slide bài giảng kiến trúc máy tính và hệ điều hành chương 5 các cơ sở của hệ điều hành

Khái niệm CHƯƠNG 5: CÁC CƠ SỞ CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH + Hệ điều hành là bộ phận được nhiều đối tượng khai thác: - Người sử dụng thông thường - Lập trình viên - Người quản lý hệ thống Có nhiều

Trang 1

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH

Trang 2

5.1 Khái niệm và phân loại hệ điều hành

5.2 Các chức năng của hệ điều hành

CHƯƠNG 5:

CÁC CƠ SỞ CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH

5.3 Các tính chất của hệ điều hành

Trang 3

5.1 Khái niệm và phân loại Hệ điều hành

5.1.1 Khái niệm

CHƯƠNG 5: CÁC CƠ SỞ CỦA HỆ ĐIỀU

HÀNH

+ Hệ điều hành là bộ phận được nhiều đối tượng khai thác:

- Người sử dụng thông thường

- Lập trình viên

- Người quản lý hệ thống

Có nhiều khái niệm khác nhau về hệ điều hành

Trang 4

Trang 5

5.1.1 Khái niệm

HÀNH

+ Khái niệm 2: Hệ điều hành là hệ thống các chương trình

- Giám sát, điều khiển việc thực hiện các chương trình của người sử dụng

- Quản lý và phân chia tài nguyên cho nhiều chương trình đồng thời

Khai thác chức năng của hệ thống thuận lợi và hiệu quả

Trang 6

5.1.1 Khái niệm

HÀNH

+ Khái niệm 3: Hệ điều hành là một chương trình

- Đóng vai trò là giao diện giữa người sử dụng và phần cứng máy tính

- Điều khiển việc thực hiện của các loại chương trình Gần gũi với các hệ điều hành đang sử dụng

Trang 7

5.1.2 Phân loại

HÀNH

+ Dựa mà cách hệ điều hành thực hiện các công việc:

- Hệ điều hành xử lý theo lô đơn giản

- Hệ điều hành xử lý theo lô đa chương

- Hệ điều hành chia sẻ thời gian

- Hệ điều hành đa vi xử lý

- Hệ điều hành xử lý thời gian thực

- Hệ điều hành mạng

Trang 8

5.1.2 Phân loại

HÀNH

a) Hệ điều hành xử lý theo lô đơn giản

+ Lần lượt thực hiện các tác vụ theo các chỉ thị xác định trước, không cần có sự can thiệp từ bên ngoài

+ Có bộ phận giám sát việc thực hiện các tác vụ, thường trú trong bộ nhớ chính

+ Hoạt động của các tác vụ dựa theo cách tổ chức hàng đợi + Phuc vụ cho máy IBM 701 (Thập niên 50)

Trang 9

Trang 10

5.1.2 Phân loại

HÀNH

b) Hệ điều hành xử lý theo lô đa chương

+ Có khả năng thực hiện nhiều tác vụ đồng thời:

- Nạp một phần code và data của các tác vụ vào bộ nhớ

Trang 11

- Chi phí cao cho việc lập lịch processor

- Vấn đề chia sẻ bộ nhớ chính gặp nhiều khó khăn

Trang 12

5.1.2 Phân loại

HÀNH

c) Hệ điều hành chia sẻ thời gian:

+ Bước phát triển mới trong việc điều khiển các hệ thống đa người dùng

- Việc chuyển processor phụ thuộc vào hệ điều hành

- Thời gian chuyển đổi nhỏ nên có cảm giác song song+ Chia sẻ thời gian xử lý của processor cho các tác vụ:

+ Hệ điều hành đa nhiệm (Multitasking)

Trang 13

- Đa xử lý bất đối xứng (ASMP: Asymmetric MP)

Trang 14

5.1.2 Phân loại

HÀNH

d) Hệ điều hành đa vi xử lý:

+ Đa xử lý đối xứng (SMP: Symmetric MP)

- VXL nào cũng có thể chạy một loại tiểu trình bất kỳ

- VXLs giao tiếp với nhau thông qua bộ nhớ dùng chung

- Cung cấp cơ chế chịu lỗi và khả năng cân bằng tối ưu

- Vấn đề đồng bộ giữa các VXL được đặt lên hàng đầu+ Windows NT, Windows 2000, Windows 2003

Trang 15

- Các VXL còn lại dùng để điều khiển các chương trình

- Đơn giản hơn nhiều so với hệ SMP

- Nếu có 1 VXL dành riêng cho HĐH hỏng thì hệ thống ngừng hoạt động

Trang 16

5.1.2 Phân loại

HÀNH

e) Hệ điều hành xử lý thời gian thực:

+ Khắc phục nhược điểm của hệ điều hành xử lý theo lô:

- Có khả năng cho kết quả tức thời, chính xác

- Các tác vụ được xử lý tức thời, thông báo kết quả hoặc lỗi cho người sử dụng có yêu cầu

- Có sự phối hợp cao giữa phần mềm và phần cứng

Trang 17

5.1.2 Phân loại

HÀNH

f) Hệ điều hành mạng:

