Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành - Chương 5: Tổng quan về hệ điều hành

Nội dung text: Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành - Chương 5: Tổng quan về hệ điều hành

1. Chương 5 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH 1 1
2. Nội dung 1. Tổng quan về hệ điều hành, 2. Vai trị và chức năng của hệ điều hành, 3. Các thành phần của hệ điều hành, 4. Phân loại hệ điều hành, 5. Hệ thống xử lý lơ. 2
3. Tổng quan về hệ điều hành  Hệ điều hành  Một chương trình quản lý phần cứng máy tính  Trung gian giữa người và phần cứng máy tính  Cung cấp mơi trường cho các ứng dụng khác thực thi  Một số hệ điều hành: - Windows 10, - Ubuntu, - Android, - 3
4. Tổng quan về hệ điều hành  Tiến trình (Process)  Chương trình đang thực thi trên máy  Ví dụ: mở 1 file MS Word để tạo ra 1 tiến trình P  Tiểu trình (thread)  Một dịng xử lý trong 1 tiến trình  Một tiến trình cĩ 1 hay nhiều tiểu trình  Ví dụ: trong tiến trình P + Luồng nhận thao tác của người dùng + Luồng kiểm tra lỗi + 4
5. Vai trị và chức năng 5
6. Vai trị và chức năng  Quản trị tài nguyên  CPU, RAM, HDD, printer  Nhiệm vụ: Cung cấp giải thuật cấp phát, quản trị tài nguyên cho các đối tượng hoạt động.  Mục tiêu: Cấp phát đầy đủ, cơng bằng, hiệu quả  Điều khiển thiết bị  Nhiệm vụ: Che dấu các chi tiết phần cứng, tạo mơi trường dễ làm việc hơn cho người dùng.  Mục tiêu: Tạo sự độc lập thiết bị. 6
7. Vai trị và chức năng  Giao tiếp với người dùng (user interface - UI) - Command-line interface (CLI) - Batch interface - Graphical user interface (GUI)  Thực thi chương trình  Nhập/xuất  Thao tác với hệ thống tập tin 7
8. Vai trị và chức năng  Liên lạc giữa các tiến trình - Chia sẻ bộ nhớ - Truyền thơng điệp  Phát hiện lỗi  Định vị tài nguyên  Accounting  Bảo mật 8
9. Các thành phần của máy tính Keyboard Disks Monitor Mouse Printer Disk controller USB controller Graphics adapter CPU MEMORY Đệm dữ liệu (local buffer) 9
10. Các thành phần của máy tính  Lưu trữ là một trong những dạng thức I/O quan trọng  Bộ nhớ chính (main memory, primary memory) - CPU chỉ cĩ thể truy cập trực tiếp thanh ghi (registers) và bộ nhớ ROM, RAM  Bộ nhớ phụ (secondary storage) - Hệ thống lưu trữ thơng tin bền vững (nonvolatile storage) - Đĩa từ (magnetic disks): đĩa mềm, đĩa cứng, băng từ - Đĩa quang (optical disk): CD-ROM, DVD-ROM - Flash ROM: USB disk 10
11. Các thành phần của hệ điều hành 11
12. Các thành phần của hệ điều hành  Bộ cấp phát tài nguyên (Resource allocator): Quản lý và cấp phát tài nguyên.  Chương trình kiểm sốt (Control program): Kiểm sốt việc thực thi chương trình và kiểm sốt hoạt động của các thiết bị nhập/xuất.  Phần nhân (Kernel): là chương trình “lõi” của hệ điều hành, được thực thi trước tiên và tồn tại trong bộ nhớ cho đến khi tắt máy (các chương trình khác gọi là chương trình ứng dụng). Bộ cấp phát tài nguyên Chương trình kiểm sốt Phần nhân 12
13. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống xử lý theo lơ  Hệ thống xử lý theo lơ đa chương  Hệ thống chia sẻ thời gian (xử lý đa nhiệm)  Hệ thống song song  Hệ thống phân tán  Hệ thống xử lý thời gian thực  Hệ thống nhúng 13
14. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống xử lý theo lơ:  Hệ điều hành theo lơ thực hiện các cơng việc lần lượt theo những chỉ thị định trước.  Bộ giám sát thường trực  CPU và thao tác nhập xuất 14
15. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống xử lý theo lơ đa chương  Đa chương (multiprogram) gia tăng khai thác CPU bằng cách tổ chức các cơng việc sao cho CPU luơn luơn phải trong tình trạng làm việc .  Xử lý các vấn đề lập lịch (scheduling) cho cơng việc, lập lịch cho bộ nhớ và cho cả CPU. 15
16. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống xử lý đa nhiệm  Hệ thống đa nhiệm (multitasking): - Nhiều cơng việc cùng được thực hiện - Việc chuyển đổi của CPU như hệ đa chương nhưng thời gian mỗi lần chuyển ngắn hơn.  Hệ điều hành đa nhiệm phức tạp hơn hệ điều hành đa chương: - Quản trị và bảo vệ bộ nhớ, sử dụng bộ nhớ ảo. - Cung cấp hệ thống tập tin truy xuất on-line 16
17. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống xử lý đa nhiệm  Hệ điều hành đa nhiệm là kiểu của các hệ điều hành hiện đại ngày nay. task C B A time 17
18. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống song song (đa xử lý)  Cĩ nhiều bộ xử lý cùng chia sẻ tài nguyên hệ thống.  Tối ưu hơn hệ thống cĩ nhiều máy cĩ một bộ xử lý: - Chia sẻ các thiết bị ngoại vi, hệ thống lưu trữ, nguồn - Độ tin cậy  Đa xử lý đối xứng: - Mỗi bộ xử lý chạy với một bản sao của hệ điều hành. 18
19. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống song song (đa xử lý)  Đa xử lý bất đối xứng: - mỗi bộ xử lý được giao một cơng việc riêng biệt. Một bộ xử lý chính kiểm sốt tồn bộ hệ thống, các bộ xử lý khác thực hiện theo lệnh của bộ xử lý chính. 19
20. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống phân tán  Các bộ xử lý khơng chia sẻ bộ nhớ và đồng hồ.  Các bộ xử lý trong hệ phân tán thường khác nhau về kích thước và chức năng.  Chia xẻ tài nguyên.  Tăng tốc độ tính.  An tồn.  Thơng tin liên lạc với nhau. 20
21. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống xử lý thời gian thực  Dùng cho các hệ thống yêu cầu cao về độ chính xác theo thời gian.  Hệ thống thời gian thực cứng: - Cơng việc được hồn tất đúng lúc. - Dữ liệu thường được lưu trong bộ nhớ ngắn hạn.  Hệ thống thời gian thực mềm: - Mỗi cơng việc cĩ một độ ưu tiên riêng và sẽ được thi hành theo độ ưu tiên đĩ. 21
22. Phân loại hệ điều hành  Hệ thống nhúng  Được nhúng trong các thiết bị gia dụng, các máy trị chơi,  Kiến trúc đơn giản, nhỏ gọn, cĩ tính đặc trưng cho từng thiết bị.  Ứng dụng: PDA, Mobil phones, 22
23. Cấu trúc hệ điều hành  Cấu trúc đơn giản Cấu trúc của MS-DOS 23
24. Cấu trúc hệ điều hành  Cấu trúc đơn giản  khơng được chia thành những lớp (phần) rõ rệt  một lớp cĩ thể gọi hàm thuộc bất kỳ lớp nào khác.  đơn giản, dễ thiết kế, dễ cài đặt  khĩ bảo vệ, khĩ mở rộng, và khĩ nâng cấp 24
25. Cấu trúc hệ điều hành  Cấu trúc phân lớp  HĐH phân thành nhiều lớp. Mỗi lớp phụ trách 1 chức năng đặc thù.  Lớp bên trên sử dụng chức năng do các lớp bên dưới cung cấp.  Hạt nhân ở lớp kế lớp phần cứng, dùng các lệnh của phần cứng để tạo các lời gọi hệ thống.  Khĩ xác định số lượng lớp, thứ tự lớp.  Chi phí truyền tham số xuyên các lớp lớn 25
26. Cấu trúc hệ điều hành  Cấu trúc phân lớp Cấu trúc của OS/2 26
27. Cấu trúc hệ điều hành  Máy ảo 27
28. Cấu trúc hệ điều hành  Máy ảo  Một máy được giả lập thành nhiều máy.  Tài nguyên của hệ thống như là CPU, bộ nhớ, đĩa, được chia xẻ để tạo các máy ảo.  Mỗi máy ảo được cơ lập với máy ảo khác nên tài nguyên dùng chung được bảo vệ. 28
29. Cấu trúc hệ điều hành  Mơ hình Client - Server 29
30. Lịch sử phát triển hệ điều hành  Thế hệ thứ 1: 1945 - 1955 - Vacuum tube. - Plug board. - Tại 1 thời điểm: 1 cơng việc. - Vấn đề: lãng phí.  Thế hệ thứ 2: 1955 - 1965 - Transistors. - Batch system. - Sử dụng cơ chế spooling. - Sử dụng CPU tốt hơn, nhưng vẫn thực thi 1 cơng việc tại 1 thời điểm. 30
31. Lịch sử phát triển hệ điều hành  Thế hệ thứ 3: 1965 - 1980 - Integrated circuits (ICs). - Đa nhiệm (multitask). - Chia sẻ thời gian: thực thi nhiều cơng việc cùng một lúc.  Thế hệ thứ 4: từ 1980 - Thể thống nhất lớn - Dùng cho PC. 31
32. Nguyên lý thiết kế hệ điều hành  Dễ viết, dễ sửa lỗi, dễ nâng cấp (dùng ngơn ngữ cấp cao ưu thế hơn ngơn ngữ assembly).  Dễ cài đặt, dễ bảo trì, khơng cĩ lỗi và hiệu quả.  Dễ sử dụng, dễ học, an tồn, cĩ độ tin cậy cao và thực hiện nhanh.  Tính khả chuyển cao.  Cần cĩ chương trình SYSGEN (System Generation) thu thập thơng tin liên quan đến phần cứng để thiết lập cấu hình hệ điều hành cho phù hợp với mỗi máy tính. 32