Bài giảng Hệ điều hành: Chương 1

Chương 1 Kiến trúc hệ thống & tổng quan về hệ điều hành thuộc bài giảng hệ điều hành, cùng đi vào tìm hiểu chương học này nhằm mục tiêu: hệ thống lại kiến trúc hệ thống phần cứng, tìm hiểu tổng quan về chức năng và các thành phần của hệ điều hành.

Chương 1: Kiến trúc hệ thống & Tổng quan Hệ điều hành Mục tiêu: Hệ thống lại kiến trúc hệ thống phần cứng Tìm hiểu tổng quan chức thành phần Hệ điều hành 4-Jun-14 TT QTM 1 Tổng quan Hệ điều hành      Khái niệm Phân loại Các thành phần hệ điều hành Các dịch vụ HĐH Lời gọi HĐH (System Call) 4-Jun-14 TT QTM 1.1 Khái niệm(1)  Khái niệm HĐH  Hệ điều hành chương trình( mã nguồn liệu-các tham số hệ thống) cài đặt sẵn có chức năng:    Điều phối, phân phối công việc cho thành phần chức máy tính Thỏa mãn tối đa yêu cầu người dùng Giao tiếp với HĐH   Cầu nối giao tiếp user hệ thống máy tính User giao tiếp với hệ điều hành -> phải có ngơn ngữ chung:   4-Jun-14 Giao tiếp dịng lệnh: thể u cầu thơng qua lệnh Giao tiếp biểu tượng TT QTM 1.1 Khái niệm(2)   Khi hoạt động, chương trình ứng dụng & ctr hệ thống thực theo tiến trình Tiến trình: ctr xử lý(hoạt động, thực hiện), sở hữu trỏ lệnh, tập ghi biến   Để hồn thành tác vụ, tiến trình cần tài ngun: CPU, nhớ, thiết bị I/O,… Phân biệt tiến trình & chương trình:   4-Jun-14 Chương trình thực thể thụ động chứa lệnh & liệu để tiến hành tác vụ( công việc) Khi thực lệnh, chương trình chuyển thành tiến trình Tiến trình thực thể hoạt động TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(1)  Hệ điều hành đơn chương trình       Tồn hệ thống máy tính phục vụ chương trình từ lúc bắt đầu ctr đưa vào nhớ đến kết thúc chương trình Khi chương trình đưa vào nhớ thực => chiếm giữ tài nguyên hệ thống nên đưa ctr khác vào nhớ Hệ điều hành đa chương trình Hệ điều hành thời gian thực Hệ song song Hệ phân tán 4-Jun-14 TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(2)  Hệ điều hành đa chương trình    Tại thời điểm có nhiều ctr có mặt đồng thời nhớ Các ctr có nhu cầu phân phối nhớ CPU Gồm loại:   4-Jun-14 Hệ điều hành hoạt động theo mẻ Hệ điều hành chia sẻ thời gian TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(3)  Hệ điều hành đa chương trình(tiếp)  Hệ điều hành hoạt động theo lô: hướng tới mục tiêu cực đại số lượng toán giải đơn vị thời gian   MFT(Multiprogramming with Fixed number of Task)    4-Jun-14 Có loại: MFT MVT Quy định sẵn số tiến trình có mặt đồng thời nhớ Bộ nhớ chia sẵn thành phân vùng(Partition) phân vùng chứa tiến trình MVT(Multiprogramming with Variable number of Task): nhớ khơng phân chia sẵn, tiến trình nạp liên tục cịn đủ nhớ, số lượng tiến trình đồng thời nhớ thay đổi tùy thuộc vào dung lượng TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(4)  Hệ điều hành đa chương trình(tiếp)  Hệ điều hành phân chia thời gian:      4-Jun-14 Điển hình hệ điều hành đa người dùng Tại thời điểm có nhiều user làm việc với máy tính thơng qua trạm đầu cuối khác Hệ điều hành phân phối CPU cho user Mỗi ctr chiếm giữ CPU khoảng thời gian gọi lượng tử thời gian(quantum) Bộ nhớ chứa ctr user TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(5)  Hệ điều hành thời gian thực     4-Jun-14 Đảm bảo giải tốn( tiến trình) khơng muộn thời điểm xác định Mỗi tiến trình gắn với thời gian xác định phải hoàn thành gọi DeadTime Hồn thiện tốn muộn khơng có ý nghĩa Ví dụ: giải tốn