Bài giảng Hệ điều hành - Chương I: Tổng quan về hệ điều hành

HỆ ĐIỀU HÀNH
Chương 1 
Tổng quan về hệ điều hành
11/2/2017
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 1
Mục tiêu chương 1
 Hiểu và phát biểu lại được các khái niệm cơ bản về hệ điều
hành, và các thành phần của hệ điều hành
 Biết được sự khác biệt cơ bản giữa các loại hệ điều hành
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 2
Nội dung chương 1
Tổng quan
Phân loại hệ điều hành
Lịch sử phát triển hệ điều hành
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 3
Tổng quan
 Hệ điều hành là gì?
 Chương trình trung gian giữa phần
cứng máy tính và người sử dụng, có
chức năng điều khiển và phối hợp
việc sử dụng phần cứng và cung cấp
các dịch vụ cơ bản cho các ứng dụng.
 Mục tiêu
 Giúp người dùng dễ dàng sử dụng hệ
thống.
 Quản lý và cấp phát tài nguyên hệ
thống một cách hiệu quả.
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 4
Phần cứng
Hệ Điều Hành
Các ứng dụng
Người dùng
Chạy ứng dụng abc trên phần 
cứng XYZ
Tổng quan (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 5
Hình của Dror G. Feitelson
Physical devices
Microprogramming
Machine language
Operating system
Compilers Editors
Command 
interpreter
Banking 
system
Airline 
reservation
Web browser Application programs
Hardware
System programs
Cấu trúc hệ thống máy tính
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 6
Cấu trúc hệ thống máy tính (tt)
 Phần cứng (hardware)
 Bao gồm các tài nguyên cơ bản của máy tính như CPU, bộ
nhớ, các thiết bị I/O
 Hệ điều hành (operating system)
 Phân phối tài nguyên, điều khiển và phối hợp các hoạt động
của các chương trình trong hệ thống.
 Chương trình ứng dụng (application programs)
 Sử dụng hệ thống tài nguyên để giải quyết một bài toán tính
toán nào đó của người sử dụng.
 Ví dụ: compilers, database systems, video games, business
programs.
 Users (people, machines, other computers)
11/2/2017 7Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved.
Các chức năng chính của hệ điều hành
 Phân chia thời gian xử lý và định thời CPU
 Phối hợp và đồng bộ hoạt động giữa các processes
(coordination & synchronization)
 Quản lý tài nguyên hệ thống (thiết bị I/O, bộ nhớ, file chứa
dữ liệu,)
 Thực hiện và kiểm soát access control, protection
 Duy trì sự nhất quán (integrity) của hệ thống, kiểm soát lỗi
và phục hồi hệ thống khi có lỗi (error recovery)
 Cung cấp giao diện làm việc cho users
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 8
Phân loại hệ điều hành
 Dưới góc độ loại máy tính
 Hệ điều hành dành cho máy MainFrame
 Hệ điều hành dành cho máy Server
 Hệ điều hành dành cho máy nhiều CPU
 Hệ điều hành dành cho máy tính cá nhân (PC)
 Hệ điều hành dành cho máy PDA (Embedded OS - hệ điều hành
nhúng)
 Hệ điều hành dành cho máy chuyên biệt
 Hệ điều hành dành cho thẻ chíp (SmartCard)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 9
Phân loại hệ điều hành (tt)
 Dưới góc độ số chương trình được sử dụng cùng lúc
 Hệ điều hành đơn nhiệm
 Hệ điều hành đa nhiệm
 Dưới góc độ người dùng (truy xuất tài nguyên cùng lúc)
 Một người dùng
 Nhiều người dùng
Mạng ngang hàng
Mạng có máy chủ: LAN, WAN, 
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 10
Phân loại hệ điều hành (tt)
 Dưới góc độ hình thức xử lý
 Hệ thống xử lý theo lô
 Hệ thống đơn chương (uniprograming OS)
 Hệ thống đa chương (multiprogramming OS)
 Hệ thống chia sẻ thời gian
 Hệ thống song song
 Hệ thống phân tán
 Hệ thống xử lý thời gian thực
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 11
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý
 Hệ thống đơn chương
 Tác vụ được thi hành tuần tự.
