Chương trình tin

HỆ ĐIỀU HÀNH
CHƯƠNG I
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Các kiến thức cần thiết
Kiến trúc máy tính và Cấu trúc máy tính
Cấu trúc dữ liệu và Giải thuật
Ngôn ngữ lập trình: Pascal, C,…
…
Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
L ịch sử phát triển của các hệ thống tính toán
Khái niệm hệ điều hành
Phân loại hệ điều hành
Các tính chất cơ bản của hệ điều hành
Nguyên lý xây dựng chương trình HĐH
Khái niệm
OS là phần mềm hoạt động ở lớp trung gian giữa người sử dụng máy tính và phần cứng.
Mục tiêu của OS là làm cho người sử dụng:
Thực thi dễ dàng các ứng dụng của mình
Thao tác điều khiển máy tính trở nên thuận tiện.
Khai thác phần cứng máy tính một cách có hiệu quả
Khái niêm (tiếp)
Hệ thống máy tính bao gốm 4 thành phần:
Phần cứng (Hardware) – cung cấp các tài nguyên cơ bản
CPU, memory, I/O devices
Hệ điều hành (OS - Operating system)
Trung gian điều khiển và bố trí việc sử dụng phần cứng cho các ứng dụng và đối tượng sử dụng
Các chương trình ứng dụng (Application programs) – Các phần mềm phục vụ tác nghiệp của người sử dụng.
Word processors, compilers, web browsers, database systems, video games
Đối tượng sử dụng (Users):
Người, thiết bị hoặc máy tính khác
4 thành phần của hệ thống máy tính
Định nghĩa
OS là tài nguyên:
Quản lý tất cả các tài nguyên khác
Làm trung gian giữa những mâu thuẫn về hiệu năng của tài nguyên và sự sử dụng chúng một cách thuận tiện

OS là chương trình điều khiển
Điều khiển sự thực hiện các chương trình, ngăn ngừa lỗi và sự sử dụng không thích hợp

“Chương trình chạy trong toàn bộ thời gian hoạt động của máy tính” đó chính là kernel. Mọi chương trình khác là chương trình hệ thống hoặc chương trình ứng dụng
Lịch sử của OS
Hệ thống khung lớn (Mainframe Systems)
Hệ thống để bàn (Desktop Systems)
Hệ thống đa bộ xử lý
(Multiprocessor Systems)
Hệ thống phân tán (Distributed Systems)
Hệ thống bó (Clustered Systems)
Hệ thống thời gian thực (Real – Time Systems)
Hệ thống cầm tay (Handheld Systems)
Môi trường tính toán
(Computing Environments)
Mainframe Systems
Chi phí cài đặt thấp bởi hoạt động theo lô.
Hàng đợi công việc tự động chuyển điều khiển từ công việc này đến công việc khác. Đây là OS đầu tiên thô sơ.
Hạt nhân là bộ giám sát
Khởi động công việc
Điều khiển chuyển đổi công việc
Khi công việc được hoàn thành việc điều khiển chuyển lại cho bộ giám sát
Sơ đồ bộ nhớ của một hệ thống theo lô đơn giản (Simple Batch System)
Hệ thống đa chương (Multiprogramming Systems)
Multiprogramming có các khả năng:
Một user đơn lẻ không được sử dụng CPU và thiết bị I/O toàn thời gian.
Các công việc được tổ chức đa chương (code and data) thì CPU luôn luôn thực thi một trong nó.
Một tập con của tất cả các công việc được lưu trữ trong bộ nhớ
Một trong những công việc đó được chọn và hoạt động theo job scheduling
Khi một công việc rơi vào trạng thái chờ (ví dụ chờ I/O), OS sẽ chuyển sang công việc khác
Hệ thống theo lô đa chương
(Multiprogrammed Batch Systems)
Một vài công việc được lưu trữ trong bộ nhớ chính tại cùng môt thời điểm, CPU phục vụ một trong những công việc đó.
Những đặc tính cần thiết để
Multiprogramming
Hệ thống cung cấp các chương trình điều khiển I/O.
Quản trị bộ nhớ – hệ thống phải có khả năng đinh vị trong bộ nhớ một vài chương trình.
Lập lịch CPU – hệ thống phải lựa chọn một vài công việc sẵn sàng để chạy.
Định vị các thiết bị.
Hệ thống chia sẻ thời gian
(Timesharing Systems)

