1_Tong quan ve HDH

 Một cách tổng quát có thể chia tài nguyên phần cứng của hệ thống thành hai loại cơ bản: - Tài nguyên không gian: là các không gian lưu trữ của hệ thống như đĩa, bộ nhớ chính, quan trọn

HỆ ĐIỀU HÀNH

GV: ThS Hà Ngọc Minh

HỆ ĐIỀU HÀNH

Mục tiêu của môn học:

 Vai trò và năng lực của hệ điều hành trong hệ thống

máy tính.

 Cung cấp cho người học các kiến thức chung nhất của

hệ điều hành máy tính.

 Giúp người học nắm bắt được những nguyên lý cơ bản

và nguyên tắc làm việc của hệ điều hành máy tính.

 Hiểu và xử lý được các vấn đề có thể xảy ra trong hệ

thống Ngoài ra, nắm bắt được xu hướng phát triển của

hệ điều hành mới trong tương lai.

Nội dung môn học :

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH

CHƯƠNG 2 – QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH

CHƯƠNG 3 – QUẢN LÝ VÀ LẬP LỊCH CHO CPU

CHƯƠNG 4 – QUẢN LÝ BỘ NHỚ TRONG

CHƯƠNG 5 – QUẢN LÝ BỘ NHỚ NGOÀI

CHƯƠNG 6 – QUẢN LÝ THIẾT BỊ

CHƯƠNG 7 – BẢO VỆ VÀ AN TOÀN HỆ THỐNG

CHƯƠNG 8 – GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH

HỆ ĐIỀU HÀNH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 1 Nguyễn Văn Khiêm, Lý thuyết hệ điều

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH

Giới thiệu cho sinh viên :

- Khái niệm về HĐH.

- Lịch sử phát triển hệ điều hành (HĐH).

- Phân loại HĐH

- Tính chất và những nguyên tắc xây dựng HĐH.

- Chức năng cơ bản của HĐH.

 Tài nguyên hệ thống là những tồn tại về mặt

vật lý tại một thời điểm nhất định hoặc tại

mọi thời điểm, và nó có khả năng tác động

đến hiệu suất của hệ thống

Tài nguyên hệ thống (System Resources)

 Một cách tổng quát có thể chia tài nguyên

phần cứng của hệ thống thành hai loại cơ bản:

- Tài nguyên không gian: là các không gian lưu trữ của hệ thống như đĩa, bộ nhớ chính, quan trọng nhất là không gian bộ nhớ chính, nơi

lưu trữ các chương trình đang được CPU thực hiện

- Tài nguyên thời gian: chính là thời gian thực hiện lệnh của processor và thời gian truy xuất

dữ liệu trên bộ nhớ.

Tài nguyên hệ thống (System Resources)

Một số tài nguyên hệ thống

 Bộ xử lý trung tâm (CPU).

 Bộ nhớ (trong và ngoài).

 Hệ thống vào/ra.

 Bộ xử lý trung tâm (CPU): Là tài nguyên quan

trọng nhất của hệ thống, được đặc trưng bởi 2 yếu

tố: tốc độ xử lý và độ dài từ máy.

 Tốc độ xử lý của CPU được tính theo tần số

xung nhịp đồng hồ (MHz) hoặc số lượng phép tính cơ bản được thực hiện trong một giây

(MIPS – Million Instruction Per Second).

 Độ dài từ máy: là số lượng bít nhị phân của

toán hạng trong phép tính cơ bản của CPU.

Một số tài nguyên hệ thống (tt)

 Bộ nhớ:

- Đặc trưng cơ bản của bộ nhớ là thời gian truy

cập dữ liệu, và dung lượng bộ nhớ

- Bộ nhớ thường được tổ chức phân cấp dựa

vào tốc độ truy nhập

- Bộ nhớ trong là một loại bộ nhớ thực hiện và

nó thuộc quản lý của hệ thống.

- Bộ nhớ ngoài như đĩa từ, băng từ và

CD-ROM có thời gian truy nhập lâu hơn so với bộ nhớ trong.

Một số tài nguyên hệ thống (tt)

 Hệ thống vào/ra:

- Các thiết bị đảm nhận việc chuyển giao thông tin giữa hệ thống và người sử dụng gọi là các thiết bị ngoại vi hoặc các thiết bị vào/ra.

