Nguyên lí hệ điều hành - Tổng quan về hệ điều hành

TỔNG QUAN
VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH
ThS. Nguyễn Thị Hải Bình
Khoa CNTT, ĐH Giao thông vận tải
Email: calmseahn@gmail.com
NỘI DUNG
HỆ ĐIỀU HÀNH LÀ GÌ?1
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HĐH2
BÀI TẬP3
2
HỆ ĐIỀU HÀNH LÀ GÌ?
3
Tại sao cần tới Hệ điều hành? 
HAI CÁCH NHÌN HỆ ĐIỀU HÀNH
• Theo người dùng (User view)
• Dễ sử dụng
• Hiệu quả
• Ứng dụng phong phú
• Theo phần cứng (system view)
• Quản lý và cấp phát tài nguyên một cách hiệu quả và
công bằng
• Quản lý việc thực thi của các chương trình ứng dụng
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HĐH
• Hệ thống mainframe - Mainframe Systems
• Hệ để bàn - Desktop Systems
• Hệ đa xử lý - Multiprocessor Systems
• Hệ phân tán - Distributed Systems
• Hệ thống cụm - Clustered system
• Hệ thời gian thực - Realtime Systems
• Hệ thống nhúng – Embedded Systems
MAINFRAME SYSTEMS
• Batch systems
• Multiprogramming systems
• Time sharing system
BATCH SYSTEMS
• Hệ điều hành sơ khai nhất
• Tác vụ chính là chuyển điều khiển tự động từ công việc
này sang công việc khác
• Cần có người vận hành
• Giảm thời gian xử lý bằng cách ghép nhóm các công
việc có cùng yêu cầu (batching jobs)
• Ghép 2 công việc cùng dùng trình biên dịch Fortran để
tiết kiệm thời gian load trình biên dịch Fortran
BATCH SYSTEMS
MULTIPROGRAMMING SYSTEMS
• Multiprogramming làm tăng hiệu năng của CPU 
bằng cách tổ chức các công việc để CPU luôn có 1 
công việc cần thực hiện.
• Các công việc đó được lưu trong bộ nhớ chính tại 
cùng một thời điểm và CPU là đa nhiệm giữa chúng
• Khi một công việc phải đợi tác vụ nào đó, Hệ điều
hành sẽ chuyển CPU cho một công việc khác.
MULTIPROGRAMMING SYSTEMS
MULTIPROGRAMMING SYSTEMS
• Hệ điều hành cần có các chức năng cơ bản sau
• Các hàm nhập/xuât - I/O routines
• Định thời công việc - Job scheduling
• Quản lý bộ nhớ - Memory management
• Định thời CPU - CPU scheduling
• Phân bổ thiết bị - Allocation of devices
TIME SHARING SYSTEMS
• CPU luân phiên chuyển đổi thực thi giữa các công việc và sự
chuyển đổi diễn ra rất thường xuyên
• Người dùng có thể tương tác với mỗi chương trình đang chạy
• Time sharing systems cung cấp sự tương tác giữa hệ thống
và người dùng
• Time sharing systems cho phép nhiều người dùng chia sẻ hệ
thống cùng một lúc
• Người dùng cảm giác là toàn bộ hệ thống đang được dành riêng cho
mình
• Các công việc được giữ trong bộ nhớ chính và thiết bị lưu
trữ
• Chỉ công việc nằm trong bộ nhớ chính được chiếm CPU để xử lý
• Khi cần thiết một công việc có thể được chuyển từ bộ nhớ chính ra
thiết bị lưu trữ và ngược lại
TIME SHARING SYSTEMS
TIME SHARING SYSTEMS
• Yêu cầu đối với HĐH trong Time sharing systems
• Định thời công việc - Job scheduling
• Quản lý bộ nhớ - Memory management
• Job swap
• Virtual memory
• Quản lý tiến trình – Process management
• Định thời CPU – CPU scheduling
• Đồng bộ các công việc – Synchronization
• Tương tác giữa các công việc – Process communication
• Tránh bế tắc – Deadlock
• Quản lý hệ thống lưu trữ - Disk management
• Phân bổ các thiết bị tài nguyên – Allocation of devices
• Cơ chế bảo vệ - Protection
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HĐH
• Hệ thống mainframe - Mainframe Systems
• Hệ để bàn - Desktop Systems
• Hệ đa xử lý - Multiprocessor Systems
• Hệ phân tán - Distributed Systems
• Hệ thống cụm - Clustered system
• Hệ thời gian thực - Realtime Systems
• Hệ thống nhúng – Embedded Systems
DESKTOP SYSTEMS
• Personal computers - single user
• Hướng tới sự tiện lợi (convenience) cho người dùng
và khả năng đáp ứng cao (responsiveness)
• I/O devices: bàn phím, chuột, màn hình, máy in
• Có thể áp dụng công nghệ được phát triển cho các
HĐH lớn hơn
• Có thể vận hành nhiểu HĐH khác nhau: Windows, 
MacOS, UNIX, Linux
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HĐH
• Hệ thống mainframe - Mainframe Systems