Timesharing (multitasking – đa nhiệm) là khái niệm mở rộng về mặt logic chỉ việc chuyển điều khiển giữa các công việc thường xuyên đến mức các users tương tác được đến mỗi công việc khi nó đang chạy, tạo ra máy tính tương tác.
Thời gian điều chuyển phù hợp < 1 second
Mỗi user có ít nhất một chương trình trong bộ nhớ tiến trình (process)
Nếu một vài công việc sẵn sàng chạy tại cùng một thời điểm  CPU scheduling
Nếu các tiến trình không đặt vừa trong bộ nhớ, swapping sẽ được thực hiện.
Virtual memory cho phép thi hành các tiến trình không đặt trọn vẹn trong bộ nhớ.
Desktop Systems
Personal computers – hệ thống máy tính cho phép một người sử dụng.
I/O devices – bàn phím, chuột, màn hình, máy in.
Người sử dụng dễ dàng và thuân lợi.
Có thể sử dụng công nghệ của các hệ thống lớn đã được cá nhân hóa cho người sử dụng nhưng không cần thiết các tính năng bảo vệ cao cấp.
Có thể chạy với một vài OS (Windows, MacOS, UNIX, Linux)
Parallel Systems
Multiprocessor systems có nhiều CPU trong một hệ thống liên lạc khép kín.
Tightly coupled system – các processor chia sẻ bộ nhớ và đồng hồ xung; truyền tin luôn luôn thông qua bộ nhớ được chia sẻ.
Các lợi ích của parallel system:
Gia tăng thông lượng truyền tin
Kinh tế
Gia tăng độ tin cậy
Parallel Systems (Cont.)
Symmetric multiprocessing (SMP)
Mỗi processor chạy độc lập trên một bản sao hệ điều hành như nhau.
Cho phép nhiều tiến trình cùng chạy đồng thời trên một hệ thống.
Nhiều hệ điều hành hiện đại hỗ trợ SMP
Asymmetric multiprocessing
Mỗi bộ xử lý được giao một nhiệm vụ riêng biệt; một bộ xử lý chủ (master) lập lịch và xác định công việc cho các bộ xử lý thành viên (slave)
Phổ biến trên những hệ thống lớn
Symmetric Multiprocessing Architecture
Distributed Systems
Phân tán sự tính toán trên một vài bộ xử lý vật lý.
Loosely coupled system – mỗi bộ xử lý có một bộ nhớ riêng của nó. Các bộ xử lý truyền thông tin cho nhau trên đường truyền tốc độ cao.
Các lợi ích của distributed systems.
Chia xẻ tài nguyên
Tăng tốc độ tính toán
Đáng tin cậy
Communications
Distributed Systems (tiếp)
Đòi hỏi cơ sở hạ tầng mạng máy tính.
Local area networks (LAN) hoặc Wide area networks (WAN)
Có hai dạng hệ thống client-server hoặc hệ thống peer-to-peer.
Cấu trúc chung của Client-Server
Clustered Systems
Tập hợp hai hoặc nhiều hệ thống có bộ lưu trữ chia sẻ.
Cung cấp độ an toàn cao.
Asymmetric clustering: Một server chạy các ứng dụng trong khi các server khác dự phòng.
Symmetric clustering: Tất cả N host đều chạy ứng dụng.
Real-Time Systems
Luôn được sử dụng như những thiết bị điều khiển trong những ứng dụng chuyên biệt: Thí nghiệm khoa học, hệ mô phỏng y học, điều khiển công nghiệp, ...
Phải hoàn thành công việc trong một thời gian xác định cưỡng bức.
Hệ thống Real-Time có thể là hard hoặc soft real-time.
Real-Time Systems (tiếp)
Hard real-time:
Bộ lưu trữ thứ cấp có giới hạn hoặc không có, dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ nhỏ hoặc trong ROM.
Trái ngược với hệ thống time-sharing và không hỗ trợ các hệ điều hành đa năng.
Soft real-time
Sử dụng điều khiển các robot công nghiệp.
Sử dụng trong các ứng dụng multimedia, thực tại ảo (virtual reality) đòi hỏi các tính năng cao cấp của hệ điều hành.
Handheld Systems
Personal Digital Assistants (PDAs)
Cellular telephones (điện thoại di động)
Một số đặc điểm:
Bộ nhớ giới hạn
Bộ xử lý tốc đô chậm
Màn hình nhỏ.
Computing Environments
Môi trường tính toán truyền thống
(Traditional computing)
Môi trường tính toán dựa trên công nghệ Web
(Web-Based Computing)
Môi trường tính toán nhúng
(Embedded Computing)
Computing Environments
Traditional computer
Thời gian tính không đòi hỏi chặt chẽ
Môi trường cộng tác
PCs liên kết tới một mạng, terminal gắn với mainframe hoặc minicomputer xử lý theo khối và chia sẻ thời gian
Thông qua các cổng và hệ thống từ xa truy nhập đền nguồn tài nguyên như nhau.
Mạng gia đình
Sử dụng các máy tính đơn, kết nối modem
Không firewall, không kết nối mạng.
Computing Environments (tiếp)
Client-Server Computing
Dumb terminals được thay thế bởi PC thông minh.
Có nhiều loại server, phù hợp với các đòi hỏi của clients
Compute-server cung cấp giao diện cho client yêu cầu dịch vụ (chẳng hạn database)
File-server cung cấp giao diện cho client lưu trữ và nạp tập tin
Peer-to-Peer Computing
Một mô hình khác của hệ thống phân tán.
P2P không phân chia các máy thành client và server.
Coi tất cả các nút đều có vai trò như nhau.
Mỗi nút hoạt động như client, server hoặc đóng vai trò cả hai.
Mỗi nút phải kết nối bởi mạng P2P
Đăng kí dịch vụ với một trung tâm tra cứu dịch vụ trên mạng,
Quảng bá yêu cầu dịch vụ và đáp ứng các yêu cầu dịch vụ theo giao thức discovery protocol
Ví dụ: Napster và Gnutella
Web-Based Computing
Web đã trở thành phổ biến
Máy tính PC trở thành thiết bị thông dụng
Nhiều thiết bị được kết nối mạng và liên kết theo kiểu web.
Nhiều thiết bị loại mới quản lý truyền tải web tương đương server: load balancers.
Sử dụng các hệ điều hành Windows 95 kiểu client-side và phát triển thành Linux và Windows XPcó thể phân chia thành clients và servers