lị phản ứng hạt nhân; game thời gian thực TT QTM 1.2 Phân loại Hệ điều hành(6)  Hệ song song:    Cho hệ thống có nhiều CPU chia xẻ đường truyền, nhớ, đồng hồ, thiết bị I/O… Các CPU làm việc phụ thuộc độc lập phải chia xẻ tài nguyên So với hệ thống CPU:   4-Jun-14 Nhanh An toàn hơn: CPU hỏng khơng ảnh hưởng tới tồn hệ thống TT QTM 10 1.3 Các thành phần hệ điều hành   Điều phối hoạt động: Quản lý tiến trình (Process Management ) Thành phần quản lý phân phối tài nguyên:        Quản lý nhớ (Main Memory Management) Quản lý File (File Management) Quản lý hệ thống vào-ra (I/O System Management) Quản lý nhớ thứ cấp (Secondary Storage Management) Hoạt động mạng (Networking) Hệ thống bảo vệ (Protection System) Hệ thống thông dịch lệnh (Command-Interpreter System) 4-Jun-14 TT QTM 12 1.3.1 Process Management   Các chương trình thực theo tiến trình để hồn thành cơng việc HĐH chịu trách nhiệm việc quản lý tiến trình:    Tạo xố process người sử dụng hệ thống Tạm ngừng tiếp tục lại process Cung cấp chế cho:   4-Jun-14 Sự đồng hoá process Sự giao tiếp process TT QTM 13 1.3.2 Main Memory Management  Bộ nhớ mảng lớn từ nhớ byte có địa riêng    Main memory thiết bị lưu trữ tạm   Chứa liệu truy nhập nhanh chóng Được chia sẻ CPU thiết bị vào-ra Mất nội dung bên hệ thống ngừng hoạt động Hoạt động quản lý nhớ HĐH:    4-Jun-14 Lưu lại dấu vết phần nhớ sử dụng đuợc sử dụng tiến trình Quyết định xem tiến trình nạp có nhớ trống Phân phối thu hồi nhớ cho tiến trình TT QTM 14 1.3.3 File Management    Một file tập hợp thông tin liên quan tổ chức cách lôgic, lưu trữ thiết bị nhớ phụ Thông thường, file đại diện cho liệu chương trình (cả source, data object forms) HĐH chịu trách nhiệm hoạt động sau nối kết với file management:      4-Jun-14 Tạo xoá file Tổ chức file (Tạo xoá thư mục) Hỗ trợ từ gốc (primitive) việc thao tác với file thư mục (read/write) Ánh xạ file vào nhớ thứ cấp Backup file phương tiện lưu trữ ổn định TT QTM 15 1.3.4 I/O System Management     Một chức hệ điều hành quản lý tất thiết bị I/O HĐH phải thị điều khiển thiết bị, kiểm soát ngắt lỗi HĐH phải cung cấp cách giao tiếp đơn giản tiện dụng thiết bị phần lại hệ thống giao tiếp phải độc lập với thiết bị Hệ thống vào-ra bao gồm:     Một thành phần quản lý nhớ I/O Một giao diện device-driver chung Các driver cho thiết bị phần cứng riêng biệt Chỉ device driver biết tính chất đặc biệt thiết bị mà điều khiển 4-Jun-14 TT QTM 16 1.3.5 Secondary-Storage Management  Dữ liệu nhớ (primary storage):     Tạm thời, dung lượng nhỏ Để lưu trữ lâu dài, dung lượng lớn -> sử dụng nhớ thứ cấp (secondary storage) để back up nhớ Hầu hết hệ thống máy tính đại sử dụng ổ đĩa phương tiện lưu trữ trực tuyến sở cho chương trình liệu HĐH chịu trách nhiệm hoạt động sau nối kết với disk management:    4-Jun-14 Quản lý vùng nhớ tự Phân phối nhớ Lập lịch ổ đĩa (Disk scheduling) TT QTM 17 1.3.6 Nhân Hệ điều hành (Kernel)   Hệ điều hành có dung lượng lớn => đưa tất vào nhớ Các ctr hệ điều hành phân thành loại:    Nhân HĐH: gồm ctr tồn nhớ để điều khiển máy tính làm việc Các ctr nạp vào nhớ cần thiết Theo chức Nhân HĐH thường bao gồm nhóm ctr:     4-Jun-14 Module ctr tải(loader) có chức đưa ctr vào nhớ cho phép ctr tải nhận điều khiển hay khơng Module ctr điều phối chính: đảm nhận việc lựa chọn bước làm việc toàn hệ thống Module ctr lập lịch: chọn tiến trình làm việc Các thông