+ Điều khiển sự hoạt động của mạng máy tính:

- Chia sẻ và bảo vệ tài nguyên của mạng

- Thực hiện các chức năng cơ bản của hệ điều hành+ Windows 9x/NT, Windows 2000, 2003, Linux

Trang 18

5.2 Chức năng của hệ điều hành

HÀNH

+ Quản lý xuất/nhập

+ Thông dịch lệnh

+ Quản lý bộ nhớ phụ+ Quản lý tập tin

+ Bảo vệ hệ thống+ Quản lý bộ nhớ chính+ Quản lý tiến trình

Trang 19

- Loại bỏ ra khỏi danh sách khi tiến trình kết thúc

- Cung cấp đầy đủ tài nguyên để tiến trình hoạt động

- Thu hồi tài nguyên đã cấp khi kết thúc tiến trình

- Tạm dừng khi tiến trình không thể tiếp tục hoạt động

- Tái kích hoạt tiến trình khi gặp điều kiện thuận lợi

Trang 20

HÀNH

5.2.1 Thành phần quản lý tiến trình

+ Đối với hệ thống có nhiều tiến trình hoạt động song song:

- Giải quyết vấn đề tranh chấp tài nguyên

- Điều phối processor

- Cung cấp cơ chế trao đổi thông tin giữa các tiến trình

- Đồng bộ hóa hoạt động của các tiến trình

Trang 21

HÀNH

QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH

Đánh thứcThay đổi mức độ ưu

tiên

Trang 22

HÀNH

+ Tạo lập tiến trình:

- Đặt tên cho một tiến trình

- Chèn tiến trình vào danh sách các tiến trính đã có

- Xác định mức độ ưu tiên ban đầu của tiến trình

- Tạo lập khối điều khiển tiến trình

- Phân phát các tài nguyên ban đầu cho tiến trình+ Một tiến trình có thể tạo ra thêm một tiến trình mới

Trang 23

HÀNH

+ Hủy bỏ tiến trình: hủy bỏ hoàn toàn khỏi hệ thống

- Tài nguyên của tiến trình được trả lại cho hệ thống

- Phức tạp nếu tiến trình đã tạo ra nhiều tiến trình con:

 Tiến trình con tự động hủy bỏ

 Tiến trình con tiến hành độc lập

Trang 24

HÀNH

+ Tạm dừng tiến trình:

- Tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn

- Giảm tải trong quá trình nạp

- Tạm dừng lâu: tài nguyên sẽ được giải phóng (phụ thuộc vào tình trạng của mỗi tài nguyên)

+ Tái kích hoạt tiến trình:

- Làm tiến trình bắt đầu hoạt động lại từ điểm tạm dừng

Trang 25

Trang 26

HÀNH

5.2.3 Thành phần quản lý xuất/nhập

+ Gửi mã lệnh điều khiển đến thiết bị

+ Tiếp nhận yêu cầu ngắt từ các thiết bị

Trang 27

HÀNH

5.2.4 Thành phần quản lý bộ nhớ phụ (đĩa)

+ Không gian lưu trữ được chia thành các block

+ Hệ điều hành cấp cho tập tin vừa đủ các block tự do

+ Tổ chức cấp phát động vì nội dung tập tin có thể thay đổi+ Định vị đầu đọc/ghi để nâng cao tốc độ truy xuất dữ liệu

Nhiệm

vụ:

 Quản lý không gian trống trên đĩa

 Định vị lưu trữ thông tin trên đĩa

 Lập lịch cho vấn đề đọc/ghi

Trang 28

HÀNH

5.2.5 Thành phần quản lý tập tin

+ Tập tin là tập hợp dữ liệu có tên riêng

+ Hệ điều hành thiết lập mối quan hệ giữa tập tin và thiết bị lưu trữ  Người sử dụng truy xuất thông qua tên tập tin

- Mở/đóng tập tin

- Tạo lập/Hủy bỏ tập tin

- Sao chép/Di chuyển tập tin

- Đổi tên tập tin

- Xem tập tin

Trang 29

HÀNH

+ Các phần dữ liệu trong tập tin có thể tham gia:

- Đọc: nhập một phần dữ liệu từ tập tin vào tiến trình

- Ghi: xuất một phần dữ liệu từ tập tin ra khỏi tiến trình

- Cập nhật: bổ sung một phần dữ liệu đã tồn tại

- Chèn: thêm một phần dữ liệu mới vào tập tin

- Xóa: xóa bỏ một phần dữ liệu khỏi tập tin+ Trong hệ thống có nhiều tiến trình đồng thời truy xuất: phải tạo cơ chế thích hợp để bảo vệ tập tin

Trang 30

HÀNH

+ Bộ phận quản lý tập tin thực hiện những nhiệm vụ:

