CHƢƠNG 2 TèM HIỂU KỸ CẤUTRÚC HỆĐIỀU HÀNH
2.3 CẤUTRÚC HỆĐIỀU HÀNH
2.3.4 Một số hệđiều hành cụ thể
Việc lấy vớ dụ từ những hệ điều hành cụ thể là rất cần thiết cho trỡnh bày nội dung cỏc phần tiếp theo (ngay trong cỏc phần trờn ta đó gặp một số vớ dụ). Cỏc vớ dụ đó và sẽ sử dụng được lấy từ một số hệ điều hành thụng dụng. Cỏc hệ điều hành này cú ứng dụng rộng rói và một số được coi như những hệ điều hành tiờu chuẩn. Một trường hợp ngoại lệ cũng được nhắc đến là hệ điều hành MINIX. Mặc dự khụng cú ứng dụng thực tế nhưng do kớch thước nhỏ, đơn giản
và mục đớch cỏc tỏc giả khi xõy dựng MINIX là phục vụ đào tạo nờn cỏc vớ dụ lấy từ MINIX rất phự hợp với nội dung cuốn sỏch này. Cỏc hệ điều hành vớ dụ sẽ được giới thiệu sơ lược trong phần này. Đặc điểm cụ thể và cỏc giải phỏp kỹ thuật của từng hệ điều hành cú thể gặp trong nội dung cỏc chương sau khi ta xem xột cỏc vấn đề liờn quan.
2.3.4.1 UNIX
UNIX chiếm một vị trớ quan trọng trong lịch sử phỏt triển hệ điều hành. Hệ điều hành UNIX được Ken Thomson xõy dựng tại phũng thớ nghiệm Bell Laboratories của hóng AT&T vào cuối những năm bẩy mươi. Sau đú UNIX được Ken Thomson và Dennis Ritchie (tỏc giả ngụn ngữ C) viết lại chủ yếu bằng C. Trong số khoảng mười nghỡn dũng mó của phiờn bản đầu tiờn này chỉ cú khoảng một nghỡn dũng viết trờn assembly. Đõy là hệ điều hành đầu tiờn được viết gần như hoàn toàn trờn ngụn ngữ bậc cao và điều này đó tạo cho UNIX khả năng dễ dàng chuyển đổi, cú thể sử dụng cho nhiều kiến trỳc mỏy tớnh khỏc nhau. Sau một thời gian sử dụng hiệu quả tại Bell Labs, hóng AT&T cho phộp sử dụng UNIX vào mục đớch nghiờn cứu và giảng dạy tại cỏc trường đại học của Mỹ, đồng thời cung cấp mó nguồn hệ điều hành này. Thực tế, UNIX là hệ điều hành được sử dụng rộng rói nhất tại cỏc trường đại học trong một thời gian dài. Việc “mở cửa” đối với UNIX như vậy đó tạo ra vụ số sửa đổi và cỏc phiờn bản khỏc nhau. Phiờn bản UNIX đỏng chỳ ý nhất được xõy dựng tại Đại học tổng hợp Caliornia ở Berkeley và cú tờn Berkeley Software Distribution (BSD). Phiờn bản này chứa một số cải tiến quan trọng đối với UNIX như bộ nhớ ảo, hệ quản lý tệp tốc độ cao, hỗ trợ mạng và giao thức truyền thụng TCP/IP.
Song song với cỏc trường đại học, một số nhà sản xuất mỏy tớnh cũng xõy dựng những phiờn bản UNIX cung cấp cho mỏy tớnh của mỡnh (chẳng hạn SUN Solaris, HP UNIX, IBM AIX). Cỏc phiờn bản này thường tương thớch với UNIX ở mức độ người dựng với một số sửa đổi nhất định.
Từ khi ra đời, UNIX đó được sử dụng rộng rói trong cỏc nghiờn cứu về hệ điều hành. Đa số giải phỏp kỹ thuật cho cỏc hệ điều hành sau này cú nguồn gốc từ UNIX. Một số phần, chẳng hạn giao diện lập trỡnh (system calls) của UNIX cú mặt trong hầu hết cỏc hệ điều hành hiện đại (với một số sửa đổi nào đú). Thành cụng của UNIX đó đem lại cho Ken Thomson giải thưởng Turing, giải thưởng lớn trong lĩnh vực điện tử, tin học mà trước đú chỉ được trao cho cỏc sản phẩm phần cứng.
