Lý Thuyết Hệ Điều Hành

Lý Minh ThuậnKhái niệm HĐH Các chương trình ứng dụng Word Excel Games … Hệ Điều Hành Tài nguyên phần cứng Người sử dụng Hệ Thống Máy Tính... Lý Minh ThuậnHệ thống xử lý theo lô đa chương

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 1 Cấu Trúc Hệ Thống Máy Tính

Các thành phần của 1 hệ thống máy tính(Computer System)

 Trung tâm xử lý ≈ Thùng máy (Computer Case)

 Thiết bị hiển thị (Display Device) ≈ màn hình (Monitor)

 Thiết bị nhập (Input Device) ≈ Bàn phím (Keyboard), Chuột (Mouse)

 Thiết bị in ấn, loa, …

Lý Minh Thuận

Trung Tâm Xử Lý

 Thùng máy (Case)

 Bộ cấp nguồn (PSU = Power Supply Unit)

 Bo mạch chủ (MotherBoard, MainBoard)

 Chip vi xử lý trung tâm (CPU = Central

Proccessing Unit)

 Bộ nhớ (Memory, RAM = Random Access Memory)

 Mạch đồ họa (VGA Card= Video Graphics Array)

 Các mạch chuyên dụng khác : Sound card, Network card, Fax/Modem card, TV Turner card …

 Các thiết bị lưu trữ và truy xuất : Ổ cứng (HardDrive),

ổ mềm (FloppyDrive), CD/DVD Rom, …

Bo mạch chủ (1)

RAM

ROM

Lý Minh Thuận

Bo mạch chủ (2)

Vỏ máy (Case) và PSU

Lý Minh Thuận

Vai trò của chip vi xử lý (CPU)

 Chịu trách nhiệm xử lý mọi hoạt động của máy tính.

 Được sự hỗ trợ bởi các Device Controller ≈ Bộ điều khiển thiết bị

 Device Controller chịu trách nhiệm xử lý các hoạt động đặc thù : thao tác toán học, thao tác của các thiết bị như VGA card, Sound card, …

 CPU và các DC chia sẻ với nhau đường truyền (bus)

dữ liệu, bộ nhớ chính, …

Quá Trình (Các trạng thái xảy ra khi máy tính) Khởi Động (1)

 Người sử dụng kích hoạt power switch trên

motherboard  kích hoạt PSU  motherboard khởi động  khởi động chương trình bootstrap.

 Bootstrap :

1 Khởi động và kiểm tra các thiết bị của máy

tính : CPU, RAM, VGA, Các ổ đĩa …

2 Định vị hệ điều hành sẽ được khởi động

3 Khởi động hệ điều hành

Lý Minh Thuận

Cơ chế hoạt động giữa CPU và các DC

 CPU và các DC : thành phần nòng cốt của Motherboard, đóng vai trò như các đơn vị xử lý.

CPU

DC DC

RAM

DC = Device Controller = bộ điều khiển thiết bị

 1 DC đóng vai trò điều khiển, là trung tâm xử lý của từng thiết bị riêng biệt trong hệ thống máy tính.

 Thiết bị có thể được tích hợp sẵn trên Motherboard (như ALU, Co-Proccessor, …) hoặc là 1 thiết bị rời / card gắn thêm vào Motherboard qua các khe cắm, cổng.

Các thiết bị trong 1 CS hiện đại

Lý Minh Thuận

Cấu trúc nhập xuất

 Nhập xuất ≈ cách thức liên lạc giữa CPU và các DC.

 Mỗi DC đăng ký 1 hoặc 1 tập thanh ghi + 1 vùng nhớ đệm cục bộ (local buffer)

 CPU gởi yêu cầu xử lý đến DC qua thanh ghi  DC

xử lý và đưa dữ liệu kết quả ra local buffer.

Các cơ chế nhập xuất

 Nhập xuất đồng bộ : DC hoặc CPU sau khi yêu cầu

xử lý sẽ chờ cho đến khi nhận được kết quả thích hợp.

 Nhập xuất không đồng bộ : DC hoặc CPU sau khi yêu cầu xử lý tiếp tục làm công việc khác, chỉ nhận kết quả bằng 1 thông báo bởi 1 ngắt phát sinh do

DC được yêu cầu.

