quản lý cấp phát tài nguyên hệ thống cách hiệu Người dùng Các ứng dụng Hệ Điều Hành Phần cứng BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Định nghĩa (tt.) Hình chính xác BK Hình Dror G Feitelson TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Các chức OS  Phân chia thời gian xử lý CPU (định thời)  Phối hợp đồng hoạt động trình  Quản lý tài nguyên hệ thống hiệu  Kiểm soát trình truy cập, bảo vệ hệ thống  Duy trì quán hệ thống, kiểm soát lỗi phục hồi hệ thống có lỗi xảy  Cung cấp giao diện làm việc thuận tiện cho người dùng BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Lịch sử phát triển  Thế hệ thứ 1: 1945 - 1955   Thế hệ thứ nhì: 1955 - 1965   Máy tính song song, siêu máy tính Thế hệ thứ 6: 2000 – đến  BK Máy tính cá nhân, mạng (phân tán) Thế hệ thứ 5: 1990 – 2000   ICs and multiprogramming Thế hệ thứ 4: 1980 – 1990   transistors, batch systems Thế hệ thứ 3: 1965 – 1980   vacuum tubes, plug boards Lưới, Tính tốn đám mây (internet, Dịch vụ) TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Lịch sử phát triển  Máy tính lớn (mainframes)  Xử lý bó (batch)  Đa chương (multiprogrammed)  Đa nhiệm (time-sharing, multitasking) BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Mainframe computer in 1967 Modern Mainframe Computer IBM System/360 Mainframe Computer BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Lịch sử phát triển (tt.)  (Mainframe) Batch systems      I/O: card đục lỗ, băng từ (tapes), line printer Cần có người vận hành (user  operator) Giảm setup time cách ghép nhóm cơng việc (batching) Vd: ghép cơng việc sử dụng trình biên dịch Fortran Tự động nạp chương trình 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 10 Mơ hình hệ thống batch Cơ chế điều hành:     đưa cards vào máy đọc 1401 Chuyển thông tin từ cards vào băng từ (tape) Đưa tape vào máy 7094 để thực chương trình in kết tape Đưa tape vào máy 1401 để in kết chương trình BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 11 Lịch sử phát triển (tt.) BK  Structure of a typical FMS job – 2nd generation TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 12 Lịch sử phát triển (tt.)  (Mainframe) Multiprogrammed systems     Nhiều công việc nạp đồng thời vào nhớ Thời gian xử lý CPU phân chia cơng việc Tận dụng thời gian rảnh, tăng hiệu suất sử dụng CPU (CPU utilization) Yêu cầu hệ điều hành      Định thời công việc (job scheduling): chọn job job pool đĩa nạp vào nhớ để thực thi Quản lý nhớ (memory management) Định thời CPU (CPU scheduling) Cấp phát tài nguyên (đĩa, máy in,…) Bảo vệ BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 13 Lịch sử phát triển (tt.) BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 14 Lịch sử phát triển (tt.)  (Mainframe) Time-sharing systems   Multiprogrammed systems không cung cấp khả tương tác hiệu với users CPU luân phiên thực thi công việc     Mỗi công việc chia phần nhỏ thời gian CPU (time slice, quantum time) Cung cấp tương tác user hệ thống với thời gian đáp ứng (response time) nhỏ (1 s) Một công việc chiếm CPU nằm nhớ Khi cần thiết, cơng việc chuyển từ nhớ thiết bị lưu trữ (swapping), nhường nhớ cho cơng việc khác BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 15 Lịch sử phát triển (tt.)  Yêu cầu OS hệ thống time-sharing  Quản lý nhớ (memory management)   Quản lý trình (process management)        Virtual memory Định thời CPU Đồng trình (synchronization) Giao tiếp trình (process communication) Tránh deadlock Quản lý hệ thống file, hệ thống lưu trữ Cấp phát hợp lý tài nguyên Bảo vệ (protection) BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 16 Lịch sử phát triển (tt.)  