Bài giảng HĐH: Chương 1 do Nguyễn Hữu Mùi biên soạn cung cấp cho các bạn những kiến thức về nội dung cơ bản môn HĐH, khái niệm về HĐH, quá trình phát triển của HĐH, phân loại HĐH, các thuộc tính cơ bản của HĐH, các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH, các chức năng cơ bản của HĐH, các thành phần của HĐH.
Trang 1Chương 1 Tổng quan về HĐH
Trang 2Chương 1: Tổng quan về HĐH
Nội dung cơ bản môn HĐH n môn HĐH
Khái niệm về HĐH
Quá trình phát triển của HĐH
Phân loại HĐH, các thuộc tính cơ bản của HĐH
Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH
Các chức năng cơ bản của HĐH
Các thành phần của HĐH
Trang 3• Hiểu và xử lí các vấn đề có thể xẩy ra trong hệ thống.
• Xu hướng phát triển HĐH trong tương lai
Trang 4Nội dung cơ bản của môn học
•
Trang 5Tài nguyên hệ thống máy tính
+ Một hệ thống máy tính bao gồm các thiết bị phần cứng và các chương trình phần mềm
- Phần cứng cơ bản bao gồm CPU, bộ nhớ, các thiết
bị vào/ra Nó đặc chưng cho sức mạnh của hệthống
- Phần mềm bao gồm HĐH, các chương trình ứng dụng, các CSDL đã cài đặt trong hệ thống
- Tài nguyên phần mềm hiện nay cao hơn nhiều giátrị tài nguyên phần cứng
Trang 6Cấu trúc của một Hệ thống máy tính
1 Phần cứng: Cung cấp các tài nguyên
dùng khác nhau.
Trang 7Cấu trúc của một Hệ thống máy tính
3 Các chương trình HT và ứng dụng: Xác định các cách mà theo đó các tài nguyên của hệ thống được sử dụng để giải quyết các vấn đề tính toán của người dùng như: Các bộ xử lí văn bản, các trình biên dịch, các trình duyệt web, các hệ cơ sở dữ liệu, các trò chơi,
4 Users: Con người, các máy móc, các máy tính khác
Trang 8Bốn thành phần của một hệ thống máy tính
Trang 9HĐH là gì?
HĐH là một bộ chương trình đóng vai trò trung gian giữa users và phần cứng của máy tính
• HĐH là một bộ phân bổ tài nguyên:
+ Quản lí tất cả các tài nguyên
+ Giải quyết các yêu cầu tranh chấp để sử dụng tài nguyên hiệu quả và hợp lí
• HĐH là một chương trình điều khiển:
+ Điều khiển việc thực thi các chương trình để ngăn ngừa các lỗi và việc sử dụng máy tính không đúng
Trang 11Quá trình phát triển của HĐH
các giai đoạn chính sau:
động hóa, sắp xếp công việc cho máy tính thi
trong.
2 Thao tác Off-Line: cho phép truy cập các thiết
CPU
Trang 12Quá trình phát triển của HĐH
3 Thao tác Buffering: làm tăng tốc trao đổi thông tin
các thao tác I/O vật lí, thực hiện đồng thời các thao
thực hiện trước các phép nhập DL,
4 Thao tác SPOOL (Simultaneous Peripheral
cách đáng kể.
Trang 13Quá trình phát triển của HĐH
CT tại cùng một thời điểm Do vậy, tài nguyên HT
Trang 14Phân loại HĐH
1 HĐH đơn chương trình
được giải quyết, công việc này xong mới chuyển sang công việc khác.
Trang 15Phân loại HĐH
2 HĐH đa chương trình
+ Một ứng dụng không thể giữ CPU và các thiết bị I/O bận tại mọi thời điểm
+ Đa chương trình tổ chức các công việc (code & data)
để CPU luôn có một công việc để thực thi
+ Tại một thời điểm, một tập con của tất cả các công việc trong hệ thống được lưu giữ trong bộ nhớ chính Một công việc được chọn và chạy thông qua lập lịch công việc
+ Khi CPU có trạng thái chờ (vì không đồng bộ tốc
Trang 16Phân loại HĐH
theo cách CPU chuyển đổi các công việc một cách
mỗi công việc trong khi nó đang chạy.
trình).
