Chương 1: Tổng quan về hệ điều hành

Bài 1: Khái niệm chung về Hệ điều hành

I/ Sơ lược về kiến trúc của Hệ thống tính toán(computing system)

1. Môi trường tính toán: (flatform)

a. Phần cứng(Là môi trường để phần mềm có thể chạy được)

-Gồm 3 thành phần:

+ Hệ thống máy tính:

.Thiết bị vào ra

.Bộ nhớ

.Bộ xử lí

. 3 thành phần trên ghép nối với nhau bởi các bus.

+ Ghép nối máy tính

+ Truyền thông máy tính

b. Phần mềm

-VD: trình biên dịch(compiler), soạn thảo(text editor), duyệt web(web browser),...

-Định nghĩa các tài nguyên đc sử dụng để giải quyết yêu cầu của người dùng.

2. Người sử dung:

-Người lập trình(Programmer)

-Người dùng đầu cuối(End User)

-Điều phối viên(Operator)

II/Các định nghĩa về hệ điều hành:

Tùy theo góc độ nhìn nhận mà ta có các định nghĩa khác nhau.

1. EndUser: HĐH là môi trường giao tiếp người dùng và máy,tự động hóa giải quyết các bài toán.

2. Người lập trình:HĐH là môi trường cài đặt, tích hợp,phát triển các ứng dụng.

3. Kĩ sư phần cứng và kĩ thuật: Là hệ thống cho phép khai thác,mở rộng khả năng của máy tính.

4. Người lập trình hệ thống:Là hệ thống mô hình hóa lại Hệ thống tính toán.

5. Theo Norton: Là hệ thống chương trình đảm bảo giao tiếp người--máy và quản lí tài nguyên của hệ thống tính toán

Định nhĩa quan trọng nhất phải thuộc:

HĐH có

+Kiến trúc: Là hệ thống chương trình

+Chức năng: Đảm bảo giao tiếp giữa người và máy và quản lí tài nguyên hệ thống tính toán.

III.Tài nguyên hệ thống tính toán:

-Bao gồm tất cả các: Thiết bị ngoại vi,bộ nhớ của máy tính,bộ xử lí,các chương trình,dữ liệu bên trong hệ thống.

-Có những tài nguyên được dùng chung cho các chương trình của người dùng (bộ nhớ,thiết bị ngoại vi,1 số dịch vụ của HĐH,...)

-Có tài nguyên là vô hạn khả năng phục vụ,cũng có tài nguyên là hữu hạn khả năng phục vụ.Điều này phụ thuộc vào đặc trưng vật lí và nguyên lý hoạt động của nó.

VD: Màn hình :vô hạn khả năng phục vụ

Máy in: Hữu hạn khả năng phục vụ

-Đối với tài nguyên hữu hạn khả năng phụ vụ có thể xảy ra tranh chấp=>bế tắc hệ thống. Do đó cần có chương trình giải quyết tranh chấp(khả năng quản lí của HĐH)

IV. Phân loại HĐH

Có nhiều tiêu chí phân loại khác nhau:

a.HĐH đơn chương(đơn nhiệm): Tại 1 thời điểm chỉ có 1 người dùng và chỉ cho phép chạy 1 chương trình.

b. HĐH đa chương,đa nhiệm( MutilUser,Multil Tasking ):Cho phép nhiều người dùng khai thác tài nguyên của máy tính. Tại 1 thời điểm cho phép nhiều chương trình chạy song song cùng chia sẻ tài nguyên hệ thống tính toán

c. HĐH xử lí theo lô,mẻ,đợt(Batch): Mỗi lần, người sử dụng có thể yêu cầu thực hiện 1 dãy các chương trình, hết dãy chương trình này mới thực hiện dãy chương trình khác.

d.Hệ điều hành tập trung, phân tán:

-Tập trung: Giữa các máy tính kết nối với nhau chỉ có 1 máy chủ và xử lí tập trung ở máy chủ.

-Phân tán: Các máy tính kết nối bình quyền,tại các máy tính có 1 HĐH riêng gọi là các trạm làm việc.

e.Hệ điều hành phân chia thời gian và HĐH thời gian thực:

-Phân chia thời gian:

+CPU phân chia thời gian để chia sẻ cho nhiều chương trình

+ Tồn tại những khoảng thời gian mà chương trình không được phục vụ bởi 1 CPU nào(Chương trình bị đóng băng,đi ngủ)

-Thời gian thực: 1 chương trình được luôn phiên phục vụ bởi nhiều bộ xử lí nhưng tại 1 thời điểm trong hệ thống,1 chương trình luôn được phục vụ bởi 1 CPU nào đó.