- Các thiết bị này được gắn vào máy tính thông qua các thiết bị điều khiển để tạo thành một

kênh vào/ra Kênh này có chức năng thay

CPU điều khiển sự trao đổi thông tin giữa bộ nhớ trong và các thiết bị ngoài.

Một số tài nguyên hệ thống (tt)

 Trên khía cạnh cấp phát tài nguyên cho các tiến trình đang

hoạt động đồng thời: có 2 loại:

Tài nguyên phân chia được: là những tài nguyên mà tại một

thời điểm nó có thể cấp phát cho nhiều tiến trình khác nhau

Bộ nhớ chính và Processor là 2 tài nguyên phân chia được

điển hình nhất, (không gian lưu trữ của bộ nhớ chính - thời

gian xử lý của processor).

Tài nguyên không phân chia được: là những tài nguyên mà

tại một thời điểm nó chỉ có thể cấp phát cho một tiến trình duy nhất Máy in là một tài nguyên không phân chia được điển

hình nhất.

Một số tài nguyên hệ thống (tt)

công mà cần có một cơ chế tự động hóa,

tức là cần có một chương trình điều khiển

hoạt động của hệ thống máy tính, gọi là

hệ điều hành.

Khái niệm về hệ điều hành

Khái niệm về hệ điều hành

 Cấu trúc của hệ thống máy tính (HTMT) có thể phân chia thành 4 lớp:

 Phần cứng

 Các chương trình ứng dụng (word, excel,

compiler, web browser, database system )

 Người sử dụng (người sử dụng trực tiếp, các thiết bị chuyên dụng kết nối với máy tính, các máy tính khác)

 Hệ điều hành

Khái niệm về hệ điều hành

 Mối quan hệ giữa các thành phần của HTMT

Phần cứng

Hệ điều hành Chương trình ứng dụng Chương

trình dịch Hợp ngữ Soạn thảo văn bản CSDL

Khái niệm về hệ điều hành

 Xét về phía người sử dụng: HĐH cần phải tạo

được môi trường giao diện giữa người sử dụng

và máy tính

 Xét về phía các chương trình ứng dụng: HĐH

phải tạo môi trường để các chương trình ứng

dụng hoạt động; cung cấp các cơ chế cho phép kích hoạt và loại bỏ các chương trình ứng dụng

 Xét về phía phần cứng: HĐH phải quản lý các

thiết bị một cách có hiệu quả, khai thác được hết khả năng của các thiết bị, cung cấp cho các

chương trình và người sử dụng tài nguyên phần cứng khi có yêu cầu, thu hồi khi cần thiết

Khái niệm về hệ điều hành

 Như vậy, hệ điều hành là một tập

hợp các chương trình hệ thống có

chức năng tạo môi trường giao diện cho người sử dụng, tạo môi trường hoạt động cho các chương trình ứng dụng; quản lý và khai thác hiệu quả các thiết bị phần cứng

Lịch sử phát triển của hệ điều hành

 Thế hệ thứ nhất (1945 – 1955)

 Thế hệ thứ hai (1955 – 1965)

 Thế hệ thứ ba (1965 – 1980)

 Thế hệ thứ tư (1980 đến nay)

Lịch sử phát triển của hệ điều hành

 Thế hệ thứ nhất (1945 – 1955)

 1940s: Máy tính đầu tiên ra đời

 Howard Aiken ở Havard và John von Neumann ở Princeton đã xây dựng máy tính bằng ống chân

không với hơn 10000 bóng đên chân không

 Có nhóm người chuyên chạy chương trình, bao

gồm việc thiết kế, xây dựng chương trình, thao tác, quản lý bằng bảng điều khiển

 Không có ngôn ngữ lập trình bậc cao Không có

hệ điều hành.

