Giáo Trình Hệ Điều Hành Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hệ Điều Hành

Bạn đang xem: Giáo trình hệ điều hành đại học bách khoa

Môn học Hệ Điều Hành1. Tổng quan2. Khái niệm về quá trình3. Đồng bộ và giải quyết tranh chấp4. Tắc nghẽn quá trình và phương cách giải quyết5. Định thời biểu cho quá trình6. Bộ nhớ thực7. Kỹ thuật bộ nhớ ảo8. Thay thế trang9. Quản lý nhập xuất10. Hệ thống file11. Hệ điều hành Unix12. Hệ điều hành Windows Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 1 Thông tin cần biết Tài liệu tham khảo <1> Tập slides bài giảng mơn Hệ điều hành, Khoa KH&KTMT. <2> Silberschatz et al, “Operating System Concepts”, 6th Ed., 2002. <3> Silberschatz et al, “Operating System Concepts”, 7th Ed., 2005. Download: http://bit.ly/bK0aHV <4> A. Tanenbaum, “Modern Operating Systems”, Prentice Hall, 3nd Ed., 2004. <5> Silberschatz et al, “Operating System Principles”, 7th Ed., 2006. (Java impl.) Điểm môn học ● Thi giữa kỳ 20%, 60 phút ● Thi cuối kỳ 50%, 90 phút ● Bài tập lớn (2 bài) 20% ● Bài tập và thực hành 10%  Liên lạc Nguyễn Quang Hùng www.cse.hcmut.edu.vn/~hungnq/courses.html E­mail: hungnq2

Môn học Hệ Điều Hành1. Tổng quan2. Khái niệm về quá trình3. Đồng bộ và giải quyết tranh chấp4. Tắc nghẽn quá trình và phương cách giải quyết5. Định thời biểu cho quá trình6. Bộ nhớ thực7. Kỹ thuật bộ nhớ ảo8. Thay thế trang9. Quản lý nhập xuất10. Hệ thống file11. Hệ điều hành Unix12. Hệ điều hành Windows Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 1 Thông tin cần biết Tài liệu tham khảo <1> Tập slides bài giảng mơn Hệ điều hành, Khoa KH&KTMT. <2> Silberschatz et al, “Operating System Concepts”, 6th Ed., 2002. <3> Silberschatz et al, “Operating System Concepts”, 7th Ed., 2005. Download: http://bit.ly/bK0aHV <4> A. Tanenbaum, “Modern Operating Systems”, Prentice Hall, 3nd Ed., 2004. <5> Silberschatz et al, “Operating System Principles”, 7th Ed., 2006. (Java impl.) Điểm môn học ● Thi giữa kỳ 20%, 60 phút ● Thi cuối kỳ 50%, 90 phút ● Bài tập lớn (2 bài) 20% ● Bài tập và thực hành 10%  Liên lạc Nguyễn Quang Hùng www.cse.hcmut.edu.vn/~hungnq/courses.html E­mail: hungnq2

Xem thêm : 12 Dự Án Đoạt Giải Nhất Hội Thi Khoa Học Kỹ Thuật Cho Học Sinh, Bộ Gdcse.hcmut.edu.vn Phone: 8.647.256(5840) (Tập slide này có s ử dụng slide t Khoa KH&KTMT, Tr ừ các ngu ường Đ ồn khác.) ại Học Bách Khoa TPHCM 2 Nguyễn Quang Hùng www.cse.hcmut.edu.vn/~hungnq/courses.html E-mail: hungnq2
cse.hcmut.edu.vn Phone: 8.647.256(5840) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 3 Chương 1: Tổng Quan Giới thiệu ● Cấu trúc luận lý của hệ thống máy tính ● Định nghĩa hệ điều hành ● Các chức năng chính của hệ điều hành Quá trình phát triển ● Máy tính lớn (mainframe system) ● Máy để bàn (desktop system) ● Đa xử lý (multiprocessor system) ● Phân bố (distributed system) ● Thời gian thực (real­time system) ● Cầm tay (handheld system) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 4Các thành phần của hệ thống máy tính Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 5 Định nghĩa Hệ điều hành là gì? Người dùng ● “Phần mềm trung gian” giữa phần cứng máy tính và người sử dụng, có chức năng điều khiển phần cứng và cung cấp các dịch vụ cơ bản cho các ứng dụng. Các ứng dụng Mục tiêu ● Giúp người dùng dễ dàng sử dụng Hệ Điều Hành hệ thống. ● Quản lý và cấp phát tài nguyên hệ Phần cứng thống một cách hiệu quả. Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 6 Định nghĩa (tt)Hình chính xác hơn Hình của Dror G. Feitelson Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 7 Các chức năng chính của OS Phân chia thời gian xử lý trên CPU (định thời) Phối hợp và đồng bộ hoạt động giữa các quá trình Quản lý tài nguyên hệ thống hiệu quả  Kiểm soát quá trình truy cập, bảo vệ hệ thống Duy trì sự nhất quán của hệ thống, kiểm soát lỗi và phục hồi hệ thống khi có lỗi xảy ra. Cung cấp giao diện làm việc thuận tiện cho người dùng Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 8 Lịch sử phát triển Máy tính lớn (mainframe) ● Xử lý bó (batch) ● Đa chương (multiprogrammed) ● Đa nhiệm (time­sharing, multitasking) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 9 Mainframe computer in 1967 Modern Mainframe ComputerIBM System/360 Mainframe Computer Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 10 Lịch sử phát triển (Mainframe) Batch system ● I/O: card đục lỗ, băng từ (tape), line printer ● Cần có người vận hành (operator) ● Giảm setup time bằng cách ghép nhóm công việc (batching)  Vd: ghép các công việc cùng sử dụng trình biên dịch Fortran ● Tự động nạp lần lượt các công việc (job) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 11 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) (Mainframe) Multiprogrammed system ● Nhiều công việc được nạp đồng thời vào bộ nhớ chính ● Thời gian xử lý của CPU được phân chia giữa các công việc đó ● Tận dụng được thời gian rảnh, tăng hiệu suất sử dụng CPU (CPU utilization) ● Yêu cầu đối với hệ điều hành  Định thời công việc (job scheduling): chọn job trong job pool trên đĩa và nạp nó vào bộ nhớ để thực thi.  Quản lý bộ nhớ (memory management)  Định thời CPU (CPU scheduling)  Cấp phát tài nguyên (đĩa, máy in,…)  Bảo vệ Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 12Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 13 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) (Mainframe) Time­sharing system ● Multiprogrammed system không cung cấp khả năng tương tác hiệu quả với user ● CPU luân phiên thực thi giữa các công việc  Mỗi công việc được chia một phần nhỏ thời gian CPU (time slice, quantum time)  Cung cấp tương tác giữa user và hệ thống với thời gian đáp ứng (response time) nhỏ (1 s) ● Một công việc chỉ được chiếm CPU khi nó nằm trong bộ nhớ chính. ● Khi cần thiết, một công việc nào đó có thể được chuyển từ bộ nhớ chính ra thiết bị lưu trữ (swapping), nhường bộ nhớ chính cho công việc khác. Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 14 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Yêu cầu đối với OS trong hệ thống time­sharing ● Quản lý bộ nhớ (memory management)  Virtual memory ● Quản lý các quá trình (process management)  Định thời CPU  Đồng bộ các quá trình (synchronization)  Giao tiếp giữa các quá trình (process communication)  Tránh deadlock ● Quản lý hệ thống file, hệ thống lưu trữ (memory system) ● Cấp phát hợp lý các tài nguyên ● Bảo vệ (protection) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 15 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Máy để bàn (desktop system, personal computer) ● Nhiều thiết bị I/O: bàn phím, chuột, màn hình, máy in,… ● Phục vụ người dùng đơn lẻ. ● Mục tiêu chính của OS  Thuận tiện cho user và khả năng tương tác cao.  Không cần tối ưu hiệu suất sử dụng CPU và thiết bị ngoại vi. ● Nhiều hệ điều hành khác nhau – MS Windows, Mac OS, Unix, Linux,… Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 16 Lịch sử phát triển hệ điều hành (tt) Hệ thống song song (parallel, multiprocessor, hay tightly­ coupled system) ● Nhiều CPU ● Chia sẻ computer bus, clock ● Ưu điểm  System throughput: càng nhiều processor thì càng nhanh xong công việc  Multiprocessor system ít tốn kém hơn multiple single­processor system: vì có thể dùng chung tài nguyên (đĩa,…)  Độ tin cậy: khi một processor hỏng thì công việc của nó được chia sẻ giữa các processor còn lại Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 17 Top5 Supercomputer Source: http://www.top500.org1. Jaguar,Cray ,USA,(1.75 pataflop/s)2. Roadrunner,IBM,USA(1.04 petaflop/s)3. Kraken XT5, Cray,USA(832 teraflop/s)4. Jugene, IBM, Germany (825.5 teraflop/s)5. Tianhe­1, NUDT, China (563.1 teraflop/s)6. … BUT: Japan Earth­simulator (5120 cores, 35860 Gflops, No1 in year 2002) moves out of Top100 supercomputers. Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 18 Cray supercomputer Cray­1 supercomputer (đã ngưng hoạt động) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 19 Cray XT5­HE super computer ­USA OAK Ridge National Laboratory (managed for the U.S department of energy). ­ Linux operation system ­ AMD x86_64 Opteron Six core 2.6 GHz (10.4 GFlops) processor. ­ Total: 224162 cores. ­ 1.75 petaflop/s (or quadrillions of floting point operations per second) ­ the No2 supercomputer IBM’s Roadrunner can process 1.04 petaflop/s. ­The Cray supercomputer uses this computer to petroleum exploration and engineering tasks such as simulating aircraft designs.Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 20
cse.hcmut.edu.vn Phone : 8.647.256 ( 5840 )  ( Tập slide này có s ử dụng slide t Khoa KH&KTMT, Tr ừ những ngu ường Đ ồn khác. ) ại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 2 Nguyễn Quang Hùng www.cse.hcmut.edu.vn/~hungnq/courses.html E-mail : hungnq2cse.hcmut.edu.vn  Phone : 8.647.256 ( 5840 ) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh 3 Chương 1 : Tổng Quan  Giới thiệu ● Cấu trúc luận lý của mạng lưới hệ thống máy tính ● Định nghĩa hệ điều hành ● Các tính năng chính của hệ điều hành  Quá trình tăng trưởng ● Máy tính lớn ( mainframe system ) ● Máy để bàn ( desktop system ) ● Đa giải quyết và xử lý ( multiprocessor system ) ● Phân bố ( distributed system ) ● Thời gian thực ( real ­ time system ) ● Cầm tay ( handheld system ) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 4C ác thành phần của mạng lưới hệ thống máy tính Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh 5 Định nghĩa  Hệ điều hành là gì ? Người dùng ● “ Phần mềm trung gian ” giữa phần cứng máy tính và người sử dụng, có công dụng tinh chỉnh và điều khiển phần cứng và phân phối những dịch vụ cơ bản cho những ứng dụng. Các ứng dụng  Mục tiêu ● Giúp người dùng thuận tiện sử dụng Hệ Điều Hành mạng lưới hệ thống. ● Quản lý và cấp phép tài nguyên hệ Phần cứng thống một cách hiệu suất cao. Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh 6 Định nghĩa ( tt ) Hình đúng mực hơn Hình của Dror G. Feitelson Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 7 Các tính năng chính của OS  Phân chia thời hạn giải quyết và xử lý trên CPU ( định thời )  Phối hợp và đồng điệu hoạt động giải trí giữa những quy trình  Quản lý tài nguyên mạng lưới hệ thống hiệu suất cao  Kiểm soát quy trình truy vấn, bảo vệ mạng lưới hệ thống  Duy trì sự đồng nhất của mạng lưới hệ thống, trấn áp lỗi và phục sinh mạng lưới hệ thống khi có lỗi xảy ra.  Cung cấp giao diện thao tác thuận tiện cho người dùng Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 8 Lịch sử tăng trưởng  Máy tính lớn ( mainframe ) ● Xử lý bó ( batch ) ● Đa chương ( multiprogrammed ) ● Đa nhiệm ( time ­ sharing, multitasking ) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 9 Mainframe computer in 1967 Modern Mainframe ComputerIBM System / 360 Mainframe Computer Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh 10 Lịch sử tăng trưởng  ( Mainframe ) Batch system ● I / O : card đục lỗ, băng từ ( tape ), line printer ● Cần có người quản lý và vận hành ( operator ) ● Giảm setup time bằng cách ghép nhóm việc làm ( batching )  Vd : ghép những việc làm cùng sử dụng trình biên dịch Fortran ● Tự động nạp lần lượt những việc làm ( job ) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 11 Lịch sử tăng trưởng hệ điều hành ( tt )  ( Mainframe ) Multiprogrammed system ● Nhiều việc làm được nạp đồng thời vào bộ nhớ chính ● Thời gian giải quyết và xử lý của CPU được phân loại giữa những việc làm đó ● Tận dụng được thời hạn rảnh, tăng hiệu suất sử dụng CPU ( CPU utilization ) ● Yêu cầu so với hệ điều hành  Định thời việc làm ( job scheduling ) : chọn job trong job pool trên đĩa và nạp nó vào bộ nhớ để thực thi.  