- Tạo/xóa một tập tin/thư mục

- Bảo vệ tập tin khi có hiện tượng truy xuất đồng thời

- Cung cấp các thao tác xử lý và bảo vệ tập tin/thư mục

- Tạo mối quan hệ giữa tập tin và bộ nhớ phụ

- Tạo cơ chế truy xuất tập tin thông qua tên tập tin

Trang 31

Trang 32

HÀNH

5.2.6 Thành phần bảo vệ hệ thống

 Có cơ chế đảm bảo tài nguyên của mỗi tiến trình

 Điều khiển việc sử dụng tài nguyên, đặc biệt là tài nguyên dùng chung

+ Thành phần bảo vệ hệ thống có những nhiệm vụ:

- Bảo vệ bên ngoài

- Bảo vệ giao diện người sử dụng

- Bảo vệ bên trong:

+ HĐH mạng, HĐH phân tán: kết nối mạng và truyền thông

Trang 33

HÀNH

5.2.7 Thành phần thông dịch lệnh

+ Là thành phần quan trọng nhất của HĐH

- Là một kỹ thuật giao diện giữa NSD và hệ thống

- Không phải là một phần trong nhân hệ thống

+ Bộ thông dịch lệnh (Trình tiện ích Shell):

- Không nằm thường trú trong bộ nhớ chính

- Có nhiều loại shell trong mạng UNIX

 Bourne Shell  C Shell  Korn Shell

Trang 34

5.3 Cấu trúc của hệ điều hành

HÀNH

- Cấu trúc đơn giản (đơn khối - Monolithique)

- Cấu trúc phân lớp (Layered)

- Các máy ảo (Virtual Machines - VM)

- Mô hình khách - chủ (Client - Server)

+ Hệ điều hành là hệ thống lớn và phức tạp

+ Phân chia toàn bộ tác vụ thành các thành phần nhỏ

+ Cấu trúc HĐH: cách thức phân chia và kết nói các thành phần nhỏ với nhau

Trang 35

HÀNH

+ HĐH là một tập hợp các thủ tục

+ Mỗi thủ tục có thể gọi thực hiện một thủ tục khác bất kỳ

5.3.1 Cấu trúc đơn giản

+ Hệ thống đơn khối thường được tổ chức theo 2 dạng:

- Sau khi biên dịch, các thủ tục được liên kết lại

- Sau khi biên dịch, các thủ tục không được liên kết lại

File đối tượng

Bảng chỉ mục, mỗi phần tử là một con trỏ

Trang 36

HÀNH

Chương trình người sử dụng 2

Chương trình người sử dụng 1 Gọi Kernel

Thủ tục dịch vụ Bảng

Trang 37

HÀNH

+ Phân chia các thủ tục thành 3 cấp:

Thủ tục

Thủ

tục

Thủ tục

Thủ

tục

Thủ tục

Trang 38

HÀNH

+ Nhận xét:

- Người sử dụng có thể truy xuất trực tiếp phần cứng

Khó khăn trong việc kiểm soát và bảo vệ hệ thống

- Các thủ tục mang tính chất tĩnh

HĐH thiếu chủ động trong việc quản lý môi trường

Trang 39

HÀNH

5.3.2 Cấu trúc phân lớp

+ Hệ thống được chia thành một số lớp

+ Lớp trong cùng thường là phần cứng

+ Lớp ngoài cùng là giao diện với người sử dụng

+ Mỗi lớp được xây dựng dựa vào lớp bên trong

+ Mỗi lớp là một đối tượng trừu tượng:

- Chứa đựng các dữ liệu và thao tác xử lý dữ liệu

- Các thủ tục của lớp n có thể được gọi bởi lớp n+1

- Lớp n có thể gọi các thủ tục của lớp n-1

Trang 40

the file system, I/O…)

Phần cứng (CPU, memory, disks, I/O…)

Trang 41

Trang 42

+ Một lớp các chương trình hệ thống nằm giữa hệ điều hành

và chương trình của người sử dụng:

- Sử dụng lời gọi hệ thống

- Sử dụng trực tiếp các chỉ thị phần cứng

Trang 43

Trang 44

Tiến trình

OS Phần cứng

Tiến trình

Máy ảo Phần cứng

Tiến trình Tiến trình

OS Máy ảo 1

OS Máy ảo 2

OS Máy ảo 3 Giao diện

lập trình

Trang 45

Trang 46

HÀNH

5.3.3 Máy ảo

Trang 47

HÀNH

5.3.4 Mô hình khách - chủ (Client - Server)

- Nhiều tiến trình của HĐH đóng vai trò Server

- Tiến trình của chương trình NSD là tiến trình Client

+ HĐH hiện đại chuyển các nhiệm vụ ra các lớp bên ngoài:

- Thu nhỏ phần cốt lõi thành hạt nhân cực tiểu (Kernel)

- Chỉ kernel phụ thuộc vào phần cứngXây dựng theo mô hình Client/Server:

- Kernel tạo cơ chế thông tin liên lạc giữa Client, Server

Trang 48

HÀNH

Tiến trình Client

Server quản lý tiến trình

Server quản lý File

Trang 49

HÀNH

+ Cấu trúc của hệ điều hành Windows NT:

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	2,07 MB