 Đầu 1950s, phiếu đục lỗ ra đời thay bảng điều

Lịch sử phát triển của hệ điều hành

 Thế hệ thứ hai (1955 – 1965)

 Sự ra đời của thiết bị bán dẫn vào giữa 1960s

đã làm thay đổi bức tranh tổng thể

 Lần đầu tiên có sự phân chia người thiết kế, người xây dựng, người vận hành, lập trình…

 Người lập trình viết chương trình lên giấy

(hơp ngữ hay FORTRAN) rồi đục lỗ trên

phiếu và đưa vào máy, xuất kết quả máy in

 Hệ thống xử lý theo lô ra đời, hoạt động dưới

sự điều khiển của một chương trình đặc biệt

là tiền thân của hệ điều hành sau này

Lịch sử phát triển của hệ điều hành

 Thế hệ thứ ba (1965 – 1980)

 Máy IBM 360 là máy tính đầu tiên sử dụng mạch tích hợp (IC) Các thiết bị ngoại vi dành cho máy xuất hiện ngày càng nhiều, thao tác điều khiển phức tạp →

Lịch sử phát triển của hệ điều hành

 Thế hệ thứ tư (1980 đến nay)

 Giai đoạn này đánh dấu sự ra đời của máy tính cá nhân, đặc biệt là hệ thống IBM PC với

hệ điều hành MS-DOS và Windows sau này

 Sự phát triển mạnh của hệ điều hành Unix

trên nhiều hệ máy khác nhau như Linux

 Tự đầu 1990s cũng đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của hệ điều hành mạng và hệ điều hành phân tán

Phân loại hệ điều hành

 4 tiêu chí phân loại:

Dưới góc độ loại máy tính.

Phân loại hệ điều hành

 Dưới góc độ loại máy tính: 7 loại

 Hệ điều hành dành cho máy MainFrame

 Hệ điều hành dành cho máy Server

 Hệ điều hành dành cho máy nhiều CPU

 Hệ điều hành dành cho máy tính các nhân

(PC)

 Hệ điều hành dành cho máy PDA (Embedded OS- hệ điều hành nhúng)

 Hệ điều hành dành cho máy chuyên biệt

 Hệ điều hành dành cho thẻ chip (SmartCard)

Phân loại hệ điều hành

 Dưới góc độ người sử dụng và số

chương trình được sử dụng cùng lúc

Hệ điều hành đơn nhiệm một người

dùng

Hệ điều hành đa nhiệm một người dùng

Hệ điều hành đa nhiệm nhiều người

dùng

Phân loại hệ điều hành

 Dưới góc độ người sử dụng và truy xuất tài

nguyên:

 Một người dùng

 Mạng có máy chủ: LAN, WAN…

Phân loại hệ điều hành

 Dưới góc độ hình thức xử lý:

 Hệ thống xử lý theo lô

 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 thời gian thực

Phân loại hệ điều hành

 Hệ thống xử lý theo lô đơn chương

 HĐH theo lô thực hiện các công việc lần lượt theo chỉ định từ trước

 Khi người dùng đưa một chương trình vào bộ nhớ trong thì nó sẽ chiếm mọi tài nguyên và chương trình của người khác không thể đưa vào bộ nhớ trong nữa

Phân loại hệ điều hành

 Hệ thống xử lý đa chương ( multiprogram )

 HĐH đa chương cho phép nhiều chương trình được nạp vào bộ nhớ trong để thực hiện theo một thứ tự nào đó

 Khi có nhiều công việc cùng truy xuất lên một thiết bị, HĐH đa chương sẽ thực hiện lập lịch cho các công việc sao cho gia tăng khai thác CPU, làm cho CPU luôn trong trình trạng làm việc

Phân loại hệ điều hành

 Hệ thống chia xẻ thời gian

 Là mở rộng của hệ đa chương, còn được gọi

là hệ thống đa nhiệm (multitasking)

 Cơ chế thực hiện như hệ đa chương nhưng

thời gian mỗi lần chuyển đổi diễn ra rất

nhanh.

