1.1

HEÄ ÑIEÀU HAØNHHEÄ ÑIEÀU HAØNH

ª Giaûng vieân:Giaûng vieân: TS Toâ Tuaán, Vieän CNTT, BQPª E-mail:E-mail: totuan4@yahoo.comª Dieãn ñaøn:Dieãn ñaøn: http://totuan.one-forum.netª Muïc tieâu:Muïc tieâu: Cung caáp caùc khaùi nieäm cô

baûn veà caáu truùc vaø hoaït ñoäng cuûa HÑH.

ª Moâ taû vaén taét:Moâ taû vaén taét: ° Khaùi nieäm chung, Lòch söû, Phaân loaïi

HÑH.° Nguyeân lyù vaø hoaït ñoäng caùc khoái

chöùc naêng.° Giôùi thieäu doøng HÑH Windows

NT/2000/XP/2003.

1.2

ª YÙ nghóa:YÙ nghóa: ° Hieåu saâu nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa

Phaàn cöùng vaø Phaàn meàm maùy tính.° Hoïc phöông phaùp phaân tích, thieát keá

vaø laäp trình moät heä thoáng lôùn ñeå aùp duïng cho coâng taùc nghieäp vuï sau naøy.

ª Moät soá quan nieäm sai:Moät soá quan nieäm sai:° Moân hoïc ñôn giaûn, khoâng coù gì môùi,

khoâng coù gì ñaëc bieät.° Moân hoïc chuû yeáu laø lyù thuyeát,

chaúng taùc duïng gì.° Moân hoïc raát khoù, khoâng coù caùch

naøo laøm chuû ñöôïc.

1.3

ª Taøi lieäu tham khaûo:Taøi lieäu tham khaûo:° T.S. Tanenbaum. Modern Operating Systems,

Prentice-Hall (2001)° A. Silberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne.

Operating System Concepts, John Wiley & Sons (2002)

° W. Stallings. Operating Systems- Internals & Design, Prentice-Hall (2001)

° Nhaäp moân Heä ñieàu haønh, bieân soaïn Leâ Khaéc Nhieân AÂn, Khoa CNTT, Ñaïi hoïc KHTN, TP. HCM (2003)

° Heä ñieàu haønh naâng cao, bieân soaïn Traàn Haïnh Nhi, Khoa CNTT, Ñaïi hoïc KHTN, TP. HCM (2003)

° Nguyeãn Phöông Lan, Hoaøng Ñöùc Haûi, Laäp trình Linux, Taäp 1, NXB Giaùo duïc (2001)

1.4

1.5

Baøi 1. GIÔÙI THIEÄU HEÄ ÑIEÀU HAØNHBaøi 1. GIÔÙI THIEÄU HEÄ ÑIEÀU HAØNH• 1.1. Ñònh nghóa heä ñieàu haønh1.1. Ñònh nghóa heä ñieàu haønh

ª Heä ñieàu haønh laø Maùy tính môû roäng (Extended Machine) hay Maùy tính aûo (Virtual Machine):

° AÅn caùc chi tieát cuûa phaàn cöùng ñeå maùy tính deã söû duïng hôn.

° Ngöôøi söû duïng vaø ngöôøi laäp trình ñöôïc cung caáp moät giao dieän ñôn giaûn, deã hieåu vaø khoâng phuï thuoäc vaøo thieát bò cuï theå.

° Thöïc teá, HÑH laø moät heä thoáng bao goàm nhieàu maùy tính tröøu töôïng xeáp thaønh nhieàu lôùp choàng leân nhau. Maùy tính möùc döôùi phuïc vuï cho maùy tính möùc treân.

° Baûn thaân chöông trình öùng duïng cuõng laø moät maùy tính tröøu töôïng vaø phaûi deã söû duïng nhaát.

° Coâng vieäc cuûa ngöôøi laäp trình laø lieân tuïc xaây döïng caùc maùy tính tröøu töôïng nhö vaäy (cho ngöôøi khaùc söû duïng vaø cho caû chính mình).

1.6

ª Heä ñieàu haønh laø boä quaûn lyù taøi nguyeân (Resource Manager):

° Ñaùp öùng caùc yeâu caàu söû duïng taøi nguyeân thieát bò nhö: CPU, Boä nhôù trong, OÅ ñóa, OÅ baêng, Maùy in, Card maïng, ...