2.3.4.2 MINIX
Sau một thời gian cung cấp mó nguồn và quyền sử dụng gần như miễn phớ UNIX cho cỏc trường đại học, hóng AT&T nhận ra giỏ trị thương mại của hệ điều hành này. Từ phiờn bản 7 của UNIX, AT&T ngừng cung cấp quyền sử dụng mó nguồn, coi đõy như bớ mật của hóng. Việc khụng cú giấy phộp sử dụng UNIX gõy ra nhiều khú khăn trong giảng dạy thực hành và nghiờn cứu về hệ điều hành.
Trước tỡnh hỡnh trờn, Andrew Tanenbaum, một giỏo sư người Hà lan rất nổi tiếng trong cỏc nghiờn cứu về hệ điều hành, đó xõy dựng một hệ điều hành và đặt tờn là MINIX (mini-
UNIX). MINIX được xõy dựng với mục đớch minh họa, phục vụ đào tạo, cú thể sử dụng miễn phớ và được cung cấp cựng mó nguồn. MINIX tương thớch với UNIX phiờn bản 7 trờn quan điểm người dựng (người dựng sẽ thấy việc sử dụng và chạy chương trỡnh trờn MINIX rất giống với trờn UNIX) song khụng sử dụng mó nguồn của UNIX mà được viết lại hoàn toàn. So với UNIX, MINIX đơn giản hơn rất nhiều. Hệ điều hành này chủ yếu chứa những phần mang tớnh minh hoạ cho cỏc giải phỏp kỹ thuật về hệ điều hành. Mó nguồn do đú tương đối ngắn và được viết sao cho dễ đọc, dễ hiểu nhất. Một số lượng lớn cỏc chỳ giải được cung cấp kốm với mó nguồn giỳp cho việc nghiờn cứu MINIX dễ dàng hơn. Cho đến nay phương chõm phỏt triển MINIX vẫn là giữ cho hệ điều hành này nhỏ và dễ hiểu nhất đối với sinh viờn. Cũng như UNIX, MINIX được viết trờn C và dễ dàng chuyển đổi giữa cỏc kiến trỳc mỏy tớnh khỏc nhau. Phiờn bản đầu tiờn được viết cho IBM PC, kiến trỳc thụng dụng nhất hiện nay.
Sau đú MINIX đó được chuyển đổi thành cụng để chạy trờn một số mỏy tớnh khỏc như Amiga, Macintosh, Sun SPARC. Ngay sau khi ra đời, MINIX đó thu hỳt được sự quan tõm của một số đụng sinh viờn, lập trỡnh viờn và người dựng.
2.3.4.3 Linux
Sau khi AT&T hạn chế sửa đổi và thương mại hoỏ UNIX, việc xõy dựng hệ điều hành cú cỏc tớnh năng tương tự như UNIX xong khụng bị cỏc hạn chế về bản quyền ràng buộc trở thành mục tiờu của một số sinh viờn và cỏc nhà nghiờn cứu. MINIX là một sản phẩm khỏ thành cụng trong số này. Tuy nhiờn, do mục đớch của tỏc giả là giữ cho hệ điều hành càng đơn giản càng tốt, MINIX khụng trở thành một hệ điều hành đỏp ứng được cỏc nhu cầu của đa số người dựng mỏy tớnh.
Năm 1991, Linus Torvalds, sinh viờn người Phần lan, đó phỏt triển phiờn bản MINIX với ý đồ xõy dựng một hệ điều hành thực thụ, cú thể sử dụng rộng rói và tương thớch UNIX. Hệ điều hành này được đặt tờn là Linux. Giống như MINIX, Linux được cung cấp hoàn toàn miễn phớ cựng với mó nguồn. Tất cả những ai quan tõm cú thể tham khảo và sửa đổi mó nguồn để tạo ra cỏc phiờn bản Linux hoàn chỉnh hơn, nhiều chức năng hơn. Thành cụng của cỏc phiờn bản đầu tiờn cựng tớnh “mở” của Linux đó thu hỳt được một số lượng lớn lập trỡnh viờn tham gia sửa đổi, hoàn chỉnh hệ điều hành này. Cỏc phiờn bản của Linux được cung cấp theo cỏc điều khoản của GNU General Public License, theo đú Linux được cung cấp miễn phớ, cựng mó nguồn. Tất cả mọi người đều cú quyền sửa đổi và được cụng nhận quyền tỏc giả đối với thành quả của mỡnh nhưng khụng được phộp thu tiền từ cỏc sửa đổi đú. Một số lượng lớn chương trỡnh ứng dụng cho Linux cũng được viết theo cỏc điều kiện của GNU như vậy, đến nay, Linux là hệ điều hành kiểu UNIX được sử dụng rộng rói nhất cho cỏc mỏy tớnh để bàn và mỏy tớnh cỏ nhõn. Linux tương thớch với chuẩn POSIX 1003.1 (chuẩn lập trỡnh cho UNIX) và chứa nhiều tớnh năng của cỏc hệ UNIX System V, BSD 4.3. Tuy nhiờn Linux được tối ưu hoỏ để cú thể chạy trờn cỏc mỏy tớnh cỏc nhõn với cỏc tài nguyờn hạn chế.
