Hệ điều hành là gì? Tổ chức hệ thống máy tính (Computer-System Organization) Kiến trúc hệ thống máy tính (Computer-System Architecture) Cấu trúc hệ điều hành (Operating-System Structure) Các hoạt động hệ điều hành (Operating-System Operations) Quản trị quá trình (Process Management) Quản trị bộ nhớ (Memory Management) Quản trị lưu trữ (Storage Management) Bảo vệ và an ninh (Protection and Security) Các hệ thống phân tán (Distributed Systems) Các hệ thống mục đích đặc biệt (Special-Purpose Systems) Môi trường tính toán (Computing Environments)...
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NỘI DUNG Hệ điều hành gì? Tổ chức hệ thống máy tính (Computer-System Organization) Kiến trúc hệ thống máy tính (Computer-System Architecture) Cấu trúc hệ điều hành (Operating-System Structure) Các hoạt động hệ điều hành (Operating-System Operations) Quản trị trình (Process Management) Quản trị nhớ (Memory Management) Quản trị lưu trữ (Storage Management) Bảo vệ an ninh (Protection and Security) Các hệ thống phân tán (Distributed Systems) Các hệ thống mục đích đặc biệt (Special-Purpose Systems) Mơi trường tính tốn (Computing Environments) Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 MỤC TIÊU Cung cấp nhìn bao quát hệ điều hành thành phần Cung cấp nhìn bao qt tổ chức hệ thống máy tính Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.3 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 HỆ ĐIỀU HÀNH LÀ GÌ? Chương trình giữ vai trị trung gian người dùng phần cứng máy tính Đích HĐH: z Thực chương trình người dùng làm cho vấn đề người dùng giải dễ dàng z Làm cho hệ thống máy tính trở nên thuận lợi việc sử dụng z Sử dụng hiệu phần cứng máy tính Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.4 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 CẤU TRÚC HỆ THỐNG MÁY TÍNH Hệ thống máy tính chia thành thành phần: z Phần cứng (Hardware): cung cấp tài nguyên tính toán sở z Hệ điều hành z Điều khiển phối hợp sử dụng phần cứng ứng dụng người dùng Các trình ứng dụng: Xác định cách tài nguyên hệ thống dùng để giải vấn đề tính tốn người dùng z CPU, memory, I/O devices Các xử lý từ (Word processors), trình biên dịch (compilers), trình duyệt Web (web browsers), hệ sở liệu (database systems), trò chơi điện tử (video games) Các người dùng Người, máy móc, máy tính khác Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.5 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 BỐN THÀNH PHẦN HỆ THỐNG MÁY TINH Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.6 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 ĐỊNH NGHĨA HỆ ĐIỀU HÀNH HĐH nhà cấp phát tài nguyên: z Quản trị tất tài nguyên z Quyết định giải yêu cầu xung đột để sử dụng tài nguyên hiệu hợp lý HĐH chương trình điều khiển z Điều khiển thực chương trình để ngăn ngừa lỗi sử dụng máy tính không Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.7 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 ĐỊNH NGHĨA HĐH (Cont.) Khơng có định nghĩa chấp nhận tất người “Chương trình chạy tồn thời gian máy tính” hạt nhân (kernel) Mọi chương trình khác chương trình hệ thống (gắn với HĐH) chương trình ứng dụng Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.8 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 KHỞI ĐỘNG MÁY TÍNH Chương trình bootstrap nạp bật máy reboot z Thường lưu ROM / EPROM, biết tên firmware z Khởi động tất sắc thái hệ thống z Nạp hạt nhân HĐH bắt đầu thực Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.9 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 TỔ CHỨC HỆ THỐNG MÁY TÍNH Sự hoạt động hệ thống máy tính z Một / nhiều CPU, điều khiển thiết bị nối qua bus chung cung cấp truy xuất nhớ chia sẻ z Sự thực đồng thời CPU thiết bị cạnh tranh chu ký nhớ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.10 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 BỐ TRÍ BỘ NHỚ TRONG HỆ ĐA CHƯƠNG Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.26 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 CÁC HOẠT ĐỘNG HĐH Truyền Interrupt hardware Lỗi software yêu cầu tạo exception / trap Các vấn đề trình khác bao hàm vịng lặp vơ hạn, q trình sửa đổi lẫn HĐH Hoạt động phương thức đối ngẫu (Dual-mode) cho phép HĐH bảo vệ thành phần hệ thống khác z User mode kernel mode z Mode bit cung cấp hardware Cung cấp khả phân biệt hệ thống chạy code người dùng code hạt nhân Một số thị đặc quyền thực phương thức hạt nhân (kernel mode) Lời gọi hệ thống thay đổi phương thức sang phương thức hạt nhân, return từ lời gọi đặt lại sang phương thức người dùng Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.27 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 CHUYỂN TỪ USER MODE SANG KERNEL MODE Bộ đếm thời gian ngăn ngừa vịng lặp vơ hạn / q trình lấn phần tài nguyên z Đặt interrupt sau chu kỳ xác định z HĐH giảm đếm z Khi đếm zero sinh interrupt z Dựng lên trước lập lịch biểu trình để thu hồi điều khiển / kết thúc chương trình vượt thời gian phân