Chương trình trung gian giữa phần cứng máy tính và người sử dụng, có chức năng điều khiển và phối hợp việc sử dụng phần cứng và cung cấp các dịch vụ cơ bản cho các ứng dụng. Phần cứng (hardware) Bao gồm các tài nguyên cơ bản của máy tính như CPU, bộ nhớ, các thiết bị I/O Hệ điều hành (operating system) Phân phối tài nguyên, điều khiển và phối hợp các hoạt động của các chương trình trong hệ thống. Chương trình ứng dụng (application programs) Sử dụng hệ thống tài nguyên để giải quyết một bài toán tính toán nào đó của...
Chương I: Tổng quan hệ điều hành 05/08/21 Vũ Đức Lung Nội dung Tổng quan Phân loại hệ điều hành Lịch sử phát triển hệ điều hành 05/08/21 Vũ Đức Lung 1.1 Tổng quan • Giới thiệu Định nghĩa hệ điều hành Cấu trúc hệ thống máy tính Các chức hệ điều hành 05/08/21 Vũ Đức Lung Định nghĩa (tt) • Hệ điều hành gì? – Chương trình trung gian phần cứng máy tính người sử dụng, có chức điều khiển phối hợp việc sử dụng 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 05/08/21 Vũ Đức Lung Người dùng Các ứng dụng Hệ Điều Hành Phần cứng Định nghĩa (tt) Hình xác Banking system Airline reservation Web browser Compilers Editors Command interpreter Application programs System programs Operating system Machine language Microprogramming Hardware Physical devices 05/08/21 Vũ Đức Lung Hình Dror G Feitelson Cấu trúc hệ thống máy tính Phần cứng (hardware) – Bao gồm tài nguyên máy tính CPU, nhớ, thiết bị I/O Hệ điều hành (operating system) – Phân phối tài nguyên, điều khiển phối hợp hoạt động chương trình hệ thống Chương trình ứng dụng (application programs) – Sử dụng hệ thống tài nguyên để giải tốn tính tốn người sử dụng – Ví dụ: compilers, database systems, video games, business programs Users (people, machines, other computers) 05/08/21 Vũ Đức Lung thành phần hệ thống 05/08/21 Vũ Đức Lung Định nghĩa hệ điều hành • OS phận cấp phát tài nguyên – Quản lí tất tài nguyên – Quyết định yêu cầu mâu thuẫn để sử dụng tài nguyên hiệu cơng • OS chương trình điều khiển – Điều khiển thực thi chương trình để bảo vệ lỗi sử dụng sai máy tính 05/08/21 Vũ Đức Lung Các chức hệ điều hành Phân chia thời gian xử lý định thời CPU Phối hợp đồng hoạt động processes (coordination & synchronization) Quản lý tài nguyên hệ thống (thiết bị I/O, nhớ, file chứa liệu,…) Thực kiểm soát access control, protection Duy trì quán (integrity) hệ thống, kiểm soát lỗi phục hồi hệ thống có lỗi (error recovery) Cung cấp giao diện làm việc cho users 05/08/21 Vũ Đức Lung Các dạng hệ điều hành Same machine, different operating systems: – IBM PC: DOS, Linux, NeXTSTEP, Windows, SCO Unix – DEC VAX: VMS, Ultrix-32, 4.3 BSD UNIX Same OS, different machines: UNIX – PC (XENIX 286, APPLE A/UX) – CRAY-Y/MP (UNICOS - AT&T Sys V) – IBM 360/370 (Amdahl UNIX UTS/580, IBM UNIX AIX/ESA) Windows NT, XP, 2000, 2003 – Intel i386 (i486 an NT 4.0), Alpha, PowerPC, MIPS, Itanium 05/08/21 Vũ Đức Lung 10 HỆ THỐNG CHIA XẺ THỜI GIAN • Hệ thống đa nhiệm (multitasking) • Lập lịch CPU • Thời gian chuyển đổi tác vụ ngắn 05/08/21 Vũ Đức Lung Bộ xử lý 19 HỆ THỐNG CHIA XẺ THỜI GIAN Time-sharing systems - Multiprogrammed systems không cung cấp khả tương tác hiệu với users - CPU luân phiên thực thi công việc o Mỗi công việc chia phần nhỏ thời gian CPU (time slice, quantum time) o 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, công việc chuyển từ nhớ thiết bị lưu trữ (swapping), nhường nhớ cho công việc khác 05/08/21 Vũ Đức Lung 20 HỆ THỐNG CHIA XẺ THỜI GIAN • Yêu cầu OS hệ thống time-sharing – Định thời công việc (job scheduling) – 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 – Cấp phát hợp lý tài nguyên – Bảo vệ (protection) 05/08/21 Vũ Đức Lung 21 HỆ THỐNG ĐA XỬ LÝ Hai nhiều xử lý chia sẻ nhớ Master/Slave : xử lý kiểm soát số xử lý I/O Bộ Bộ xử lý xử lý Bộ nhớ 05/08/21 Vũ Đức Lung 22 HỆ THỐNG ĐA XỬ LÝ • Hệ thống song song (parallel, multiprocessor, hay tightly-coupled system) – Nhieàu CPU – Chia sẻ computer bus, clock – Ưu điểm o Năng xuất