Bài giảng Nguyên lý hệ điều hành - ThS. Nguyễn Đức Thuần

Chia sẻ: Nguyen An | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:215

Thêm vào BST

Báo xấu

705
lượt xem 214
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong hệ thống kiến thức chuyên ngành trang bị cho học sinh khoa Kỹ thuật máy tính và khoa tin học quản lý, môn học nguyên lý hệ điều hành góp phần cung cấp những nội dung kiến thức chung nhất về hệ điều hành máy tính. Nó giúp người học nắm bắt được những nguyên lý cơ bản và nguyên tắc làm việc của một hệt điều hành máy tính tổng quát. Từ đó có thể áp dụng để làm việc tốt với các hệ điều hành cụ thể trên thực tế. Mời các bạn cùng tham khảo "Bài giảng Nguyên lý hệ điều hành" để biết thêm thông tin chi tiết về môn học này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nguyên lý hệ điều hành - ThS. Nguyễn Đức Thuần

nguyeân lyù hEÄ ÑIEÀU HAØNH n a u h T c u D g N ThS. Nguyeãn Ñöùc Thuaàn Boä moân Heä Thoáng Thoâng Tin Ñ.H THUYÛ SAÛN 1
Chöông 0: Caáu truùc heä thoáng maùy tính n a u h T c u D g N 2
Cô cheá vaän haønh cuûa heä thoáng Moät heä thoáng thoâng thöôøng goàm CPU vaø caùc boä ñieàu khieån thieát bò (BÑKTB - device controller). Caùc taùc vuï cuûa n CPU vaø BÑKTB coù theå thöïc thi song haønh vaø tranh chaáp a boä nhôù chia seû qua söï ñieàu khieån ñoàng boä cuûa memory u controller. h Moãi BÑKTB phuï traùch moät loaïi thieát bò cuï theå (video T adapter, disk drive,...) c Moãi BÑKTB coù moät buffer rieâng. u CPU chuyeån döõ lieäu töø boä nhôù chính ñeán buffer rieâng cuûa D caùc BÑKTB vaø ngöôïc laïi. Döõ lieäu cuûa caùc taùc vuï I/O ñöôïc g chuyeån töø thieát bò ñeán buffer rieâng cuûa BÑKTB töông öùng. N Moãi khi keát thuùc moät taùc vuï I/O, BÑKTB thoâng baùo cho CPU baèng caùch gaây ra ngaét (interrupts). 3
Ngaét (interrupts) Ngaét (interrupt) laø cô cheá cho pheùp taïm ngöng coâng vieäc ñang ñöôïc CPU xöû lyù ñeå phuïc vuï moät yeâu caàu khaùc. Khi coù ngaét xaûy ra, quyeàn ñieàu khieån ñöôïc chuyeån giao n cho trình phuïc vuï ngaét (interrupt service routine) thoâng a u qua baûng vector ngaét. h Caùc ñaëc ñieåm cuûa cô cheá ngaét : T – taêng hieäu suaát xöû lyù coâng vieäc – ñaëc bieät laø caùc taùc vuï I/O c – ngaét thöôøng ñöôïc phaùt khôûi bôûi moät thieát bò phaàn cöùng u – thöïc hieän theo cô cheá baát ñoàng boä (asynchronously) vôùi process bò D ngaét. g Trap: ngaét meàm, phaùt khôûi bôûi moät loãi naøo ñoù hoaëc do N user yeâu caàu. Ví duï: – Loãi chia cho 0 (divided-by-zero), memory page fault… Haàu heát OS laø interrupt-driven operating systems 4
Chu trình thöïc hieän leänh n a u h T c u D g N 5