 HĐH chia xẻ phức tạp hơn hệ đa chương Nó phải có các chức năng như quản trị và bảo vệ

bộ nhớ, sử dụng bộ nhớ ảo, cung cấp hệ

thông tập tin truy xuất online…

 Là kiểu của hệ điều hành hiện đại ngày nay

Phân loại hệ điều hành

 Hệ thống xử lý song song:

 Còn gọi là hệ thống đa xử lý, là hệ thống có nhiều bộ xử lý (CPU) cùng chia xẻ hệ thống đường truyền dữ liệu, bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi

 Hệ thống này sẽ xử lý tối ưu hơn, cho nhiều chương trình cùng làm việc trên một tập dữ liệu

 Độ tin cậy cao

Phân loại hệ điều hành

 Hệ thống phân tán:

 Giống hệ thống chia xẻ thời gian nhưng các CPU không chia xẻ bộ nhớ và đồng hồ, thay vào đó mỗi CPU có bộ nhớ cục bộ riêng

 Các CPU xử lý thông tin thông qua các

đường truyền thông như bus tốc độ cao hay đường dây điện thoại

 Các CPU trong hệ phân tán khác nhau về

kích thước và chức năng Có thể gồm máy vi tính, trạm làm việc, máy mini, và hệ thống

máy tính lớn

Phân loại hệ điều hành

 Hệ thống phân tán:

 Nguyên nhân sử dụng hệ thống phân tán là:

 Chia xẻ tài nguyên ở vị trí xa

 Tăng tốc độ tính toán

 An toàn

 Thông tin liên lạc với nhau

Phân loại hệ điều hành

 Có 2 loại hệ thống xử lý thời gian thực:

 Hệ thống thời gian thực cứng: công việc hoàn tất đúng lúc Nếu không, hệ thống sẽ bị sụp đổ.

 Hệ thống thời gian thực mềm: mỗi công việc có độ

ưu tiên và thực hiện theo độ ưu tiên đó Nếu không, hệ thống sẽ bị suy giảm

 Chú ý: khác với hệ thống khác là gò bó về thời gian hơn

Tính chất của hệ điều hành

 Tính tin cậy:

 Mọi hoạt động, mọi thông báo đều phải chuẩn xác tuyệt đối

 Để đảm bảo, phần thiết bị kỹ thuật phải có

những phương tiện hỗ trợ kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu trong các phép lưu trữ và xử lý

Tính chất của hệ điều hành

 Tính an toàn

 Hệ thống đảm bảo dữ liệu và chương trình

không bị xóa hoặc bị thay đổi ngoài ý muốn trong mọi trường hợp và mọi chế độ hoạt

động

 Tính an toàn đặc biệt quan trọng trong hệ

thống đa nhiệm

 HĐH cần cung cấp các cơ chế bảo vệ dữ liệu

và bảo vệ tài nguyên dùng chung

Tính chất của hệ điều hành

 Tính hiệu quả

 Các tài nguyên phải được khai thác triệt để

 Duy trì đồng bộ trong toàn hệ thống, không để các thiết bị tốc độ chậm trì hoãn hoạt động

của toàn hệ thống

Tính chất của hệ điều hành

 Tính kế thừa

 HĐH phải có tính kế thừa các ưu điểm, khắc phục các nhược điểm của phiên bản trước và khả năng thích nghi với những thay đổi trong tương lai

 Đảm bảo tính kế thừa sẽ duy trì và phát triển đội ngũ người sử dụng, giảm chi phí đào tạo

Nguyên tắc thiết kế và xây dựng

 Gồm 7 nguyên tắc:

 Nguyên tắc modul

 Nguyên tắc tương đối trong định vị

 Nguyên tắc Macro Processor

 Nguyên tắc lặp chức năng

 Nguyên tắc giá trị chuẩn

 Nguyên tắc khởi tạo khi cài đặt

 Nguyên tắc bảo vệ nhiều mức

Nguyên tắc thiết kế và xây dựng

 Nguyên tắc modul:

 Hệ thống có tính chất module, nó được xây dựng từ những module độc lập và tồn tại bộ quy tắc liên kết chúng thành hệ thống có tổ chức Tính module thể

hiện ở hai dạng: Dạng chức năng và dạng chương

trình Các module quan hệ với nhau thông qua dữ liệu vào và ra Quan hệ phân cấp giữa các module xác

lập khi liên kết chúng thành những module lớn giải

quyết những vấn đề phức tạp hơn Nguyên tắc

module cho phép tổ hợp những module hiện có theo nhiều cách khác nhau, đảm bảo tính đa dạng chức năng của hệ thống.