Tiết 2: Kiến trúc của HĐH:

1.Các thành phần cơ bản:

-Các môdun của HĐH được chia làm 2 lớp:

+Điều khiển hệ thống

+Phục vụ hệ thống

a.Điều khiển hệ thống:

-Các supervison: Quản lí tài nguyên

+Quản lí thời gian của CPU(Lập lịch làm việc cho CPU)

+Quản lí bộ nhớ

.Theo nguyên lí Von-Numman

.Muốn thực hiện chương trình thì bắt buộc cần nạp vào bộ nhớ.-->phân chia và cấp phát bộ nhớ.(Nếu có 100 chương trình thì bộ nhớ cần chia làm 100 mảnh.)

+Quản lí thiết bị

+Quản lí tiến trình

-Chương trình Monitor(Điều phối chính;Tương tác với OP)

-Chương trình điều phối công việc(Job)

Sơ đồ:

b.Phục vụ hệ thống

-Ghi nhật kí (tạo LOG)

(LOG ghi lại trạng thái của hệ thống từ khi khởi động hệ thống,phục hồi dữ liệu,giám sát hệ thống,chống xâm nhập)

-Chương trình Editor hệ thống: soạn thảo văn bản đơn giản, có tác dụng can thiệp và sửa đổi cấu hình hệ thống.

-Các tiện ích hệ thống.

2.Kiến trúc hệ thống :

a,Kiến trúc chung:

Mọi HĐH đều có kiến trúc phân lớp:

* Đối với EndUser: Cấu trúc 4 lớp

Hình vẽ:

Có thể biết mã nguồn mở ở 2 lớp đầu

* Đối với người lập trình hệ thống: Cấu trúc 5 lớp

Hình vẽ:

2 vòng ngoài là tầng Logic

3 vòng trong là tầng vật lí.

b.Kiến trúc vi nhân(Micro kennel)

-Đây là 1 dạng của HĐH, trong hệ thống chỉ gồm những thành phàn tinh giản nhất với các dịch vụ phục vụ cho lớp bài toán xác định.Được sủ dụng trong các lĩnh vực sau:

+Nghiên cứu lí thuyết về HĐH

+ Phát triển mở rộng thành hệ thống lớn như HĐH trong các hệ thống nhúng.

c. Kiến trúc máy ảo( Virtual Machine)

-Một dạng HĐH trong đó có chứa mô phỏng của môi trường nhằm thực hiện 1 ứng dụng nào đó.

3.Boot hệ thống:

Sơ đồ:

IPL --------- Boot strap ------- Khởi tạo nhân --------- Trình giao tiếp

IPL(Init Program Loader) : tìm đọc chương trình mồi trên đĩa khởi động

Boot strap(chương trình mồi): tìm nạp các tệp tin liên quan tới

Khởi tạo nhân

4.Các hình thái giao tiếp trong hệ điều hành:

-Trong HĐH thường tích hợp nhiều hình thức giao tiếp:

a.Command line:

*Ưu điểm: -Ko đòi hỏi cấu hình máy

-Viết phần mềm quản lý đơn giản

-Có thể gán tham số chương trình bất kì một cách đơn giản.

*Nhược điểm -Tốc độ đưa lệnh vào chậm (do phải gõ phím)

-Khó khăn với người dùng hạn chế về ngôn ngữ

-Chỉ thực hiện theo chế độ mẻ(từng đợt, từng ctrình,..)

-Phải nhớ các câu lệnh

b.Bảng chọn:

*Menu: mỗi lựa chọn là 1 pad

Popup: hộp chọn (bar)

Kết hợp Menu + Popup = bảng chọn nhiều mức.

2 phương thức ON & ON select */

*Ưu điểm: -Ko đòi hỏi cấu hình máy phức tạp

-Ko phải nhớ tập lệnh

*Nhược điểm: -Ko gán đc tham số cho 1 ctrình bất kì

-Vẫn chỉ thực hiện đc ở chế độ mẻ

-Ko thuận tiện với người hạn chế về ngôn ngữ.

c.Giao diện dạng biểu tượng: ICON,WINDOW,DESKTOP

ICON : lời chú biểu diễn cho ctrình hoặc nhóm công việc.

WINDOW:

DESKTOP: lưu trữ các biểu tượng có chức năng hay đc sử dụng.

*Ưu điểm: -Thân thiện với người dùng,ko còn rào cản ngôn ngữ

-Chọn lệnh nhanh

-Cùng một thời điểm có thể chạy nhiều chương trình(phù hợp với hệ thống đa nhiệm)

*Nhược điểm: -Đòi hỏi cấu hình máy phức tạp

-Ko thể gán tham số cho 1 chương trình bất kì

Tiết 3:Ôn tập cuối chương:

Câu 1: Nêu các tính chất của HĐH? Vì sao HĐH phải là 1 hệ thống mở và phải tích hợp nhiều hình thái giao tiếp? Nguyên lí xây dựng 1 hệ thống mở?

Câu 2 Định nghĩa?Chức năng của HĐH?

Câu 3: Nêu các kiến trúc,phân loại HĐH(đã trình bày phía trên)

Câu 4:Nêu các thành phần của HĐH: 2 thành phần chính

Đáp án:

Câu 1: Nêu các tính chất của HĐH? Vì sao HĐH phải là 1 hệ thống mở và phải tích hợp nhiều hình thái giao tiếp? Nguyên lí xây dựng 1 hệ thống mở?