2.3.4.4 MS-DOS
MS-DOS là sản phẩm của hóng Microsoft và được trang bị cho những mỏy PC đầu tiờn của IBM theo thoả thuận của hóng này. Để cú thể chạy trờn những mỏy tớnh cỏc nhõn thế hệ đầu với tài nguyờn hạn chế, MS-DOS được xõy dựng đơn giản và cú ớt chức năng hơn nhiều so với hệ điều hành cho cỏc mỏy lớn. Tuy nhiờn, thành cụng của mỏy tớnh IBM PC cựng với sự phổ biến của mỏy này đó đưa MS-DOS thành một trong những hệ điều hành được sử dụng rộng rói trờn thế giới.
Nhiều giải phỏp kỹ thuật trong MS-DOS cú nguồn gốc từ UNIX như giao diện lập trỡnh (cỏc lời gọi hệ thống), cấu trỳc phõn cấp của thư mục, bộ dịch lệnh. Một số chức năng khỏc hoàn toàn khụng cú như bảo mật, hỗ trợ mạng, hỗ trợ nhiều tiến trỡnh.v.v.
Theo mức độ phỏt triển của mỏy tớnh cỏc nhõn, nhiều phiờn bản MS-DOS đó ra đời để thớch ứng với sự phỏt triển của phần cứng.
2.3.4.5 Windows NT, 2000, XP,
Vista, 7, 8
Khi mới ra đời, mỏy tớnh cỏ nhõn (PC) cú cỏc tài nguyờn phần cứng rất hạn chế: CPU chậm, bộ nhớ nhỏ (thường dưới 1MB), khụng cú hoặc chỉ cú đĩa cứng dung tớch bộ.v.v. Hệ điều hành MS-DOS đó được xõy dựng để làm việc với cỏc mỏy tớnh như vậy. Đõy là một hệ điều hành đơn giản, nhiều chức năng được rỳt gọn. Càng về sau, khả năng mỏy tớnh cỏc nhõn càng được mở rộng. Tốc độ tớnh toỏn, dung tớch bộ nhớ cựng nhiều thụng số khỏc của PC bắt đầu cú thể so sỏnh với mỏy tớnh lớn. MS-DOS, mặc dầu được cải tiến, dần dần trở nờn khụng thớch hợp. Cần cú một hệ điều hành đầy đủ tớnh năng hơn, thớch hợp với phần cứng mới.
Trước tỡnh hỡnh đú, hóng Microsoft đó xõy dựng họ hệ điều hành Windows cho mỏy tớnh cỏ nhõn. Windows NT (NT là viết tắt của new technology - cụng nghệ mới) là một thành viờn của họ hệ điều hành này. Windows 2000, XP, Vista, 7 là cỏc thành viờn tiếp theo.
Phiờn bản đầu tiờn của Windows NT được phỏt hành năm 1993. Đõy là hệ điều hành sử dụng nhiều kỹ thuật tiờn tiến trong lĩnh vực hệ điều hành đó được phỏt triển cho đến thời điểm này, bao gồm cả cỏc giải phỏp lấy từ UNIX. So với MS-DOS, Windows NT và cỏc phiờn bản sau là hệ điều hành đa nhiệm, hỗ trợ mạng, cú cỏc chức năng bảo mật, cú giao diện đồ họa dưới dạng cửa sổ và được dựng cho cỏc ứng dụng trờn PC yờu cầu độ ổn định cao.
