Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Hệ điều hành: Chương 1 nêu lên tổng quan về hệ điều hành như cấu trúc luận lý của hệ thống máy tính; định nghĩa hệ điều hành; chức năng chính của hệ điều hành; quá trình phát triển của máy tính lớn, máy để bàn, đa xử lý, phân bố, thời gian thực, cầm tay.
Môn học Hệ Điều Hành Tổng quan Khái niệm trình Đồng giải tranh chấp Tắc nghẽn trình phương cách giải Định thời biểu cho trình Bộ nhớ thực Kỹ thuật nhớ ảo Thay trang Quản lý nhập xuất 10 Hệ thống file 11 Hệ điều hành Unix 12 Hệ điều hành Windows Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Thông tin cần biết Tài liệu tham khảo [1] Tập slides giảng mơn Hệ điều hành, Khoa KH&KTMT [2] Silberschatz et al, “Operating System Concepts”, 6th Ed., 2002 [3] Silberschatz et al, “Operating System Concepts”, 7th Ed., 2005 Download: http://bit.ly/bK0aHV [4] A Tanenbaum, “Modern Operating Systems”, Prentice Hall, 3nd Ed., 2004 [5] Silberschatz et al, “Operating System Principles”, 7th Ed., 2006 (Java impl.) Điểm môn học ● ● ● ● Thi kỳ 20%, 60 phút Thi cuối kỳ 50%, 90 phút Bài tập lớn (2 bài) 20% Bài tập thực hành10% Liên lạc Nguyễn Quang Hùng www.cse.hcmut.edu.vn/~hungnq/courses.html E-mail: hungnq2@cse.hcmut.edu.vn Phone: 8.647.256(5840) (Tập slide có sử dụng slide từ nguồn khác.) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Nguyễn Quang Hùng www.cse.hcmut.edu.vn/~hungnq/courses.html E-mail: hungnq2@cse.hcmut.edu.vn Phone: 8.647.256(5840) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Chương 1: Tổng Quan Giới thiệu ● Cấu trúc luận lý hệ thống máy tính ● Định nghĩa hệ điều hành ● Các chức hệ điều hành Q trình phát triển ● Máy tính lớn (mainframe system) ● Máy để bàn (desktop system) ● Đa xử lý (multiprocessor system) ● Phân bố (distributed system) ● Thời gian thực (real-time system) ● Cầm tay (handheld system) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần hệ thống máy tính Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Định nghĩa Hệ điều hành gì? ● “Phần mềm trung gian” phần cứng máy tính người sử dụng, có chức điều khiển phần cứng cung cấp dịch vụ cho ứng dụng Người dùng Các ứng dụng Mục tiêu ● Giúp người dùng dễ dàng sử dụng hệ thống Hệ Điều Hành ● Quản lý cấp phát tài nguyên hệ thống cách hiệu Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Phần cứng Định nghĩa (tt) Hình xác Hình Dror G Feitelson Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 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 sốt q 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 Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Lịch sử phát triển Máy tính lớn (mainframe) ● Xử lý bó (batch) ● Đa chương (multiprogrammed) ● Đa nhiệm (time-sharing, multitasking) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Mainframe computer in 1967 Modern Mainframe Computer IBM System/360 Mainframe Computer Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 10 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) (Mainframe) Multiprogrammed system ● 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 Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 12 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 13 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) (Mainframe) Time-sharing system ● Multiprogrammed system không cung cấp khả tương tác hiệu với user ● 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 Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 14 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Yêu cầu OS hệ thống time-sharing ● Quản lý nhớ (memory management) Virtual memory ● Quản lý trình (process management) Định thời CPU Đồng trình (synchronization) Giao tiếp trình (process communication) Tránh deadlock ● Quản lý hệ thống file, hệ thống lưu trữ (memory system) ● Cấp phát hợp lý tài nguyên ● Bảo vệ (protection) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 15 Lịch sử phát triển hệ điều hành (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 ● Mục tiêu OS Thuận tiện cho user khả tương tác cao Không cần tối ưu hiệu suất sử dụng CPU thiết bị ngoại vi ● Nhiều hệ điều hành khác – MS Windows, Mac OS, Unix, Linux,… Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 16 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Hệ thống song song (parallel, multiprocessor, hay tightlycoupled 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 lại Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 17 Top5 Supercomputer Source: http://www.top500.org Jaguar,Cray ,USA,(1.75 pataflop/s) Roadrunner,IBM,USA(1.04 petaflop/s) Kraken XT5, Cray,USA(832 teraflop/s) Jugene, IBM, Germany (825.5 teraflop/s) Tianhe-1, NUDT, China (563.1 teraflop/s) … BUT: Japan Earth-simulator (5120 cores, 35860 Gflops, No1 in year 2002) moves out of Top100 supercomputers Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 18 Cray XT5-HE super computer -USA OAK Ridge National Laboratory (managed for the U.S department of energy) - Linux operation system - AMD x86_64 Opteron Six core 2.6 GHz (10.4 GFlops) processor - Total: 224162 cores - 1.75 petaflop/s (or quadrillions of floting point operations per second) - the No2 supercomputer IBM’s Roadrunner can process 1.04 petaflop/s -The Cray supercomputer uses this computer to petroleum exploration and engineering tasks such as simulating aircraft designs Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 20 Roadrunner supercomputer - Site: DOE/NNSA/LANL - Model: BladeCenter QS22 Cluster Computer: BladeCenter QS22/LS21 Cluster, PowerXCell 8i 3.2 Ghz / Opteron DC 1.8 GHz, Voltaire Infiniband - Total: 122400 cores - Max:1.04 TFlops Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 21 Lịch sử phát triển hệ điều hành (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 (asymmetric multiprocessor) Mỗi processor thực thi công việc khác Master processor định thời phân công việc cho slave processors Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 22 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Hệ thống phân bố (distributed system, loosely-coupled 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 tốn (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 Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 23 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Hệ thống phân bố (tt) Các mơ hình hệ thống phân bố ● Client-server Server: cung cấp dịch vụ Client: sử dụng dịch vụ server Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 24 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Hệ thống phân bố (tt) Các mơ hình hệ thống phân bố ● ● Peer-to-peer (P2P) 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) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 25 Lịch sử phát triển hệ điều hành (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 ● 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 Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 26 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Thiết bị cầm tay (handheld system) ● Personal digital assistant (PDA): Palm, Pocket-PC ● Điện thoại di động (cellular phone) ● Đặc trưng 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 cơng nghệ kết nối IrDA, Bluetooth, wireless Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 27 ... vệ Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 12 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 13 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) (Mainframe) Time-sharing... (real-time system) ● Cầm tay (handheld system) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Các thành phần hệ thống máy tính Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Định nghĩa Hệ điều. .. 8.647.256(5840) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Chương 1: Tổng Quan Giới thiệu ● Cấu trúc luận lý hệ thống máy tính ● Định nghĩa hệ điều hành ● Các chức hệ điều hành Q trình phát triển ●