° Trong tröôøng hôïp nhieàu chöông trình, nhieàu ngöôøi duøng cuøng chia seû caùc taøi nguyeân chung nhö vaäy, HÑH phaûi giaûi quyeát tranh chaáp coù theå xaûy ra vaø ñöùng ra laøm trung gian ñieàu phoái sao cho taøi nguyeân ñöôïc söû duïng ñuùng thöù töï, duøng xong laïi ñöôïc caáp cho ñoái töôïng khaùc söû duïng.

° Hình dung tình huoáng: 3 chöông trình cuøng in ra moät maùy in duy nhaát. Khoù chaáp nhaän tröôøng hôïp 1 trang in xen keõ nhieàu keát quaû töø nhieàu nguoàn khaùc nhau. HÑH giaûi quyeát baèng caùch ñöa keát quaû in cuûa moãi chöông trình taïm thôøi ra ñóa cöùng, sau ñoù laàn löôït in töø ñóa vaøo thôøi ñieåm thích hôïp.

1.7

KHAÙI QUAÙT MOÄT HEÄ THOÁNG KHAÙI QUAÙT MOÄT HEÄ THOÁNG MAÙY TÍNHMAÙY TÍNH

Phaàn cöùng

Heä ñieàu haønh

Caùc chöông trình heä thoáng vaø chöông trình öùng duïng

1.8

HEÄ THOÁNG MAÙY TÍNH TRONG HEÄ THOÁNG MAÙY TÍNH TRONG THÖÏC TEÁTHÖÏC TEÁ

Maùy tính 0

Maùy tính 1

Maùy tính 2

Maùy tính N-1

Maùy tính N

User

Nkhoâng

haïnñònh

1.9

•1.2. Lòch söû heä ñieàu haønhª Boán theá heä phaùt trieån:

° Theá heä 1 (1945 -1955): Ñeøn ñieän töû - Baûng ñieàu khieån (Plugboards)

° Theá heä 2 (1955 -1965): Boùng baùn daãn - Heä xöû lyù loâ (Batch Systems)

° Theá heä 3 (1965 -1980): Maïch IC - Heä ña chöông (Multiprogramming Systems), Heä chia thôøi gian (Time-Sharing Systems)

° Theá heä 4 (1980 - ñeán nay): Maïch LSI (Large Scale Integration) vaø Caùc heä ñieàu haønh hieän ñaïi.

1.10

(a, b) Mang chöông trình vaø döõ lieäu döôùi daïng taäp bìa ñuïc loã (Punch Cards) tôùi maùy IBM 1401 ñeå sao sang baêng töø

(c, d) Mang baêng töø tôùi IBM 7094 vaø tính toaùn ra baêng keát quaû

(e, f) Mang baêng töø keát quaû sang IBM 1401 ñeå in

QUY TRÌNH XÖÛ LYÙ LOÂ (Batch QUY TRÌNH XÖÛ LYÙ LOÂ (Batch System)System)

1.11

CAÁU TRUÙC 1 LOÂ TAÙC VUÏCAÁU TRUÙC 1 LOÂ TAÙC VUÏ

Soá lieäu

Chöông trình vieát baèng ngoân ngöõ

Fortran

1.12

MOÃI THÔØI ÑIEÅM CHÆ COÙ 1 TAÙC VUÏ MOÃI THÔØI ÑIEÅM CHÆ COÙ 1 TAÙC VUÏ TRONG BOÄ NHÔÙTRONG BOÄ NHÔÙ

OperatingSystem

Job i

Boä nhôù trong

1.13

HEÄ ÑA CHÖÔNG VÔÙI 3 TAÙC VUÏ TRONG HEÄ ÑA CHÖÔNG VÔÙI 3 TAÙC VUÏ TRONG BOÄ NHÔÙBOÄ NHÔÙ

Heä ña chöông (Multiprogramming System):– Nhieàu taùc vuï (Tieán trình) cuøng moät luùc

trong boä nhôù– Khi moät taùc vuï khoâng caàn ñeán CPU (do

phaûi thöïc hieän I/O vôùi thieát bò ngoaøi), taùc vuï khaùc ñöôïc thi haønh.