• Hệ để bàn - Desktop Systems
• Hệ đa xử lý - Multiprocessor Systems
• Hệ phân tán - Distributed Systems
• Hệ thống cụm - Clustered system
• Hệ thời gian thực - Realtime Systems
• Hệ thống nhúng – Embedded Systems
MULTIPROCESSOR SYSTEMS
• Parallel systems
• Tightly coupled system: Hệ thống có nhiều hơn một
CPU được kết nối chặt chẽ
• Các processor chia sẻ bộ nhớ chung và đồng hồ (clock)
• Sự giao tiếp thường xuyên diễn ra qua bộ nhớ chung
• Ưu điểm
• Tăng thông lượng (increased throughput)
• Tiết kiệm tài nguyên (economy of scale)
• Tăng độ tin cậy (increased reliablility)
• Graceful degradation
MULTIPROCESSOR SYSTEMS
MULTIPROCESSOR SYSTEMS
• Symmetric multiprocessing (SMP)
• Các processor vận hành cùng một hệ điều hành duy nhất
• Nhiều ứng dụng thực thi cùng lúc với hiệu suất
(performance) cao
• Đa số các hệ điều hành hỗ trợ SMP
• Asymmetric multiprocessing 
• Mỗi processor thực thi một công việc khác nhau, master 
processor định thời và phân cong việc cho các slave 
processor
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HĐH
• Hệ thống mainframe - Mainframe Systems
• Hệ để bàn - Desktop Systems
• Hệ đa xử lý - Multiprocessor Systems
• Hệ phân tán - Distributed Systems
• Hệ thống cụm - Clustered system
• Hệ thời gian thực - Realtime Systems
• Hệ thống nhúng – Embedded Systems
DISTRIBUTED SYSTEMS
• Phân bố công việc trên nhiều processors
• Loosely coupled system – Hệ thống được kết nối
lỏng
• Mỗi processor có bộ nhớ riêng (local processor)
• Các processor giao tiếp thông qua mạng
• Ưu điểm
• Chia sẻ tài nguyên (resource sharing)
• Tăng tốc độ tính toán (Computation speed up)
• Độ tin cậy cao (high reliability)
DISTRIBUTED SYSTEMS
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HĐH
• Hệ thống mainframe - Mainframe Systems
• Hệ để bàn - Desktop Systems
• Hệ đa xử lý - Multiprocessor Systems
• Hệ phân tán - Distributed Systems
• Hệ thống cụm - Clustered system
• Hệ thời gian thực - Realtime Systems
• Hệ thống nhúng – Embedded Systems
CLUSTERED SYSTEM
• Là sự hợp thành của hai hay nhiều hệ thống đơn
(individual systems or nodes)
• Mỗi node có thể là single processor system hoặc
multicore system
• Loosely coupled system
• Chia sẻ chung bộ nhớ (storage)
• Đáng tin cậy (provide high reliability)
• Phân loại:
• Asymmetric clustering – cụm không đối xứng
• Symmetric clustering – cụm đối xứng
CLUSTERED SYSTEM
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HĐH
• Hệ thống mainframe - Mainframe Systems
• Hệ để bàn - Desktop Systems
• Hệ đa xử lý - Multiprocessor Systems
• Hệ phân tán - Distributed Systems
• Hệ thống cụm - Clustered system
• Hệ thời gian thực – Real-time Systems
• Hệ thống nhúng – Embedded Systems
REAL-TIME SYSTEMS
• Hệ thống đảm bảo hoàn thành công việc trong một
khoảng thời gian cho phép (deadline)
• Ứng dụng
• Điều khiển các thí nghiệm khoa học
• Hệ thống điều khiển công nghiệp
• Phân loại:
• Hard real-time
• Soft real-time
REAL-TIME SYSTEMS
• Hard real-time systems
• Nếu không đáp ứng yêu cầu thời gian thực hệ thống sẽ
sụp đổ
• Ví dụ: hệ thống làm mát nhà máy điện hạt nhân, hệ
thống báo cháy tự động, hệ thống điều khiển máy bay
• Bộ nhớ phụ hạn chế hoặc không có
• Dữ liệu nằm trong RAM hoặc ROM
• Soft real-time systems
• Nếu không đáp ứng yêu cầu thời gian thực hệ thống sẽ
bị suy giảm về chất lượng dịch vụ
• Ví dụ: Hệ thống Video/Audio streaming, thực tế ảo
(virtual reality)
QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HĐH
• Hệ thống mainframe - Mainframe Systems
• Hệ để bàn - Desktop Systems
• Hệ đa xử lý - Multiprocessor Systems
• Hệ phân tán - Distributed Systems
• Hệ thống cụm - Clustered system
• Hệ thời gian thực - Realtime Systems
• Hệ thống nhúng – Embedded Systems
EMBEDDED SYSTEMS
• Nhúng trong các thiết bị gia dụng, máy đồ chơi, 
• Một số vấn đề
• Bộ nhớ có dung lượng nhỏ
• Tốc độ processor không cao
• Màn hình nhỏ
BÀI TẬP
• Chương 1: Trang 49-52 
• 1.1, 1.3, 1.11, 1.12, 1.15, 1.16, 1.17