Lý Minh Thuận

Mô tả thiết bị trong CS

Cấu trúc lưu trữ

 Cấu trúc lưu trữ của 1 CS gồm :

• Bộ nhớ chính

• Thanh ghi, cache

• Đĩa cứng, mềm, đĩa CD/DVD, USB Drive , …

• Băng từ

BÀI GIẢNG

HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần lý thuyết

Chương 2Tổng Quan Về Hệ Điều Hành

GV: Nguyễn Duy Nhất nhatnd@hcm.fpt.vn

Lý Minh Thuận

Khái niệm HĐH

Các chương trình ứng dụng Word Excel Games …

Hệ Điều Hành Tài nguyên phần cứng

Người sử dụng

Hệ Thống Máy Tính

 Quản lý, phân phối và bảo vệ tài nguyên phần cứng

Tài nguyên phần cứng = CPU, bộ nhớ, cấu trúc nhập xuất, cấu trúc lưu trữ

Lý Minh Thuận

Phân loại HĐH

 Hệ thống xử lý theo lô đơn giản

 Hệ thống xử lý theo lô đa chương

 Hệ thống chia sẻ thời gian

 Hệ thống song song

 Hệ thống phân tán

Hệ thống xử lý theo lô đơn giản

 Xử lý theo lô (batch proccessing) : các công việc được thực hiện tuần tự được chỉ định trước

 Khuyết điểm : không tận dụng được hiệu suất sử dụng CPU và các tài nguyên phần cứng.

Lý Minh Thuận

Hệ thống xử lý theo lô đa chương

 Lập lịch (schedule) thực hiện các công việc : tổ chức các công việc sao cho CPU được sử dụng với hiệu suất cao nhất

 Vấn đề : Lập lịch cho công việc, CPU và bộ nhớ

 Ưu điểm : khắc phục được 1 phần khuyết điểm của hệ thống xử lý theo lô

Hệ thống chia sẻ thời gian

 Còn được gọi là hệ thống đa nhiệm (multi-tasking) : nhiều công việc được thực hiện cùng lúc thông qua

cơ chế chuyển đổi CPU với thời gian chuyển đổi rất nhanh.

 Phức tạp hơn hệ thống đa chương : phải có các chức năng quản trị và bảo vệ bộ nhớ, sử dụng bộ nhớ ảo.

 Là kiểu mẫu của các HĐH hiện đại

Lý Minh Thuận

Hệ thống song song

 Hệ thống có nhiều bộ vi xử lý cùng hoạt động, cùng chia sẻ hệ thống đường truyền dữ liệu và các tài

Lý Minh Thuận

Hệ thống phân tán

 Tương tự như hệ thống song song, nhưng mỗi bộ xử

lý có 1 tài nguyên phần cứng riêng (bộ nhớ, đường truyền dữ liệu)

 Các bộ xử lý liên lạc với nhau qua hệ thống dây dẫn tốc độ cao

 Ưu điểm : chia sẻ tài nguyên giữa các bộ xử lý, tăng tốc độ tính toán, độ tin cậy cao

 Thích hợp cho môi trường nhiều người sử dụng

Lý Minh Thuận

Quản lý tiến trình

 Khởi động, hủy, tạm dừng tiến trình

 Cấp phát và thu hồi tài nguyên khi cần thiết

 Cơ chế liên lạc giữa các tiến trình

 Kiểm soát vấn đề deadlock

 Xử lý xung đột giữa các tiến trình, giữa tiến trình và HĐH

Tiến trình, tiểu trình và chương trình

 Chương trình (Program) : 1 phần mềm đã được cài đặt vào HĐH, sẵn sàng để sử dụng.

 Tiến trình (Proccess) : thành phần của chương trình được nạp vào bộ nhớ khi đang hoạt động Mỗi tiến trình sở hữu tài nguyên gồm 1 vùng nhớ đã được cấp phát, 1 độ ưu tiên trong sử dụng CPU.

 Tiểu trình (Thread) : thành phần xử lý nhỏ của tiến trình, các tiểu trình cùng chia sẻ tài nguyên của tiến trình.

Lý Minh Thuận

Quản lý tiến trình trong HĐH Windows

Quản lý bộ nhớ chính

 Bộ nhớ chính là trung tâm của các thao tác xử lý

 Tổ chức theo các mảng kiểu byte, cơ chế truy cập bộ nhớ theo địa chỉ

 Cơ chế DMA : cho phép các DC truy cập bộ nhớ trực tiếp

 Quản trị và cấp phát bộ nhớ cho các tiến trình

 Tốc độ truy cập bộ nhớ phụ nhỏ hơn rất nhiều so với

bộ nhớ chính, nên quản lý bộ nhớ phụ không tốt sẽ dẫn đến trì trệ hoạt động của toàn bộ hệ thống

Quản lý hệ thống nhập xuất

 Cung cấp giao diện (interface) nhập xuất.