Trang 17Phân loại HĐH
4 HĐH thời gian thực
hoàn thành đúng giờ.
tới hạn khác
Trang 18Phân loại HĐH
Các hệ này còn có tên xử lí song song, cho nên HĐH phải đảm nhiệm các tác vụ chia sẻ bus, đồng hồ xung nhịp, bộ nhớ, Các hệ song song có các ưu điểm:
1 Gia tăng tốc độ và số lượng xử lí công việc Tuy nhiên, với hệ thống N bộ xử lí không có nghĩa là gia tăng tốc độ N lần (thường là nhỏ hơn N) Vì phải chi phí cho việc đồng bộ các CPU, chia sẻ tài nguyên,
2 Hiệu quả về kinh tế: do dùng chung các thiết bị ngoại
vi, thiết bị lưu trữ, tiêu thụ điện, cơ sở dữ liệu,
Trang 19Phân loại HĐH
3 Tăng độ tin cậy: Nếu việc phân bổ các chức năng hợp lí trên các CPU thì lỗi xẩy ra trên một CPU sẽ sẽ không làm ngưng hệ thống
mà chỉ giảm năng lực thực hiện Các hệ thông này là các hệ thống có khả năng chịu lỗi Hệ thống vẫn tiếp tục trong khi lỗi xuất hiện được chuẩn đoán và sửa lỗi.
Trang 20Phân loại HĐH
+ Mạng máy tính kết nối hai hay nhiều hệ thống với nhau Hệ điều hành phân tán cho phép truyền thông, chia sẻ các tác vụ tính toán và cung cấp nhiều chức năng tới users
+ Có nhiều giao thức mạng (phổ biến nhất là TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol) HĐH phân tán hỗ trợ đa dạng về giao thức, hầu hết hỗtrợ TCP/IP như Windows, Unix
Trang 21Các thuộc tính cơ bản của HĐH
Mọi hoạt động, mọi thông báo của HĐH phải chính xác
VD, khi truy cập đĩa, nếu gặp lỗi truy cập thì HĐH cốgắng lặp lại thao tác nhiều lần, nếu vẫn không được thìmới đưa ra thông báo lỗi
HĐH phải đảm bảo dữ liệu và các chương trình không
bị thay đổi ngoài ý muốn trong khi hệ thống hoạt động Muốn vậy, HĐH phải có cơ chế bảo vệ dữ liệu và các tài nguyên dùng chung tránh được sự vi phạm vô tình hay
cố ý của users và các chương trình
Trang 22Các thuộc tính cơ bản của HĐH
Các tài nguyên của HT phải được khai thác một cách hiệu quả sao cho cả khi tài nguyên hạn chế vẫn có thểgiải quyết được các yêu cầu phức tạp của người dùng Ngoài ra phải duy trì tính đồng bộ của HT để tránh trường hợp các thiết bị chậm trì hoãn hoạt động của HT
HĐH phải đảm bảo tính kế thừa các ưu điểm, loại bỏcác nhược điểm của phiên bản trước và phải sẵn sàng
Trang 23Các thuộc tính cơ bản của HĐH
kia.
Trang 24Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH
Nguyên tắc modul
vào/ra.
Nguyên tắc này cho phép tổ hợp các modul theo nhiều cách khác nhau, đảm bảo tính đa dạng chức năng của HĐH.
Trang 25Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH
Nguyên tắc tương đối trong định vị
Các modul chương trình của HĐH được viết
Nguyên tắc này giúp cho HT sử dụng bộ nhớ linh hoạt và HĐH không bị lệ thuộc vào cấu hình bộ nhớ cụ thể.
Trang 26Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH
chương trình tương ứng với các công việc cần giải quyết.
dịch.