2.3.4.6 iOS
iOS là hệ điều hành do hóng Apple phỏt triển cho cỏc thiết bị điện thoại thụng minh iPhone, mỏy tớnh bảng iPad và mỏy nghe nhạc iPod của hóng này. Phiờn bản thương mại đầu tiờn của iOS được giới thiệu vào năm 2007 và hiện nay đõy là một trong những hệ điều hành thụng dụng nhất cho thiết bị di động. Apple giữ độc quyền về hệ điều hành này và khụng cung cấp bản quyền để chạy iOS trờn thiết bị của nhà sản xuất khỏc.Cấu trỳc iOS được tham khảo từ hệ điều hành MAC OS X của Apple, cú bổ sung thờm một số chức năng đặc thự cho thiết bị di động như làm việc với màn hỡnh cảm ứng đa điểm, hỗ trợ truyền thụng, cỏc thiết bị đo gia tốc, xỏc định tọa độ tớch hợp, chế độ tiết kiệm năng lượng. Như cỏc sản phẩm khỏc của Apple, tiờu chớ đặt ra khi thiết kế iOS là giỳp cho việc sử dụng thiết bị di động được thuận tiện, dễ dàng, thậm chớ đối với người khụng biết nhiều về kỹ thuật. Đõy là yếu tố quan trọng đảm bảo sự thành cụng cho hệ điều hành này. Apple cũng cung cấp cụng cụ cho phộp cỏc tổ chức và cỏ nhõn khỏc xõy dựng ứng dụng cho iOS (gọi là cỏc app). Ứng dụng cho iOS được cung cấp qua Apple App Store.
Do đặc điểm của thiết bị di động, iOS hỗ trợ đa nhiệm ở mức hạn chế. Ngoài ứng dụng đang được kớch hoạt, chỉ cú một số ứng dụng khỏc được chạy và chia sẻ CPU như ứng dụng chơi nhạc, dịch vụ thụng bỏo (khi cú cỏc sự kiện như tin nhắn, email), xỏc định vị trớ và một số trường hợp khỏc. Bộ nhớ được iOS quản lý tự động, khi bộ nhớ đầy, cỏc ứng dụng khụng hoạt động sẽ bị xúa khỏi bộ nhớ theo thứ tự vào trước ra trước.
2.3.4.7 Android
Android là hệ điều hành cho thiết bị di động thụng dụng nhất hiện nay. Khởi đầu, Androi do hóng Android xõy dựng, sau đú Google mua lại hóng này và trở thành người sở hữu hệ điều hành này từ năm 2005. Android được giới thiệu lần đầu năm 2007 (cựng năm với iOS) và được cung cấp dưới dạng phần mềm nguồn mở theo đú mọi cỏ nhõn và tổ chức cú toàn quyền sử dụng vào mọi mục đớch, kể cả thương mại. Ngoài thiết bị di động như điện thoại, mỏy tớnh bảng, Android được sử dụng cho rất nhiều loại thiết bị khỏc như mỏy ảnh số, TV, mỏy trũ chơi và cỏc thiết bị điện tử khỏc. Rất nhiều hóng sản xuất đồ điện tử sử dụng Android thay vỡ tự phỏt triển hệ điều hành cho thiết bị của mỡnh.
Tương tự iOS, Android hỗ trợ cỏc chức năng đặc trưng của thiết bị di động như giao diện qua màn hỡnh cảm biến đa điểm, thiết bị định vị, xỏc định gia tốc. Google cũng tớch hợp cỏc dịch vụ nhận dạng giọng núi, cỏc hệ thống hỏi đỏp tự động cho hệ điều hành này.
Android được xõy dựng dựa trờn nhõn của hệ điều hành Linux, bổ sung thờm cỏc thư viện và API viết trờn ngụn ngữ C++. Cỏc ứng dụng cho Android viết trờn Java và chạy trờn nền application framework, thực chất là một tập cỏc thư viện tương thớch với Java. So với phiờn bản nhõn Linux gốc, nhõn của Android bổ sung một số tớnh năng như phần tiết kiệm pin, song lại bỏ bớt một số thư viện của Linux. Phần quản lý bộ nhớ cũng được đơn giản húa, theo đú khi khụng gian nhớ cũn ớt, những ứng dụng khụng hoạt động sẽ tự động bị xúa theo thứ tự vào trước ra trước.
Hiện nay, Android là một trong những hệ điều hành phỏt triển nhanh nhất nhờ dựa trờn một cộng đồng nguồn mở lớn và tớch cực.