 Hệ thống buffer caching trong nhập xuất.

 Các trình điều khiển thiết bị (Device driver) thông dụng (chuẩn / standard).

 Device driver : giao tiếp điều khiển của thiết bị : do nhà sản xuất thiết bị cung cấp hoặc tuân theo chuẩn chung của các thiết bị cùng loại

Hệ thống bảo vệ

 Bảo vệ và kiểm soát sự truy xuất tài nguyên

 Phân quyền trong cơ chế truy cập tài nguyên

 Kiểm soát lỗi trong giao tiếp nhập xuất

Các dịch vụ của HĐH

 Cung cấp dịch vụ =

 Cung cấp môi trường cho các chương trình hoạt động, cơ chế liên lạc, giao tiếp giữa các tiến trình và hệ điều hành

 Cung cấp môi trường cho người sử dụng thi hành các chương trình.

Lý Minh Thuận

Các dịch vụ của HĐH

 Thi hành chương trình

 Thao tác nhập xuất

 Thao tác trên hệ thống lưu trữ phụ / hệ thống tập tin

 Thông tin liên lạc giữa các tiến trình

 Phát hiện, Bẫy (debug) lỗi

 Tập lệnh hệ thống

 Các chương trình tiện ích hệ thống

Tập lệnh hệ thống

 Cung cấp giao tiếp giữa tiến trình và HĐH

 Cho phép gọi từ các ngôn ngữ lập trình cấp cao – hàm dịch vụ hệ thống

 Tham số được truyền qua : thanh ghi, bộ nhớ, stack,

…

 Thao tác với hệ thống tập tin

 Thông tin về trạng thái hệ thống

 Soạn thảo văn bản

 Cài đặt và thi hành các chương trình của NSD

 Công cụ liên lạc giữa các NSD

 Các tiện ích khác : định dạng, sửa lỗi ổ đĩa, tối

ưu hệ thống, …

Các tiện ích hệ thống trong Windows XP

Lý Minh Thuận

Lịch sử phát triển HĐH

 Xem sách

System)

 Giao tiếp với người sử dụng qua cơ chế dòng lệnh

 Vẫn còn được sử dụng để quản lý, sao lưu và phục hồi hệ thống máy tính (*)

Lịch sử phát triển DOS

 Xem sách trang 42

Lý Minh Thuận

Cơ chế hoạt động

NSD khởi động maý DOS khởi động

Màn hình hiện dấu nhắc DOS (cơ chế

dòng lệnh) NSD gõ lệnh Lệnh được thực hiện

Thông

báo lỗi

Lệnh sai

Lệnh đúng

Các thành phần (tập tin) của DOS

Lý Minh Thuận

Tập tin Config.sys

 Chứa các thông tin cài đặt (driver) thiết bị, thông tin cấu hình hệ thống : bộ nhớ mở rộng, file buffer, …

Tập tin Autoexec.bat

 Chứa các dòng lệnh của người sử dụng sẽ tự động được thực hiện khi DOS khởi động

DOS – 1 số khái niệm

Lý Minh Thuận

DOS – 1 số khái niệm (p.2)

 Đường dẫn tuyệt đối : đường dẫn tính từ thư mục gốc

Ký tự * : Đại diện cho 1 nhóm ký tự bất kỳ

Ký tự ? : Đại diện cho 1 ký tự bất kỳ

Một số lệnh nội trú quan trọng

1. DIR <đường dẫn thư mục> /x

Liệt kê nội dung thư mục

/x : tham số tùy chọn, ví dụ :

/p – liệt kê theo từng trang màn hình, /ah – liệt kê các tập tin mang thuộc tính ẩn, /w – liệt lê theo nhiều cột

/? – liệt kê và giải thích tất cả tham số có thể

có của lệnh

2. CLS

Xóa màn hình

Xóa thư mục, thư mục cần xóa phải rỗng

6. DEL < ĐD 1 hoặc 1 nhóm tập tin>

Xóa tập tin

7. COPY <ĐD 1 nhóm t.t> <ĐD thư mục>

Tạo 1 bản sao của 1 nhóm tập tin và đặt tại 1 thư

mục được chỉ định

Xem nội dung tập tin trên từng trang màn hình

15. COPY CON <ĐD tập tin mới>

Tạo tập tin mới, sau khi gõ lệnh, người sử dụng gõ

tiếp nội dung cho tập tin mới, và gõ F6 + enter để kết thúc

Chương trình thường trú và virus trong DOS

 Chương trình thường trú : toàn bộ mã lệnh chương trình được nạp và bộ nhớ khi thi hành, ở dạng tập tin .COM

