Bài giảng Hệ điều hành - Bài 1: Tổng quan Hệ điều hành

Bài giảng Hệ điều hành - Bài 1: Tổng quan Hệ điều hành giúp các bạn hiểu được hệ điều hành là gì? Cấu trúc phần cứng, đa chương và chia sẽ thời gian, hoạt động Hệ điều hành, cấu trúc Hệ điều hành, lời gọi hệ thống (System Call).

Ths Lương Trần Hy Hiến www.hutechos.tk  Giảng viên:  Ths Lương Trần Hy Hiến (HIENLTH)  Khoa CNTT, ĐH Sư phạm TpHCM (FIT – HCMUP)  Email: hienlth@hcmup.edu.vn  Tài liệu môn học: http://fit.hcmup.edu.vn/~hienlth/HUTECH  Tài liệu tham khảo  Sách, giáo trình Hệ điều hành, HUTECH  Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne (2013), Operating System Concepts - 9th edition, ISBN: 978-1-118-06333-0 Hệ điều hành gì? Cấu trúc phần cứng Đa chương chia thời gian Hoạt động Hệ điều hành Cấu trúc Hệ điều hành Lời gọi hệ thống (System Call) Quá trình khởi động máy tính  Nhu cầu: Người dùng ln thích sử dụng HĐH cho phép chạy vài chương trình đồng thời Hệ điều hành gọi gì?  Thực tế: Hầu hết máy tính có vi xử lý (các máy có >1 CPU đắt tiền) Làm thỏa mãn nhu cầu người dùng?  Một CPU rõ ràng chạy chương trình  Khơng thể chia CPU làm nhiều phần chia bánh   Các chương trình muốn chạy trước hết cần phải nạp vào nhớ (RAM)  Khi có nhiều chương trình sử dụng nhớ HĐH thực việc chia sẻ cho chương trình khơng gian nhớ riêng  Vấn đề: nhớ RAM có hạn (ví dụ 64MB), chạy nhiều chương trình ??? Ví dụ:   Windows XP (lõi) 60MB  Windows Media Player 12MB  Visual Studio NET 30MB Làm cách mà Windows chạy được?  Khi nghe nhạc, Windows gặp lỗi, ta có nghe tiếng báo lỗi?    Chỉ có hệ điều hành ME, 2000, XP, … Vậy HĐH sử dụng giải pháp nào?  Luân phiên?  Tuần tự?  Chia bánh?  Giải pháp khác? ☺Về nhà bạn thử làm cho Windows phát nhạc khác loa xem? Có khơng? Ứng dụng Phần mềm Hệ thống Windows XP, 7, 8, Thiết bị xử lý lưu trữ Thiết bị xuất (monitor) Phần cứng Thiết bị nhập liệu   Hệ điều hành  Là chương trình quản lý phần cứng máy tính  Trung gian người dùng phần cứng máy tính  Cung cấp mơi trường cho ứng dụng khác thực thi Hệ điều hành mạng  Là hệ điều hành  Cung cấp khả cần thiết để kết nối mạng  VD: WinXP, Win 2000 server    Mọi chương trình (mã nguồn + liệu) cần nạp vào nhớ để thi hành Nhiều tiến trình chạy đồng thời  Quản lý nhớ cho tối ưu việc tận dụng CPU đáp ứng kịp thời cho người sử dụng Vai trò HĐH việc quản lý nhớ:  Tổ chức cấp phát, thu hồi nhớ cần thiết ▪ Mơ hình cấp phát (liên tục, không liên tục) ▪ Quản lý không gian địa tiến trình  Quản lý nhớ ảo ▪ Quyết định chương trình/ phần chương trình nạp vào/ nhớ  Hệ thống quản lý nhập xuất chịu trách nhiệm:  Tạo môi trường giao tiếp đơn giản, đồng với thiết bị nhập xuất ▪ Trình điều khiển thiết bị: che đặc thù phức tạp thiết bị nhập xuất người sử dụng  Quản lý hiệu nhập xuất: ▪ Điều phối yêu cầu nhập xuất ▪ Tổ chức lưu trữ đệm (buffering, spooling,…) ▪ Quản lý lỗi Nhiều loại thiết bị lưu trữ đa dạng tốc độ truy xuất, đơn vị lưu trữ, phương thức truy xuất (đĩa cứng, USB, CD,…)  HĐH cung cấp nhìn logic đồng