tin hệ thống(các tham số hệ thống) TT QTM 18 1.4 Các dịch vụ hệ điều hành      Thực chương trình (Program execution) – khả hệ thống để nạp chương trình vào nhớ chạy Thực vào-ra (I/O operations) – chương trình người sử dụng thực trực tiếp hoạt động vào/ra, HĐH phải cung cấp số phương pháp để thực vào/ra Thao tác với hệ thống file (File-system manipulation) – khả chương trình để đọc, ghi, tạo, xoá file Giao tiếp (Communications) – trao đổi thơng tin tiến trình thực máy tính hệ thống khác nối mạng Việc thực thông qua nhớ chia sẻ (shared memory) chuyển thông điệp (message passing) Phát lỗi (Error detection) – bảo đảm việc tính tốn đắn cách phát lỗi CPU nhớ, thiết bị vào-ra, chương trình người sử dụng 4-Jun-14 TT QTM 19 1.4.1 Các chức mở rộng HĐH  Các chức cộng thêm tồn để giúp người sử dụng mà để đảm bảo cho hoạt động hệ thống hiệu    4-Jun-14 Resource allocation – phân phối tài nguyên cho nhiều người sử dụng cho nhiều công việc chạy lúc Accounting – theo dõi ghi lại loại tài nguyên thời gian sử dụng (tài nguyên) user nhằm mục đích thống kê Protection – đảm bảo kiểm soát tất truy nhập tới tài nguyên hệ thống TT QTM 20 1.5 System Calls(1)  System calls cung cấp giao diện tiến trình HĐH     Mục đích yêu cầu sử dụng dịch vụ HĐH Thường câu lệnh viết ngôn ngữ assembly Các ngôn ngữ bậc cao (vd: C, C++) thay ngơn ngữ assembly phép việc lập trình hệ thống tạo trực tiếp system call Ba phương thức chung sử dụng để truyền tham số tiến trình HĐH    4-Jun-14 Truyền tham số ghi Chứa tham số bảng tham số nhớ, địa bảng truyền tham số ghi Đẩy (push, store) tham số vào stack chương trình, lấy khỏi stack (pop) HĐH TT QTM 21 1.5 System Calls(2): Phân loại  Điều khiển tiến trình (Process control)       4-Jun-14 Kết thúc, bỏ dở (abort) Nạp, thực Tạo, kết thúc tiến trình Lấy/ thiết lập thuộc tính tiến trình chờ đợi Đợi kiện, báo hiệu kiện Phân phối giải phóng nhớ TT QTM 22 1.5 System Calls(3): Phân loại  Quản lý file (File management)      Tạo file, xóa file Mở, đóng Đọc, ghi, định vị Lấy/ thiết lập thuộc tính file Quản lý thiết bị (Device management)     4-Jun-14 Yêu cầu thiết bị, giải phóng thiết bị Đọc, ghi, định vị Lấy/ thiết lập thuộc tính thiết bị Gắn kết (attack), tháo gỡ (detach) mức logic thiết bị TT QTM 23 1.5 System Calls(4): Phân loại  Duy trì thơng tin (Information maintenance)     Lấy/ thiết lập ngày Lấy/ thiết lập liệu hệ thống Lấy/ thiết lập thuộc tính tiến trình, file, thiết bị Giao tiếp (Communications)     4-Jun-14 Tạo, xóa kết nối giao tiếp Gửi, nhận thông điệp Truyền lại thông tin trạng thái Gắn kết, tháo gỡ logic thiết bị xa (remote device) TT QTM 24 1.5 System Calls(5): Phương thức giao tiếp  Sự giao tiếp thực cách sử dụng phương thức: message passing shared memory 4-Jun-14 TT QTM 25 Q&A 4-Jun-14 TT QTM 26 ... nguyên hệ thống nên đưa ctr khác vào nhớ Hệ điều hành đa chương trình Hệ điều hành thời gian thực Hệ song song Hệ phân tán 4-Jun -14 TT QTM 1. 2 Phân loại Hệ điều hành(2)  Hệ điều hành đa chương. .. CPU Gồm loại:   4-Jun -14 Hệ điều hành hoạt động theo mẻ Hệ điều hành chia sẻ thời gian TT QTM 1. 2 Phân loại Hệ điều hành(3)  Hệ điều hành đa chương trình(tiếp)  Hệ điều hành hoạt động theo.. .1 Tổng quan Hệ điều hành      Khái niệm Phân loại Các thành phần hệ điều hành Các dịch vụ HĐH Lời gọi HĐH (System Call) 4-Jun -14 TT QTM 1. 1 Khái niệm (1)  Khái niệm HĐH  Hệ điều hành chương