1.14

Heä chia thôøi gian (Time-Sharing System):– Laø heä ña chöông– Moãi taùc vuï chæ ñöôïc duøng CPU trong 1

khoaûng thôøi gian ngaén (ví duï vôùi thôøi löôïng laø 20 ms), sau ñoù bò ngaét, chuyeån sang taùc vuï khaùc, cöù theá xoay voøng.

– Moãi ngöôøi duøng ñeàu coù caûm giaùc laø maùy tính chæ phuïc vuï cho mình laø duy nhaát.

– Ví duï töø ñôøi thöôøng: Trong nhaø haøng, ngöôøi boài baøn (CPU) phuïc vuï moãi baøn aên (Chöông trình ngöôøi duøng) trong 1 khoaûng thôøi gian ngaén (chaúng haïn trong 10 giaây), sau ñoù chuyeån sang baøn khaùc.

HEÄ CHIA THÔØI GIANHEÄ CHIA THÔØI GIAN

1.15

ª Heä ñieàu haønh ôû Vieät Nam:° Maùy tính Minsk-32 ( Lieân Xoâ ) vôùi HÑH ñôn chöông Dispatcher taïi Trung taâm Toaùn - Maùy tính, BQP (töø 1974 - 1990)

° Maùy tính ES-1022 ( Lieân Xoâ ) vôùi HÑH ña chöông OS/ES (töông ñöông vôùi OS/360 cuûa IBM) taïi Ñaïi hoïc Baùch khoa Haø Noäi (töø 1986 - 1996)

° Maùy tính IBM 360/50 vôùi HÑH ña chöông OS/360 taïi Trung taâm Ñieän toaùn tieáp vaän cuûa Quaân ñoäi Saøi Goøn ( töø 1974 )

° Caùc HÑH cho maùy vi tính: PC-DOS, MS-DOS, MacOS, OS/2, Windows 9x, Windows NT/2000/XP, RedHat Linux, Linux VN 1.0, VietKey Linux 3.0, ...

1.16

1.3. Phaân loaïi heä ñieàu haønh1.3. Phaân loaïi heä ñieàu haønhª Treân caùc maùy lôùn thôøi kyø ñaàu:

° Batch Systems° Multiprogramming Systems° Time-Sharing Systems

ª Treân caùc maùy ñeå baøn (Desktop Systems)° Doøng DOS: PC-DOS, MS-DOS° Doøng UNIX: Unix, Xenix, Aix, Linux° Doøng Windows:

– Windows 3.X:Windows 3.1– Windows 9X: Windows 95/98/ME– Windows NT: Windows NT/2000/XP/2003

1.17

ª Caùc heä ña xöû lyù (Multiprocessor Systems)° Caùc heä hoã trôï nhieàu CPU, coøn goïi laø caùc heä song song (Parallel Systems)

° Ích lôïi:– Taêng thoâng suaát: Taêng soá taùc vuï hoaøn taát trong 1 ñôn vò thôøi gian

– Tieát kieäm: Nhieàu CPU nhöng chung boä nhôù vaø caùc thieát bò ngoaøi

– Taêng ñoä tin caäy: Neáu 1 CPU gaëp söï coá, heä vaãn chaïy tuy coù chaäm ñi

° Phaân loaïi:– Ña xöû lyù ñoái xöùng (Symmetric

Multiprocessing)

– Ña xöû lyù phi ñoái xöùng (Asymmetric Multiprocessing)

1.18

ÑA XÖÛ LYÙ ÑOÁI XÖÙNGÑA XÖÛ LYÙ ÑOÁI XÖÙNG

Caùc CPU chung boä nhôù vaø thieát bò Caùc CPU ngang haøng veà chöùc naêng Heä ñieàu haønh:

Solaris, OS/2, Linux Windows NT/2000/XP/2003

Windows 2000 Professional: 2 CPU Windows 2000 Server: 4 CPU Windows 2000 Advanced Server : 8 CPU Windows 2000 Datacenter Server: 32 CPU