việc lưu trữ thông tin – tập tin  Tập tin thường tổ chức thư mục  Vai trò HĐH việc quản lý tập tin:      Tổ chức tập tin, thư mục đĩa Hỗ trợ thao tác tập tin thư mục Quản lý quyền truy cập Sao lưu dự phòng tập tin thiết bị lưu trữ  Hệ thống máy tính ln đứng trước mối nguy cơ:  Khách quan: thiên tai, lỗi sử dụng, lỗi phần cứng, phần mềm  Chủ quan: ▪ Tấn công phá hoại: virus, worm, DoS, … ▪ Ăn cắp tài nguyên: trojan horses, trap doors, Manin-the-middle, …  Bảo vệ (protection) Bảo mật (security):  Kiểm soát trình truy xuất tài nguyên tiến trình/ người dùng  Phịng thủ, chống lại cơng  Một số chế: Hoạt động chế độ (kernel mode vs user mode) Sao lưu dự phòng (Backup) Xác thực người dùng (User Authentication) Phân quyền (Authorization), sách bảo mật (Policy)  Kiểm soát nhật ký (Audit log)       Bộ xử lý gồm: ALU, CU, Register Quá trình xử lý thực thi yêu cầu (dưới dạng lệnh): lấy lệnh – giải mã – thực thi (fetch – decode – Bộ nhớ execute) CPU Phép toán Phép logic Bộ đếm CT (PC) Thanh ghi Thanh ghi Thanh ghi n +,-,*,/ ,!= 8 69 Power on Reboot Khởi tạo hệ thống CPU, device controller, main memory, load đoạn code khởi động hđh   Hệ điều hành nằm đâu ? Làm để máy tính nạp chạy HĐH lúc khởi động?  Quá trình để khởi động HĐH gọi booting  Quá trình khởi động máy đại gồm giai đoạn  CPU thực thi lệnh từ địa cố định biết trước (boot ROM)  Firmware nạp boot loader  Boot loader nạp HĐH  (1) CPU thực thi lệnh từ địa biết trước nhớ  Địa vùng nhớ thường trỏ tới vùng nhớ đọc (ROM – read-only memory)  Với x86, địa 0xFFFF0, trỏ tới địa chương trình BIOS (basic input-output system) ROM  (2) ROM chứa mã nguồn “boot”  Loại phần mềm đọc gọi firmware  Với x86, chương trình BIOS thực cơng việc: ▪ Kiểm tra cấu hình CMOS (complementary metal oxide semiconductor) ▪ Nạp trình quản lý ngắt (interrupt handler) trình điều khiển thiết bị ▪ Khởi tạo ghi quản lý nguồn cung cấp (power management) ▪ Thực trình kiểm tra phần cứng (POST – power-on self-test) ▪ Hiển thị thiết lập hệ thống ▪ Xác định thiết bị có khả khởi động ▪ Tiếp tục trình khởi động  Nạp thực thi chương trình boot loader  (3) Boot loader sau nạp phần cịn lại HĐH Chú ý thời điểm HĐH chưa chạy  Boot loader hiểu nhiều hệ điều hành khác  Boot loader hiểu nhiều phiên khác HĐH  Đã nghe “dual boot” ?  Bài giảng có tham khảo từ:  Slide Bài giảng Hệ điều hành, ĐH KHTN TpHCM  Slide Bài giảng Hệ điều hành, ĐH CNTT 76 77 ... Sách, giáo trình Hệ điều hành, HUTECH  Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne (2013), Operating System Concepts - 9th edition, ISBN: 97 8-1 -1 1 8-0 633 3-0 Hệ điều hành gì? Cấu trúc... động Hệ điều hành Cấu trúc Hệ điều hành Lời gọi hệ thống (System Call) Q trình khởi động máy tính  Nhu cầu: Người dùng ln thích sử dụng HĐH cho phép chạy vài chương trình đồng thời Hệ điều hành. .. bốn thành phần:  phần cứng,  hệ điều hành,  chương trình ứng dụng chương trình hệ thống ngồi hệ điều hành,  người dùng 31  Hệ điều hành chương trình liên quan mật thiết đến phần cứng, có