Chu trình leänh vôùi ngaét quaõng n a u h T c u D CPU kieåm tra ngaét sau moãi leänh g – polling N – vectored interrupt system Neáu khoâng coù ngaét, baét ñaàu moät chu kyø leänh môùi Neáu coù ngaét ñang chôø, taïm ngöng vaø löu traïng thaùi chöông trình ñang thöïc thi (Program Check, Program Status Word, caùc thanh ghi döõ lieäu,...), chuyeån qua thöïc thi trình ñieàu khieån xöû lyù ngaét (interrupt handler) 6
I/O structure Hai phöông thöùc thöïc hieän I/O Sau khi baét ñaàu taùc vuï I/O, quyeàn ñieàu khieån chæ ñöôïc traû veà khi vaø chæ khi taùc vuï I/O hoaøn taát. n a – CPU phaûi chôø ñeán khi taùc vuï I/O hoaøn taát u – Trong moät thôøi ñieåm, coù nhieàu nhaát laø 1 taùc vuï I/O h T ñöôïc thöïc hieän, khoâng xöû lyù ñöôïc ñoàng thôøi nhieàu yeâu caàu I/O. c u Sau khi baét ñaàu taùc vuï I/O, quyeàn ñieàu khieån ñöôïc traû D veà ngay maø khoâng caàn chôø hoaøn taát taùc vuï I/O g – CPU coù theå thöïc thi leänh keá tieáp maø khoâng phaûi chôø N ñeán khi taùc vuï I/O hoaøn taát – Trong moät thôøi ñieåm, coù theå coù nhieàu taùc vuï I/O ñöôïc thöïc hieän ñoàng thôøi. 7
Hai phöông thöùc I/O Synchronous I/O Asynchronous I/O n a u h T c u D g N 8
Caùc kyõ thuaät thöïc hieän I/O Programmed I/O (PIO) – Khoâng duøng ngaét, CPU phaûi chôø taùc vuï I/O hoaøn taát n a Interrupt-driven I/O u h – CPU coù theå tieáp tuïc thöïc thi trong suoát quaù trình xaûy ra T I/O, khi taùc vuï I/O hoaøn taát thì seõ phaùt ra moät ngaét baùo c hieäu cho CPU. u D Direct Memory Access (DMA) g – Moät khoái döõ lieäu ñöôïc chuyeån tröïc tieáp giöõa boä nhôù vaø N thieát bò I/O maø khoâng caàn qua CPU – Thöôøng söû duïng cho caùc thieát bò I/O coù toác ñoä cao. 9
Storage structure Boä nhôù chính (main memory): CPU chæ coù theå truy caäp tröïc tieáp thanh ghi (registers) vaø boä nhôù RAM. n a Boä nhôù phuï (secondary storage): heä thoáng löu tröõ thoâng tin u h beàn vöõng (nonvolatile storage). T Ñóa töø (magnetic disks) c u – Beà maët ñóa chia thaønh caùc raõnh (tracks), caùc raõnh naøy ñöôïc chia D nhoû hôn thaønh caùc cung töø (sectors). g N – Cylinder: taäp caùc track taïo thaønh moät hình truï – Disk controller: boä ñieàu khieån quaù trình giao tieáp giöõa CPU vaø ñóa. 10
Cô cheá truy xuaát ñóa Thôøi gian ñònh vò döõ lieäu - positioning time (random- access time) bao goàm n a – Seek time: thôøi gian di u chuyeån ñaàu ñoïc ñeán cylinder h caàn ñoïc T – Rotational latency: thôøi gian c tìm ñöôïc sector caàn ñoïc döõ u lieäu. D Transfer rate: toác ñoä chuyeån g döõ lieäu giöõa ñóa vaø CPU N 11
Phaân caáp heä thoáng löu tröõ Heä thoáng löu tröõ coù theå phaân caáp theo caùc tieâu chuaån – Toác ñoä (speed, access time). n a – Dung löôïng (capacity) u – Giaù caû (cost) h T – Ñoä beàn vöõng döõ lieäu (volatility) c Heä thoáng phaân caáp töø treân xuoáng theo u – Giaù thaønh giaûm daàn D – Dung löôïng taêng daàn g – Thôøi gian truy caäp taêng daàn N – Taàn suaát truy caäp cuûa CPU giaûm daàn – Cheá ñoä löu tröõ beàn vöõng (non-volatile) 12