hệ thống (System throughput): nhiều processor nhanh xong công việc • Multiprocessor system tốn multiple single-processor system: dùng chung tài nguyên (đóa,…) o Độ tin cậy: processor hỏng công việc chia sẻ processor lại 05/08/21 Vũ Đức Lung 23 HỆ THỐNG ĐA XỬ LÝ • 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 • (Windows NT, Solaris 5.0, Digital UNIX, OS/2, Linux) – 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 • (SunOS 4.0) 05/08/21 Vũ Đức Lung 24 HỆ THỐNG PHÂN TÁN Nhiều máy tính liên kết với đường truyền thông đặc biệt Tương tự hệ thống đa xử lý không chia xẻ nhớ Hệ thống máy Hệ thống máy tính tính Giao tiếp mạng Giao tiếp mạng Mạng Bộ xử lý Bộ xử lý Bộ nhớ 05/08/21 Bộ nhớ Vũ Đức Lung 25 HỆ THỐNG PHÂN TÁN • Hệ thống phân tán (distributed system, looselycoupled system) – Mỗi processor có nhớ riêng, processor giao tiếp qua kênh nối mạng, bus tốc độ cao – 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 05/08/21 Vũ Đức Lung 26 HỆ THỐNG PHÂN TÁN Các mô hình hệ thống phân tán – Client-server Server: cung cấp dịch vụ Client: sử dụng dịch vụ server – Peer-to-peer (P2P) Các peer (máy tính hệ thống) ngang hàng Không có sở liệu tập trung Các peer tự trị Ví dụ: Gnutella 05/08/21 Vũ Đức Lung 27 Hệ thống thời gian thực (real-time system) • 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, quân – Ràng buộc thời gian: hard soft real-time Phân loại – Hard real-time • Hạn chế (hoặc không có) nhớ phụ, 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 lónh vực multimedia, virtual reality với yêu cầu mềm dẻo thời gian đáp 05/08/21 Vũ Đức Lung 28 ứng Thiết bị caàm tay (Handheld system) – Personal digital assistant (PDA): Palm, Pocket-PC – Điện thoại di động (cellular phones) – 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 công nghệ kết nối IrDA, Bluetooth, wireless 05/08/21 Vũ Đức Lung 29 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH Thế hệ (1945 - 1955) - Thiết kế, xây dựng, lập trình, thao tác: nhóm người - Lưu phiếu đục lỗ Thế hệ (1955 - 1965) - Xuất phân công công việc - Hệ thống sử lý theo lô đời, lưu băng từ - Hoạt động điều khiển đặc biệt chương trình Thế hệ (1965 - 1980) - Ra đời hệ điều hành, khái niệm đa chương - HĐH chia sẻ thời gian CTSS MIT - MULTICS, UNIX 05/08/21 Vũ Đức Lung 30 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH • Thế hệ (1980 ) • Ra đời máy tính cá nhân, IBM PC • HĐH MS-DOS, MacOS (Apple Macintosh), MS Windows, OS/1 • Linux, QNX, HĐH mạng,… 05/08/21 Vũ Đức Lung 31 Operating Systems Evolution 55 IOCS IBSYS 60 CTSS 65 DOS/360 OS/360 70 75 DOS/VDSE MVS/370 UNIXV.7 VM/370 SYSTEM III VS MVS/XA VM/XA SYSTEM V 90 VS/ESA MVS/ES 95 VM/ESA RSX-11M UNIX TSO 80 85 MULTICS CP/CM5 SYSTEM V.4 RT-11 VMS 1.0 4.1BSD XENIX MS-DOS 1.0 SUN OS 4.2BSD AIX POSIX MACH OSF/1 4.3BSD AIX/370 LINUX AIX/ESA SOLARIS 00 CP/M 4.4BSD OS/2 WIN 3.0 VMS 5.4 DR/DOS WIN 3.1 WIN NT WIN 9X VMS 7.3 WIN 2000 03 LINUX 2.6 05/08/21 SOLARIS 10 Vũ Đức Lung WIN XP WIN Server 2003 32 Windows And Linux Evolution • Windows and Linux kernels are based on foundations developed in the mid-1970s 1990 N T W in 1990 2000 v1 v2 0 1980 Li nu x pu bl U ic N IX V IX U N U N IX bo r n 1970 v2 v2.2 v2.3 v2 w s V M S N T 2000 W in W w in s Se 20 rv ws 00 er X 20 P 03 1980 v1 1970 (see http://www.levenez.com for diagrams showing history of Windows & Unix) 05/08/21 Vũ Đức Lung 33 ... dung Tổng quan Phân loại hệ điều hành Lịch sử phát triển hệ điều hành 05/08/ 21 Vũ Đức Lung 1. 1 Tổng quan • Giới thiệu Định nghĩa hệ điều hành Cấu trúc hệ thống máy tính Các chức hệ điều hành. .. ? ?Hệ điều hành dành cho máy PDA (Embedded OS - hệ điều hành nhúng) ? ?Hệ điều hành dành cho máy chuyên biệt ? ?Hệ điều hành dành cho thẻ chíp 05/08/ 21 Vũ Đức Lung (SmartCard) 11 1. 2 PHÂN LOẠI HỆ ĐIỀU... hệ (19 55 - 19 65) - Xuất phân công công việc - Hệ thống sử lý theo lô đời, lưu băng từ - Hoạt động điều khiển đặc biệt chương trình Thế hệ (19 65 - 19 80) - Ra đời hệ điều hành, khái niệm đa chương