Nguyên tắc thiết kế và xây dựng

 Nguyên tắc tương đối trong định vị

 Các module chương trình được viết theo địa chỉ tương đối kể từ đầu bộ nhớ Khi thực

hiện, chúng mới được định vị tại vùng bộ nhớ

cụ thể Nguyên tắc này cho phép hệ thống sử dụng bộ nhớ một cách linh hoạt và hệ điều

hành không bị phụ thuộc vào cấu hình bộ nhớ

cụ thể

Nguyên tắc thiết kế và xây dựng

 Nguyên tắc Macro Processor

 Theo nguyên tắc này, khi có nhiệm vụ cụ thể, hệ

thống sẽ xây dựng các phiếu yêu cầu, liệt kê các

bước phải thực hiện và trên cơ sở đó – xây dựng

chương trình trương ứng, sau đó thực hiện chương trình nói trên Mọi hệ điều hành đều sử dụng nguyên

lý này trong đối thoại giữa người và máy trên ngôn ngữ vận hành Dĩ nhiên, độ sâu trong việc phân tích

và xây dựng chương trình là khác nhau ở những hệ thống khác nhau Chính nguyên tắc này đã làm cho quá trình đối thoại được linh hoạt mà không cần tới một chương trình dịch phức tạp Nguyên lý này được

áp dụng rất rộng rãi trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu.

Nguyên tắc thiết kế và xây dựng

 Nguyên tắc khởi tạo trong cài đặt

 Người sử dụng được cung cấp các bộ

chương trình cài đặt Chương trình cài đặt sẽ tạo phiên bản làm việc thích hợp với các tham

số kỹ thuật hiện có, loại bỏ những module

không cần thiết để có một phiên bản tối ưu cả

về cấu trúc lẫn phương thức hoạt động

Nguyên tắc thiết kế và xây dựng

 Nguyên tắc lặp chức năng

 Mỗi công việc bao giờ cũng có nhiều cách thực hiện khác nhau với những tổ hợp module khác nhau Nguyên tắc này trước hết đảm bảo độ an toàn hệ thống: Vẫn có thể khai thác hệ thống

bình thường ngay cả khi thiếu hoặc hỏng vài thành phần hệ

thống Ngoài ra, với nguyên tắc này người sử dụng sẽ thoải mái hơn khi giao tiếp với hệ thống: Với một công việc, ai nhớ hoặc thích phương tiện nào thì sử dụng phương tiện đó Như vậy

người sử dụng khai thác được cả những hiệu ứng phụ của các

module khác nhau cùng giải quyết một vấn đề, chẳng hạn có

nhiều chương trình dịch cho một ngôn ngữ thuật toán nào đó Sự

đa dạng cho phép người sử dụng chọn giải thuật tối ưu đối với bài toán.

Nguyên tắc thiết kế và xây dựng

 Nguyên tắc giá trị chuẩn

 Một module, câu lệnh có thể có nhiều

tham số Việc nhớ hết các tham số: Số lượng,

ý nghĩa, quy cách v v là vô cùng phức tạp

và câu lệnh hoặc chương trình trở nên cồng kềnh một cách không cần thiết Lối thoát ra

khỏi tình trạng đó là chuẩn bị sẵn bộ giá trị

các tham số ứng với trường hợp thường gặp nhất Nếu trong câu lệnh hay lời gọi module thiếu tham số nào thì hệ thống sẽ bổ sung

bằng các giá trị quy định trước Nguyên tắc

Nguyên tắc thiết kế và xây dựng

 Nguyên tắc bảo vệ nhiều mức

 Để đảm bảo an toàn hệ thống và an toàn dữ liệu, chương trình và dữ liệu phải được bảo

vệ bằng nhiều khoá ở nhiều mức Ví dụ đối

với file, có thể bảo vệ ở mức cả đĩa từ hoặc từng thư mục hay từng file riêng biệt, bảo vệ thường xuyên hay tuỳ từng chế độ mở file v.v Việc bảo vệ nhiều mức đã làm giảm đáng

kể các lỗi không cố ý Nguyên tắc này được nghiên cứu áp dụng rất hiệu quả với thông tin ghi trong RAM

Chức năng của hệ điều hành