 Virus DOS : chương trình thường trú ngoài ý muốn của NSD, thực hiện các mục tiêu phá hoại hệ thống

Những nét chính về HĐH Microsoft Windows

 Là hệ điều hành đa nhiệm :(*)

 Với người sử dụng

 Với lập trình viên

 Giao diện đồ họa tương tác thân thiện, hỗ trợ nhiều chương trình tiện ích

 Yêu cầu phần cứng không cao

 Tận dụng được tối đa khả năng phần cứng

 Tính năng bảo vệ hệ thống cao

 Dễ cài đặt thiết bị, thay đổi cấu hình hệ thống

Lý Minh Thuận

Lịch sử phát triển

 Xem Sách trang 55

Cơ chế hoạt động

1. Người sử dụng khởi động máy tính: Bootstrap kiểm

tra thiết bị, nạp hệ điều hành có trong ổ đĩa khởi động

2. Chương trình khởi động của hệ điều hành nạp tập

tin IO.SYS vào bộ nhớ chính

3. IO.SYS nạp MS-DOS.SYS : định vị các file hệ

thống của Windows

4. Tập tin Config.sys được xử lý

Lý Minh Thuận

Cơ chế hoạt động (t.t)

6. Tập tin Autoexec.bat được thi hành nếu có (không

cần thiết trong Windows)

7. Bộ quản lý máy ảo VMM32.VXD được nạp

8. VMM32 nạp các thiết bị được mô tả trong

System.ini, các driver vxd của thiết bị

9. Nạp các thông tin cấu hình hệ thống trong

System.ini

10. Nạp tập tin Kernel.DLL chứa mã chính của hệ

điều hành

Cơ chế hoạt động (t.t)

11. Nạp GDI.EXE và GDI.DLL chứa mã thực hiện các

dịch vụ đồ họa

12. Nạp USER.EXE và USER.DLL chứa mã quản lý

các giao tiếp với người sử dụng

13. Nạp các tài nguyên khác, font hệ thống

14. Nạp và thi hành các cấu hình về chương trình và

người sử dụng trong WIN.INI

15. Nạp Shell của Windows : tập tin EXPLORER.EXE,

Lý Minh Thuận

Các đặc điểm của SHELL

 Hoạt động theo giao tiếp đồ họa

 Quản trị Windows dựa trên thanh tác vụ (TaskBar)

 Thao tác chủ yếu với các đối tượng: Tập tin, Folder, Program, Icon, Shortcut, Desktop, Window, … :

 Các thao tác trên mỗi đối tượng là tương tự nhau

 Mỗi đối tượng khác nhau có tập thuộc tính khác nhau, người sử dụng tác động lên đối tượng bằng cách thay đổi tập thuộc tính này.

 Các đối tượng có thể được sao chép (copy), cắt (cut), dán (paste), di chuyển (move), kéo thả (drag&drop) hoặc được kích hoạt (bằng cách double-click lên biểu tượng của đối tượng)

Các đối tượng trong Windows : Icon

 Là biểu tượng đại diện cho một đối tượng của Windows

 Có các thuộc tính đặc trưng như hình hiển thị, dòng chữ

mô tả

Lý Minh Thuận

My Computer

 Là nơi chứa tất cả các đối tượng khác của

Windows liên quan đến người sử dụng, bao

gồm : Các ổ đĩa, Control Panel, Printer, Network, …

 Là biểu tượng liên kết (trỏ tới) với một đối tượng khác, nhằm mục đích giúp cho người sử dụng có thể kích hoạt đối tượng mà không cần phải mở window

mà máy tính của người

sử dụng đang tham gia vào (nếu có)

 Các thông tin bao gồm:

các workgroup, các máy tính khác, các tài nguyên được chia sẻ

Recycle Bin

 Chứa các file đã bị xóa tạm thời, cho phép phục hồi các file này khi cần thiết Có thể xác định kích cỡ (dung lượng) tối

đa của các Bin tương ứng cho từng ổ đĩa.