*Các tính chất cơ bản của HĐH: HĐH có tính chất cơ bản:

-Độ tin cậy cao,ổn định.(mọi thông báo của HĐH phải chính xác )

-Độ an toàn cao.(dữ liệu không bị xóa hoặc bị thay đổi ngoài ý muốn)

-Hiệu quả sử dụng cao (khai thác triệt để tiếm năng của máy tính).

-Tổng quát theo thời gian.(có tính thừa kế, có khả năng thích nghi với những thay đổi có thể xảy trong tương lai)

-Thuận tiện, dễ sử dụng.

 HĐH phải có tính mở để có thể dễ dàng nâng cấp cải thiện hệ thống hay HĐH phải là hệ thống mở.

*Vì 5 tính chất trên nên HĐH phải là hệ thống mở

*Vì sao HĐH phải tích hợp nhiều hình thái giao tiếp:

+Do yêu cầu của người dùng cũng như trình độ của người dùng.(VD: end user: dùng ICON, người quản trị hệ thống: dùng command line, ...)

+Mỗi hình thái giao tiếp đều có ưu và nhược điểm riêng.(Ví dụ)

*Nguyên lí xây dựng 1 hệ thống mở: dựa vào 2 nguyên tắc cơ bản:

-Nguyên tắc Môđun:

+ Hệ thống được xây dựng từ những môđun độc lập và tồn tại bộ quy tắc liên kết chúng thành hệ thống có tổ chức.

+Các môđun quan hệ với nhau thông qua các dữ liệu vào ra,các đối số.

+Quan hệ phân cấp của mô đun được xác lập khi chúng liên kết với nhau để giải quyết những vẫn đề phức tạp.

-Nguyên tắc sinh: Mô đun khởi sinh HĐH

Câu 2.Định nghĩa?Chức năng của HĐH?

Đáp án:

a.Định nghĩa: Hệ điều hành có:

+Kiến trúc: Là hệ thống chương trình

+Chức năng: Đảm bảo giao tiếp giữa người và máy và quản lí tài nguyên hệ thống tính toán.

b.Chức năng chính: 2 chức năng:

-Giúp người sử dụng khai thác các chức năng của phần cứng máy tính dễ dàng và hiệu quả hơn.

-Quản lí tài nguyên hệ thống tính toán.

Câu 3: Nêu các kiến trúc,phân loại HĐH(đã trình bày phía trên)

Kiến trúc:

-Theo phân lớp:

+Đối với EndUser

+Đối với người lập tình hệ thống

-Theo ứng dụng:

+Vi nhân

+Đa nhân: Ứng dụng trong các hệ thống lớn: các ứng dụng hoạt động song song cùng chia sẻ tài nguyên hẹ thống tình toán.

+Máy ảo

Câu 4:Nêu các thành phần của HĐH: 2 thành phần chính

a.Điều khiển hệ thống:

-Các supervison: Quản lí tài nguyên hệ thống

+Quản lí thời gian của CPU(Lập lịch làm việc cho CPU)

+Quản lí bộ nhớ: Theo nguyên lí Von-Numman(Muốn thực hiện chương trình thì bắt buộc cần nạp vào bộ nhớ). Nhiệm vụ:

.Cấp phát thu hồi vùng bộ nhớ.

.Ghi nhận trạng tháu của bộ nhớ.

.Bảo vệ bộ nhớ.

.Quyết định tiến trình nào được nạp vào bộ nhớ.

+Quản lí tiến trình:

.Tạolập,hủy bỏ tiến trình

.Tạm dừng tái kích hoạt tiến trình.

.Tạo cơ chế thông tin liên lạc giữa các tiến trình.

.Tạo cơ chế đồng bộ hóa giữa các tiến trình.

+Quản lí vào ra: 2 thành phần(chương 4):Quản lí tệp và Quản lí thiết bị. Nhiệm vụ chính:

.Gửi mã lệnh điều khiển đến thiết bị.

.Tiếp nhận các yêu cầu ngắt từ thiết bị.

.Phát hiện và xử lí lỗi trong quá trình vào ra(đường truyền hoảng, thiết bị chưa sẵn sàng....)

.Tối ưu hóa thời gian trao đổi giữa thiết bị ngoại vi với hệ thống.

-Chương trình Monitor(Điều phối chính;Tương tác với OP)

-Chương trình điều phối công việc(Job)

b.Phục vụ hệ thống

-Ghi nhật kí (tạo LOG)

(LOG ghi lại trạng thái của hệ thống từ khi khởi động hệ thống,phục hồi dữ liệu,giám sát hệ thống,chống xâm nhập)

-Chương trình Editor hệ thống: soạn thảo văn bản đơn giản, có tác dụng can thiệp và sửa đổi cấu hình hệ thống.

-Các tiện ích hệ thống.