1.19

ÑA XÖÛ LYÙ PHI ÑOÁI XÖÙNGÑA XÖÛ LYÙ PHI ÑOÁI XÖÙNG

Caùc CPU chung boä nhôù vaø thieát bò Moãi CPU ñöôïc aán ñònh chöùc naêng

rieâng:– Coù CPU chuû (Master) kieåm soaùt toaøn

heä thoáng– Caùc CPU khaùc ñoùng vai troø phuï thuoäc

(Slaves), chuyeân traùch coâng vieäc naøo ñoù

– Master ñieàu phoái vaø caáp phaùt coâng vieäc cho caùc Slaves

Heä ñieàu haønh: SunOS 4.x

1.20

ª Caùc heä phaân taùn (Distributed Systems)° Noái vôùi nhau qua giao tieáp maïng° Phaân loaïi theo khoaûng caùch:

– LAN (Local-Area Network): Noäi boä– WAN (Wide-Area Network): Dieän roäng– MAN (Metropolitan-Area Network): Ñoâ thò

° Phaân loaïi theo phöông thöùc phuïc vuï:– File-Server: Maùy chuû khoâng tính toaùn, chæ laøm dòch vuï taäp tin cho caùc maùy khaùc

– Peer-to-Peer: Maïng caùc maùy ngang haøng

– Client-Server: Maùy khaùch (Client) göûi yeâu caàu, Maùy chuû (Server) tính toaùn vaø göûi traû laïi keát quaû.

1.21

HEÄ THOÁNG CLIENT-SERVERHEÄ THOÁNG CLIENT-SERVER

Server: Windows 2000 Server

Web Server: IIS (Internet Information Server)

Mail Server: Microsoft Exchange 2000

Database Server: SQL Server 2000

Client: Windows 9X, Windows NT Workstation, Windows 2000/XP (Home,

Professional)

Microsoft

BackOffice

1.22

ª Caùc heä gom cuïm (Clustered Systems)° Nhieàu maùy noái maïng ñeå cuøng thöïc hieän

vieäc chung° Phaân loaïi:

– Gom cuïm ñoái xöùng (Symmetric Clustering): Caùc maùy ngang haøng veà chöùc naêng, Moãi maùy thöïc hieän phaàn vieäc cuûa mình vaø giaùm saùt laãn nhau.

– Gom cuïm phi ñoái xöùng (Asymmetric Clustering): Moät maùy chaïy trong Hot Standby Mode, nghóa laø chæ giaùm saùt coâng vieäc caùc maùy khaùc nhöng seõ ñaûm ñöông coâng vieäc cuûa maùy gaëp söï coá.

° Tham khaûo:– Töï döïng sieâu maùy tính baèng coâng ngheä Cluster: Theá giôùi vi tính, N.9, 2003, tr.124 (nguyen_anh_tuan@yahoo.com)

– Laäp trình song song treân Linux: Theá giôùi vi tính, N.9, 2003, tr.128 ( dkhoa81@yahoo.com )

1.23

ª Caùc heä thôøi gian thöïc (Real-Time Systems)

° Ñònh nghóa cuûa IEEE: Laø heä thoáng vöøa phaûi ñuùng veà chöùc naêng, vöøa phaûi ñuùng veà thôøi gian ñaùp öùng (Response Time), nghóa laø phaûi phuïc vuï kòp thôøi.

° Phaân loaïi:– Thôøi gian thöïc chaët (Hard Real-Time): Trong tröôøng hôïp xaáu nhaát cuõng phaûi coù thôøi gian ñaùp öùng khoâng quaù giôùi tuyeán (Deadline) ñaõ ñònh (ví duï: 1 giaây). Quaù giôùi haïn naøy laø hoûng.

– Thôøi gian thöïc loûng (Soft Real-Time): Trung bình thì ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu veà thôøi gian. Trong moät soá tình huoáng ñaëc bieät, coù theå chaäm moät chuùt maø khoâng aûnh höôûng ñeán toaøn heä.

1.24

ª Caùc heä caàm tay (Handheld Systems)° Caùc HÑH cho Thieát bò trôï giuùp caù nhaân PDA (Personal Digital Assistant), Ñieän thoaïi di ñoäng noái Internet.

° Do thieát bò coù boä nhôù nhoû (512 KB ñeán vaøi MB), heä ñieàu haønh phaûi nhoû, goïn, ñuû chöùc naêng ñeán toái thieåu.

° Caùc HÑH thoâng duïng:– Palm OS 6.x– Symbian OS 9.x, iPhone OS 1.x– Windows Pocket PC 2002, Windows Mobile 2003, Windows Mobile 6.x