 Tip : gõ Shift – Delete

Lý Minh Thuận

TaskBar

 Chứa shortcut của các ứng

dụng (cửa sổ) đang chạy, cho phép chuyển đổi qua lại giữa các cửa sổ Và các

thông tin hệ thống khác như : thời gian, volumn, các

small icon của các chương trình thường trú (TrayBar), các thanh công cụ tiện

ích…

Users\Start Menu\Programs trong Windows XP

 Recent Documents : Chứa shortcut của các file được người

sử dụng truy cập gần đây nhất Đối tượng này tương ứng với folder \Windows\Start Menu\Documents trong Windows

Lý Minh Thuận

Start Menu (t.t)

 Settings : Bao gồm các cài đặt cấu hình cho Control Panel, Printers, Taskbar…

 Run : thi hành ứng dụng ở cơ chế dòng lệnh

 Help : các thông tin trợ giúp

 Find (hoặc Search trong WinXP) : Cho phép tìm kiếm folder, tập tin trong các ổ đĩa, hoặc máy tính trên mạng

 Shutdown : Chấm dứt sử dụng máy tính

 Log Off : Chấm dứt phiên làm việc của người sử dụng hiện tại

 Là nền của máy tính,

chứa các đối tượng như

My Computer, Network Neighborhood, My

Documents, và các shortcut do người sử dụng tạo ra

Lịch sử phát triển

 Xem sách trang 74

 Hỗ trợ bảng FAT Turbo FAT

 Có thể quản lý tốt partition có nhiều tập tin

 Bảo vệ dữ liệu tốt

Lý Minh Thuận

Lịch sử phát triển

 Xem sách trang 80

Các nét chính

 Là hệ điều hành rất thông dụng trong các hệ thống máy tính đặc biệt : minicomputer, microcomputer, mainframe

 Hỗ trợ mạng diện rộng rất tốt

 Phiên bản Microsoft’s Xenix hỗ trợ hệ máy PC

GV: Nguyễn Duy Nhấtnhatnd@hcm.fpt.vn

Khái niệm

 Hệ thống quản lý tập tin (File management system)

là cách thức hệ điều hành tổ chức, truy cập dữ liệu trên hệ thống lưu trữ phụ ≈ Bộ nhớ ngoài.

 Tập tin (File) : được xem là 1 đơn vị lưu trữ thông tin của bộ nhớ ngoài : đối tượng của hệ thống quản

lý tập tin.

 Thư mục (Folder, Directory) : Là tập hợp các tập tin

và các thư mục con tổ chức theo hình cây

 Mỗi thư mục thường lưu trữ thông tin về thư

 Truy xuất nội dung

 Quản lý vai trò của tập tin đối với hệ điều hành

 Bảo vệ tập tin

 Cách tổ chức thao tác trên thư mục

 Kiểu tập tin

 Tập tin văn bản (Text file) : chỉ chứa các ký tự

“có nghĩ a”

 Tập tin nhị phân (Binary file) : có thể chứa các

ký tự đặc biệt (Enter, BackSpace, Escape, …) – chứa mã máy

Mô hình tập tin (t.t)

 Cách thức truy xuất tập tin

 Truy xuất tuần tự

• Thường sử dụng cho các tập tin văn bản.

 Truy xuất tuần tự có vị trí bắt đầu (Seek)

• Thường sử dụng cho các tập tin văn bản có cấu trúc (tập tin CSDL)

 Truy xuất ngẫu nhiên (random access)

• Thường sử dụng cho các tập tin nhị phân

 Thời điểm tạo (Created day)

 Thời điểm cập nhật (Modified day)

 Thời điểm truy xuất (Accessed day)

 Kích thước (Size)

…

Mô hình thư mục

 Tổ chức thư mục theo cấp bậc (tổ chức cây) :

 Khởi đầu từ thư mục gốc

 Mỗi thư mục chứa các thư mục con và các tập tin

 Đường dẫn tuyệt đối

 Đường dẫn tương đối

 Thư mục hiện hành

 Đối với toàn bộ hệ thống

 Đối với từng tiến trình

Cấu trúc hệ thống quản lý tập tin

 Bảng các chỉ mục (entry) tập tin/thư mục con của 1 thư mục, mỗi chỉ mục bao gồm :

 Địa chỉ các khối trên đĩa của toàn bộ tập tin, hoặc

 Địa chỉ của khối đầu tiên, hoặc

 Số I-Node, hoặc

 … (tùy theo cách lưu trữ và định vị tập tin của

hệ điều hành)