Trang 27Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH
Nguyên tắc giá trị chuẩn
trường hợp thường gặp nhất Khi trong câu
Trang 28Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH
Theo nguyên tắc này, khi cài đặt HĐH chương trình
Trang 29Các chức năng cơ bản của HĐH
1 Quản lí tiến trình
Tiến trình là một chương trình đang thực thi, khi thực hiện, tiến trình đòi hỏi một số tài nguyên nhất định như: CPU, bộ nhớ, các file, dữ liệu khởi tạo,
Các tài nguyên được cấp phát cho tiến trình vào những thời điểm cần thiết và được thu hồi khi tiến trình kết thúc
Khi tiến trình hoạt động trong HT có thể phát sinh các tiến trình con
Trang 30Các chức năng cơ bản của HĐH
Chức năng quản lí tiến trình bao gồm:
+ Đảm bảo điều kiện để tiến trình thực thi
+ Đảm bảo điều kiện cho sự hoạt động song song của nhiều tiến trình
+ Khởi tạo và loại bỏ tiến trình của người dùng và hệthống
+ Tạm ngưng và bắt đầu lại các tiến trình
+ Tạo các cơ chế đồng bộ hóa tiến trình
+ Tạo các cơ chế liên lạc giữa các tiến trình
Trang 31Các chức năng cơ bản của HĐH
• Khi thực hiện, CT được nạp vào bộ nhớ, các địa chỉ tương đối được chuyển đổi thành địa chỉ vật lí đểCPU có thể truy xuất trong quá trình xử lí (quá trình sinh địa chỉ)
Trang 32Các chức năng cơ bản của HĐH
• Sau khi chương trình hoạt động xong, các địa chỉ đã cấp phát phải được giải phóng
• Tại một thời điểm có thể có nhiều tiến trình được thi hành
Chức năng quản lí bộ nhớ trong bao gồm:
+ Cấp phát và thu hồi không gian nhớ cho các tiến trình.+ Ghi nhớ những vùng nhớ đang được sử dụng và do tiến trình nào
+ Quyết định tiến trình nào sẽ được nạp vào bộ nhớ khi
có khả năng
Trang 33Các chức năng cơ bản của HĐH
+ Lập lịch cho bộ nhớ ngoài
Trang 34Các chức năng cơ bản của HĐH
4 Quản lí vào/ra
• Một trong các mục tiêu của HĐH là che dấu các chi tiết của các thiết bị phần cứng đối với users Điều khiển hoạt động của các thiết bị bằng cách gửi các lệnh điều khiển tới các thiết bị và tiếp nhận/xử lí các tín hiệu ngắt, xử lí lỗi, Ngoài ra HĐH còn cung cấp giao diện đơn giản, độc lập giữa các thiết bị và hệ thống
Trang 35Các chức năng cơ bản của HĐH
Trang 36Các chức năng cơ bản của HĐH
HĐH tổ chức thông tin lưu trữ trên bộ nhớ ngoài theo đơn vị file, các file lại thường được tổ chức thành các thư mục Chức năng quản lí file của HĐH bao gồm:
• Tạo / xóa các file và các thư mục
• Hỗ trợ các nguyên lí thao tác các file và thư mục
• Ánh xạ các file vào bộ nhớ phụ
• Sao dự phòng các file vào các thiết bị lưu trữ tin cậy
Trang 37Các chức năng cơ bản của HĐH
Khi HT cho phép nhiều user và nhiều tiến trình đồng thời cần phải có cơ chế bảo vệ để điều khiển việc truy cập của các tiến trình hay các người dùng tới các tài nguyên hệ thống
Mục đích của bảo vệ: Đảm bảo cho HT hoạt động bình thường; Bảo vệ tài nguyên dùng chung; ngăn ngừa sựsai sót của các tiến trình
7 An toàn (Security)
Ngăn cản mọi sự tấn công hệ thống từ bên trong vàbên ngoài hệ thống Như là sự phá hoại của các virus,
Trang 38Các chức năng cơ bản của HĐH
8 Quản lí tài nguyên mạng
HĐH phải hỗ trợ khả năng quản lí, chia sẻ tài nguyên, truyền thông trên mạng thông qua các thành phần điều khiển giao tiếp mạng.
9 Thông dịch
Đây là chức năng rất quan trọng của HĐH, đóng vai trò tạo giao diện giữa máy tính và người dùng Nó giúp máy tính hiểu và xử lí các chỉ thị hay các lệnh của người dùng
Trang 39Các thành phần của HĐH
HĐH bao gồm một bộ chương trình được chia thành nhiều nhóm với các chức năng tương ứng:
Nhóm phục vụ: phục vụ chương trình và những user bao gồm:
+ Phục vụ thực hiện CT
+ Điều kiển thao tác vào/ra
+ Phục vụ các thao tác file/thư mục
+ Phát hiện lỗi / xử lí lỗi
+ Phân phối tài nguyên
Trang 40viện của ngôn ngữ.
Trang 41Các thành phần của HĐH
Nhóm các chương trình HT: Cung cấp các công cụ cho người dùng thực hiện các thao tác quản lí và điều khiển hệ thống Các chương trình HT bao gồm:
+ Các CT thao tác với file và thư mục.
+ Các CT thông tin trạng thái.
+ Các CT hỗ trợ ngôn ngữ lập trình.
+ Các CT điều khiển nạp và thực hiện CT.
+ Các CT phiên dịch lệnh.
Trang 42Các thành phần của HĐH
Nhóm các chương trình ứng dụng: Cung cấp các CT ứng dụng cho người dùng như:
+ Các CT soạn thảo văn bản đơn giản.
+ Các trình duyệt Web.
+ Các CT phục vụ giải trí.
Trang 43
End of Chapter 1