Hệ điều hành nâng cao

1
HỆ ĐIỀU HÀNH NÂNG CAO
Trường đại học Khoa học tự nhiên
Khoa Công nghệ Thông tin

Trần Hạnh Nhi
2
Tổ chức
Phụ trách Lý thuyết :
Trần Hạnh Nhi
Phụ trách thực hành:
Phạm Nguyễn Anh Huy
Trần Anh Tuấn
Lê Thụy Anh
Đinh Bá Tiến
Trang web của môn học :
3
Mục tiêu
Kết quả mong đợi về lý thuyết :
Hiểu được cách thức Hệ điều hành làm việc
Nắm được các nguyên lý thiết kế Hệ điều hành
Biết được một số cơ chế, chiến lược cơ bản để giải quyết các nhiệm vụ của Hệ điều hành
Kết quả cần đạt được về thực hành
Vận dụng được các kiến thức lý thuyết để cài đặt giả lặp một số module của Hệ điều hành
Sử dụng được các cơ chế hỗ trợ của một Hệ điều hành cụ thể (Windows NT) để giải quyết các bài toán cơ bản.
4
Kiến thức yêu cầu
Kiến trúc Máy tính
Hệ điều hành cơ bản
Lập trình C/C++
5
Tính điểm
70% Lý thuyết + 30% Thực hành
Lý thuyết :
1 bài thi cuối khoá (không tham khảo tài liệu)
Mỗi sinh viên làm bài độc lập
Thực hành: 2 bài tập lớn
Thời hạn và cách thức nộp bài sẽ do giáo viên phụ trách thực hành qui định
Mỗi nhóm thực hành gồm 2 sinh viên
Bắt buộc có nộp bài thực hành mới được thi lý thuyết
6
Tài liệu tham khảo
Trần Hạnh Nhi : Giáo trình Hệ điều hành Nâng cao
A.Silberschatz & P/Galvin : OS concepts (5e)
Slides :
W. Stallings : Operating Systems
A.Tanenbaum et al : OS Design and Implementation
Minix :
R.Finkel:: An OS vade mecum
Book online :
Jeffrey Richter : Advanced Windows
Tiến Huy- Đan Thư- Hạnh Nhi : Kỹ thuật lập trình trên Windows NT
7
Nội dung
Chương 1 : Tổ chức Hệ điều hành
Chương 2 : Quản lý tiến trình
Chương 3 : Liên lạc giữa các tiến trình
Chương 4 : Quản lý bộ nhớ chính
Chương 5 : An toàn hệ thống
8
Bài giảng 1 : Giới thiệu
Tại sao phải tìm hiểu về Hệ điều hành ?
Hệ điều hành là gì ?
Vai trò trong hệ thống ?
Chức năng ?
Kiến trúc ?
Các nguyên lý thiết kế Hệ điều hành
9
Tại sao cần tìm hiểu Hệ điều hành ?
Để phá vỡ sự "bí ẩn" của hệ thống :
Tại sao máy tính có thể "biết" được nội dung đĩa ?
Tại sao có thể vừa soạn thảo, vừa nghe nhạc trên cùng 1 máy tính (có 1 CPU ?)
Tại sao 1 ứng dụng kích thước 1 M có thể hoạt động trên Windows mà bị báo "Not enough memory" trên DOS ?
Để khai thác tốt hơn môi trường làm việc :
Lập trình trên môi trường đa nhiệm (multitask), đa xử lý(multiprocessing) với các mô hình multiprocess, multithreads..
Sử dụng bộ nhớ hiệu quả
sử dụng các cơ chế Thông tin liên lạc, an toàn & bảo mật.
Vì là môn học bắt buộc ?
10
Hệ điều hành, anh là ai ?
11
Chức năng của Hệ điều hành
Quản trị tài nguyên (resource principle) :
Tài nguyên : CPU, Mem, IO; Files, ports, mailboxes.