Phaân caáp heä thoáng löu tröõ n a u h T c u D g N 13
Cô cheá caching Caching: copy döõ lieäu vaøo thieát bò löu tröõ toác ñoä cao hôn. Taïi sao phaûi duøng boä nhôù cache n – Toác ñoä CPU vaø boä nhôù chính khaùc nhau. a u – Khai thaùc nguyeân lyù “locality” h Caàn coù chieán löôïc quaûn lyù boä nhôù cache thích hôïp T Trong cô cheá caching, moät döõ lieäu coù theå ñöôïc löu c u tröõ nhieàu nôi ® phaûi baûo ñaûm tính nhaát quaùn döõ D lieäu (consistent): baøi toaùn cache coherency. g N 14
Baûo veä phaàn cöùng Chöùc naêng cuûa heä ñieàu haønh laø kieåm tra toaøn boä heä thoáng. n Heä ñieàu haønh cung caáp chöùc naêng chia seû taøi a u nguyeân cho nhieàu chöông trình, vì vaäy phaûi coù cô h T cheá kieåm tra vaø xöû lyù loãi öùng vôùi moãi moät chöông c trình. Caùc loãi chöông trình do phaàn cöùng phaùt u hieän vaø thoâng baùo cho heä ñieàu haønh ñeå ra quyeát D ñònh chaám döùt vaø thoâng baùo g N Baûo veä phaàn cöùng bao goàm cô cheá baûo veä CPU, Boä nhôù, Thieát bò nhaäp xuaát…. 15
Chöông 1:Toång quan veà Heä ñieàu haønh n a • Khái niệm về hệ điều hành u h • Phân loại các hệ điều hành T • Cấu trúc của hệ điều hành c u • Lịch sử phát triển của hệ điều hành D g N 16
Chöông 1:Toång quan veà Heä ñieàu haønh • Khái niệm về hệ điều hành – Các thành phần cộng tác trong Hệ thống CNTT gồm: n phần cứng, HĐH, các ứng dụng và người sử dụng a (user) u h – Phần cứng (CPU, bộ nhớ, thiết bị IO…): tài nguyên máy T tính c – Chương trình ứng dụng (trình biên dịch, hệ quản trị u CSDL, phần mềm thương mại, trò chơi…) sử dụng tài D nguyên máy tính để giải quyết các yêu cầu của user. g – HĐH là chương trình hoạt động giữa user và phần cứng N máy tính, điều khiển quản lý tài nguyên và phối hợp sử dụng phần cứng cho những ứng dụng khác nhau, giúp giao tiếp người-máy thuận lợi hiệu quả. 17
Chöông 1:Toång quan veà Heä ñieàu haønh Users n a u h T c u Chöông trình D g Heä Ñieàu Haønh N Phaàn cöùng 18
Chöông 1:Toång quan veà Heä ñieàu haønh Moâ hình tröøu töôïng cuûa 1 maùy tính n a u h T c u D g N 19
Chöông 1:Toång quan veà Heä ñieàu haønh • Khái niệm về hệ điều hành (tt) n – HĐH là bộ điều phối tài nguyên của máy tính (thời a gian sử dụng CPU, bộ nhớ, đĩa, thiết bị IO) cho các u ứng dụng h – Khi có nhiều yêu cầu khai thác tài nguyên, HĐH phải T giải quyết vấn đề tranh chấp và quyết định cấp phát c tài nguyên như thế nào là hiệu quả nhất u D – Để gia tăng hiệu quả khai thác tài nguyên, HĐH phải quản lý các bộ ĐKTB của nhà sản xuất (vd: VGA g card, sound card, modem, printer, HDD…) N è Mục tiêu cơ bản của HĐH: – Giúp cho việc thi hành các chương trình dễ dàng hơn – Hỗ trợ các thao trên hệ thống máy tính hiệu quả hơn 20