Quản lý bộ nhớ ( memory management )  Định thời CPU ( CPU scheduling )  Cấp phát tài nguyên ( đĩa, máy in, … )  Bảo vệ Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 12L ịch sử tăng trưởng hệ điều hành ( tt ) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 13 Lịch sử tăng trưởng hệ điều hành ( tt )  ( Mainframe ) Time ­ sharing system ● Multiprogrammed system không cung ứng năng lực tương tác hiệu suất cao với user ● CPU luân phiên thực thi giữa những việc làm  Mỗi việc làm được chia một phần nhỏ thời hạn CPU ( time slice, quantum time )  Cung cấp tương tác giữa user và mạng lưới hệ thống với thời hạn cung ứng ( response time ) nhỏ ( 1 s ) ● Một việc làm chỉ được chiếm CPU khi nó nằm trong bộ nhớ chính. ● Khi thiết yếu, một việc làm nào đó hoàn toàn có thể được chuyển từ bộ nhớ chính ra thiết bị tàng trữ ( swapping ), nhường bộ nhớ chính cho việc làm khác. Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 14 Lịch sử tăng trưởng hệ điều hành ( tt )  Yêu cầu so với OS trong mạng lưới hệ thống time ­ sharing ● Quản lý bộ nhớ ( memory management )  Virtual memory ● Quản lý những quy trình ( process management )  Định thời CPU  Đồng bộ những quy trình ( synchronization )  Giao tiếp giữa những quy trình ( process communication )  Tránh deadlock ● Quản lý mạng lưới hệ thống file, mạng lưới hệ thống tàng trữ ( memory system ) ● Cấp phát hài hòa và hợp lý những tài nguyên ● Bảo vệ ( protection ) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 15 Lịch sử tăng trưởng hệ điều hành ( tt )  Máy để bàn ( desktop system, personal computer ) ● Nhiều thiết bị I / O : bàn phím, chuột, màn hình hiển thị, máy in, … ● Phục vụ người dùng đơn lẻ. ● Mục tiêu chính của OS  Thuận tiện cho user và năng lực tương tác cao.  Không cần tối ưu hiệu suất sử dụng CPU và thiết bị ngoại vi. ● Nhiều hệ điều hành khác nhau – MS Windows, Mac OS, Unix, Linux, … Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 16 Lịch sử tăng trưởng hệ điều hành ( tt )  Hệ thống song song ( parallel, multiprocessor, hay tightly ­ coupled system ) ● Nhiều CPU ● Chia sẻ computer bus, clock ● Ưu điểm  System throughput : càng nhiều processor thì càng nhanh xong việc làm  Multiprocessor system ít tốn kém hơn multiple single ­ processor system : vì hoàn toàn có thể dùng chung tài nguyên ( đĩa, … )  Độ an toàn và đáng tin cậy : khi một processor hỏng thì việc làm của nó được san sẻ giữa những processor còn lại Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 17 Top5 Supercomputer  Source : http://www.top500.org1. Jaguar, Cray, USA, ( 1.75 pataflop / s ) 2. Roadrunner, IBM, USA ( 1.04 petaflop / s ) 3. Kraken XT5, Cray, USA ( 832 teraflop / s ) 4. Jugene, IBM, Germany ( 825.5 teraflop / s ) 5. Tianhe ­ 1, NUDT, Nước Trung Hoa ( 563.1 teraflop / s ) 6. …  BUT : Japan Earth ­ simulator ( 5120 cores, 35860 Gflops, No1 in year 2002 ) moves out of Top100 supercomputers. Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 18  Cray supercomputer Cray ­ 1 supercomputer ( đã ngưng hoạt động giải trí ) Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh 19 Cray XT5 ­ HE super computer ­ USA OAK Ridge National Laboratory ( managed for the U.S department of energy ). ­ Linux operation system ­ AMD x86_64 Opteron Six core 2.6 GHz ( 10.4 GFlops ) processor. ­ Total : 224162 cores. ­ 1.75 petaflop / s ( or quadrillions of floting point operations per second ) ­ the No2 supercomputer IBM’s Roadrunner can process 1.04 petaflop / s. ­ The Cray supercomputer uses this computer to petroleum exploration and engineering tasks such as simulating aircraft designs. Khoa KH&KTMT, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 20

Source: https://vh2.com.vn
Category : Ứng Dụng