phối Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.28 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 QUẢN TRỊ QUÁ TRÌNH Một q trình chương trình thực hiện, đơn vị công việc hệ thống Chương trình thực thể bị động, trình thực thể chủ động Quá trình cần tài ngun để hồn thành nhiệm vụ z CPU, memory, I/O, files z Dữ liệu khởi đầu (Initialization data) Kết thúc q trình địi hỏi thu hồi tài nguyên sử dụng lại Quá trình đơn luồng (Single-threaded process) có đếm chương trình xác định vị trí thị z Quá trình thực thị tuần tự, thời điểm đến tận kết thúc Quá trình đa luồng (Multi-threaded process) luồng có đếm chương trình Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.29 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 CÁC HOẠT ĐỘNG QUẢN TRỊ Q TRÌNH HĐH có trách nhiệm hoạt động sau với tư cách quản trị trình Tạo, xóa q trình người dùng q trình hệ thống Treo phục hồi lại trình Cung cấp chế đồng hóa q trình Cung cấp chế liên lạc trình Cung cấp chế lý deadlock Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.30 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 QUẢN TRỊ BỘ NHỚ Tồn liệu nhớ trước sau xử lý Toàn thị nhớ để thực Quản trị nhớ xác định nhớ z Tối ưu hóa sử dụng CPU đáp ứng người dùng Các hoạt động quản trị nhớ z Lưu vết phần nhớ dùng z Quyết định trình nào, liệu di chuyển vào / nhớ z Cấp phát, thu hồi không gian nhớ cần thiết Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.31 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 QUẢN TRỊ LƯU TRỮ Quản trị hệ thống file z Các files thường tổ chức thư mục z Điều khiển truy xuất hầu hết hệ thống xác định “ai truy xuất gì” z Các hoạt động HĐH bao gồm: Tạo xóa files thư mục Các nguyên thủy thao tác files thư mục Ánh xạ file lên lưu trữ thứ cấp Backup files Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.32 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 QUẢN TRỊ LƯU TRỮ LỚN Mass-Storage Management Thông thường đĩa dùng để lưu trữ liệu lớn giữ khoảng thời gian dài Tốc độ tổng thể hoạt động máy tính xoay quanh hệ thống đĩa thuật tốn Các hoạt động HĐH z Quản trị không gian tự z Cấp phát lưu trữ z Lập lịch biểu đĩa Lưu trữ tốc độ chậm phải quản trị: z Lưu trữ tam cấp (lưu trữ quang học , băng từ) Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.33 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 HỆ THỐNG CON I/O Hệ thống I/O có trách nhiệm: z Quản trị nhớ I/O bao gồm buffer, cache, spooling (sự gối đầu output công việc với input công việc khác) z Giao diện device-driver chung z Các Drivers cho thiết bị phần cứng đặc biệt Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.34 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 BẢO VỆ VÀ AN NINH Protection : chế điều khiển truy xuất trình, người dùng đến tài nguyên HĐH Security : Phòng thủ hệ thống chống lại cơng ngồi Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.35 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 CÁC MƠI TRƯỜNG TÍNH TỐN Traditional computer z Blurring over time z Office environment PCs connected to a network, terminals attached to mainframe or minicomputers providing batch and timesharing Now portals allowing networked and remote systems access to same resources z Home networks Used Now to be single system, then modems firewalled, networked Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.36 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Computing Environments (Cont.) Client-Server Computing z Dumb terminals supplanted by smart PCs z Many systems now servers, responding to requests generated by clients Compute-server provides an interface to client to request services (i.e database) File-server provides interface for clients to store and retrieve files Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.37 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Peer-to-Peer Computing Another model of distributed system P2P does not distinguish clients and servers z Instead all nodes are considered peers z May each act as client, server or both z Node must join P2P network Registers its service with central lookup service on network, or Broadcast request for service and respond to requests for service via discovery protocol z Examples include Napster and Gnutella Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.38 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Web-Based Computing Web has become ubiquitous PCs most prevalent devices More devices becoming networked to allow web access New category of devices to manage web traffic among similar servers: load balancers Use of operating systems like Windows 95, client-side, have evolved into Linux and Windows XP, which can be clients and servers Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.39 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 End of Chapter ... Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.39 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 End of Chapter