Đối tượng sử dụng tài nguyên : Process, Thread
Nhiệm vụ : Cung cấp các giải thuật cấp phát, quản lý tài nguyên.cho các đối tượng hoạt động trong hệ thống
Mục tiêu : Cấp phát đầy đủ, công bằng R cho Ps; Sử dụng hiệu quả Rs, Nâng cao thông lượng Ps.
Trừu tượng hoá hệ thống (beautification principle)
Nhiệm vụ : Cung cấp các giải thuật để che dấu chi tiết phần cứng, tạo 1 môi trường dễ làm việc hơn (hope) cho user
Mục tiêu : tạo môi trường an toàn, tạo sự trừu tượng hoá, độc lập thiết bị
Ví dụ : device driver
12
Các thành phần
13
Kiến trúc Hệ điều hành
Đơn giản (Monolithic)
Hạt nhân (Kernel)
Phân lớp (Layered)
Máy ảo (Virtual Machine)
Hướng đối tượng (OOOS)
Exokernel
14
Monolithic
15
Monolithic
OS = Thư viện tiện ích
Có thể tổ chức thành nhiều module : CPU scheduling, Mem Management, Device management.nhưng chỉ có 1 trong những module này hoạt động tại một thời điểm
Đơn nhiệm
Quyền điều khiển được chuyển đổi thông qua lời gọi hàm
Khi tầm vóc phát triển hệ thống trở nên thiếu tin cậy.
Ví dụ : MS-DOS, Ultrix (mature Unix)
16
Kernel
17
Kernel
OS = Kernel + System processes
Kernel được bảo vệ
Đa nhiệm
Kernel chịu trách nhiệm phân chia thời gian sử dụng CPU, Giao tiếp giữa các tiến trình
Chỉ có 2 mức kernel/non-kernel =>kernel lớn, thiếu tin cậy như trước
Định nghĩa cứng các giao tiếp với ứng dụng trong kernel
Ví dụ : Windows NT
18
Layered
19
Layered
OS = các lớp trừu tượng hoá một tác vụ quản lý
Lớp trên được sử dụng các hàm xử lý� tài nguyên thuộc tác vụ do lớp dưới cung cấp
Khó xác định được các lớp xử lý rạch ròi, thứ tự lớp ?
Tạo tiến trình -> PM gọi MM
Bộ nhớ đầy -> MM gọi PM
Xếp lớp theo hàm xử lý , thay vì tác vụ
Seg management- P scheduling- Seg creation- P creation
Ví dụ : THE , MULTICS
20
Virtual Machine
21
Virtual Machine
OS = Virtualizing kernel + virtual machines
Virtual machine = physical hardware
Virtualizing kernel tạo ra nhiều VM trên 1 máy tính.
Process interface = hardware interface
Ưu điểm :
Môi trường thuận lợi cho sự tương thích (compatibility)
Tăng tính an toàn hệ thống do cung cấp các VM độc lập.
Dể phát triển các HDH đơn nhiệm cho mỗi VM
Khuyết điểm:
Phức tạp cho việc giả lặp (transput, add translation.)
Ví dụ : CMS(conversational Monitor System) trên VM/370 (hỗ trợ hardware)
22
OOOS
OS = tập các đối tượng
Tiến trình, tập tin, hàm, khối nhớ.
Một hàm xử lý (kernel/non-kernel mode) thao tác trên một tập các đối tượng.
Che dấu thông tin
Ví dụ :CAP, StarOS, iMAX432
23
Exokernel
24
Exokernel
Hướng đến một HDH linh đông trong giao tiếp với ứng dụng, cho phép ứng dụng chuyên biệt hoá hệ điều hành theo nhu cầu đặc thù một cách dễ dàng
OS = Exokernel + Library OS
Ư�ng dụng có thể phát triển các mô hình tổ chức VM, IPC theo nhu cầu riêng
Ví dụ : ý tưởng của project do Dawson R Engler et al phát triển tại MIT