Máy để bàn (desktop system, personal computer)    Nhiều thiết bị I/O: bàn phím, chuột, hình, máy in,… Phục vụ người dùng đơn lẻ  Thuận tiện cho user khả tương tác cao  Không cần tối ưu hiệu suất sử dụng CPU thiết bị ngoại vi Mục tiêu OS Nhiều hệ điều hành khác – MS Windows, Mac OS, Unix, Linux,… BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 17 Lịch sử phát triển (tt.)  Hệ thống song song (parallel, multiprocessor, hay tightly-coupled system)    Nhiều CPU Chia sẻ computer bus, clock Ưu điểm  System throughput: nhiều processor nhanh xong cơng việc  Multiprocessor system tốn multiple single-processor system: dùng chung tài ngun (đĩa,…)  Độ tin cậy: processor hỏng cơng việc chia sẻ processor cịn lại BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 18  Cray supercomputer Cray-1 supercomputer BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 19 Lịch sử phát triển (tt.)  Phân loại hệ thống song song  Đa xử lý đối xứng (symmetric multiprocessor – SMP)    Mỗi processor vận hành identical copy hệ điều hành Các copy giao tiếp với cần Đa xử lý bất đối xứng (asymmetricmultiprocessor)   Mỗi processor thực thi công việc khác Master processor định thời phân công việc cho slave processors BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 20 Lịch sử phát triển (tt.)  Hệ thống phân bố (distributed system, looselycoupled system)    Mỗi processor có nhớ riêng, processor giao tiếp qua kênh nối mạng, bus tốc độ cao, leased line Người dùng thấy hệ thống đơn Ưu điểm     Chia sẻ tài nguyên (resource sharing) Chia sẻ sức mạnh tính toán (computational sharing) Độ tin cậy cao (high reliability) Độ sẵn sàng cao (high availability): dịch vụ hệ thống cung cấp liên tục cho dù thành phần hardware trở nên hỏng BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 21 Lịch sử phát triển (tt.)  Các mơ hình hệ thống phân bố  Client-server   Server: cung cấp dịch vụ Client: sử dụng dịch vụ server BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 22 Lịch sử phát triển (tt.)  Các mơ hình Hệ thống phân bố (tt.)  …  Peer-to-peer (P2P)      BK Các peer (máy tính hệ thống) ngang hàng Khơng có sở liệu tập trung Các peer tự trị Vd: Gnutella (Napster hệ thống P2P nghĩa có sở liệu tập trung Các peer (máy tính hệ thống) ngang hàng nhau) TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 23 Lịch sử phát triển (tt.)  Hệ thống thời gian thực (real-time system)   Sử dụng thiết bị chuyên dụng điều khiển thử nghiệm khoa học, điều khiển y khoa, dây chuyền công nghiệp, thiết bị gia dụng, ứng dụng kỹ thuật không gian… Ràng buộc thời gian: hard soft real-time Phân loại  Hard real-time    Do hạn chế (hoặc khơng có) nhớ thứ cấp, tất liệu nằm nhớ (RAM ROM) Yêu cầu thời gian đáp ứng/xử lý nghiêm ngặt, thường sử dụng điều khiển công nghiệp, robotics,… Soft real-time  Thường dùng lĩnh vực multimedia, virtual reality với yêu cầu mềm dẻo thời gian đáp ứng BK TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 24 Lịch sử phát triển (tt.)  Thiết bị cầm tay (handheld system)    Personal digital assistant (PDA): Palm, Pocket-PC Điện thoại di động (cellular phones) Đặc trưng     BK Bộ nhớ nhỏ (512 KB - 128 MB) Tốc độ processor thấp (để tốn pin) Màn hình hiển thị có kích thước nhỏ độ phân giải thấp Có thể dùng công nghệ kết nối IrDA, Bluetooth, wireless TP.HCM 11-Jan-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 25