 Bộ giám sát thường trực
 CPU và các thao tác nhập xuất:
Xử lý offline
Đồng bộ hóa các thao tác bên ngoài – Spooling (Simultaneous
Peripheral Operation On Line)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 12
Nhập Xuất
Máy tính 
chính
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý
 Hệ thống đa chương
 Nhiều công việc được nạp đồng thời
vào bộ nhớ chính
 Khi một tiến trình thực hiện I/O, một
tiến trình khác được thực thi
 Tận dụng được thời gian rảnh, tăng
hiệu suất sử dụng CPU (CPU
utilization)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 13
Bộ xử lý Kết thúc tác vụ
Tác vụ I/O
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 14
 Hệ thống đa chương: 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
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 15
Hệ điều hành đơn chương
Hệ điều hành đa chương
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 16
 Hệ thống chia sẻ thời gian
 Hệ thống đa nhiệm (multitasking)
 Lập lịch CPU
 Thời gian chuyển đổi giữa các tác vụ rất ngắn

Bộ xử lý
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 17
 Yêu cầu đối với OS trong hệ thống time-sharing
 Định thời công việc (job scheduling)
 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
 Cấp phát hợp lý các tài nguyên
 Bảo vệ (protection)
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 18
 Hệ thống song song
 Hai hoặc nhiều bộ xử lý cùng chia sẻ một bộ nhớ.
 Master/Slave : một bộ xử lý chính kiểm soát một số bộ xử lý
I/O
Bộ xử lý Bộ xử lý
Bộ nhớ chính
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 19
 Hệ thống song song (parallel, multiprocessor, hay tightly-
coupled system)
 Nhiều CPU
 Chia sẻ computer bus, clock
 Ưu điểm
Năng xuất hệ thống (System throughput): càng nhiều processor
thì càng nhanh xong công việc
Multiprocessor system ít tốn kém hơn multiple single-processor
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
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 20
 Phân loại hệ thống song song
 Đa sử lý đối xứng (symmetric multiprocessor)
Mỗi processor vận hành một bản sao hệ điều hành giống nhau
Các copy dữ liệu cho nhau khi cần
(Windows NT, Solaris 5.0, Digital UNIX, OS/2, Linux)
 Đa sử lý bất đối xứng (asymmetric multiprocessor)
Mỗi processor thực thi một công việc khác nhau
Master processor định thời và phân công việc cho các slave
processors
(SunOS 4.0)
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 21
 Hệ thống phân tán
 Mỗi processor có bộ nhớ riêng, giao tiếp với nhau qua các
kênh nối như mạng, bus tốc độ cao
 Người dùng chỉ thấy một hệ thống đơn nhất
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 22
 Ưu điểm hệ thống phân tán (distributed system, loosely-
coupled system)
 Chia sẻ tài nguyên (resource sharing)
 Chia sẻ sức mạnh tính toán (computational sharing)
 Độ tin cậy cao (high reliability)
 Độ sẵn sàng cao (high availability): các dịch vụ của hệ thống
được cung cấp liên tục cho dù một thành phần hardware trở
nên hỏng
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 23
 Các mô hình hệ thống phân tán
 Client-server
Server: cung cấp dịch vụ
Client: có thể sử dụng dịch vụ của server
 Peer-to-peer (P2P)
Các peer (máy tính trong hệ thống) đều ngang hàng nhau
Không có cơ sở dữ liệu tập trung
Các peer là tự trị
Ví dụ: Gnutella
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 24
 Hệ thống thời gian thực (real-time system)
 Sử dụng trong các thiết bị chuyên dụng như điều khiển các thử
nghiệm khoa học, điều khiển trong y khoa, dây chuyền công
nghiệp, thiết bị gia dụng, quân sự
 Ràng buộc về thời gian: hard và soft real-time
 Hard real-time
Hạn chế (hoặc không có) bộ nhớ phụ, tất cả dữ liệu nằm trong bộ
nhớ chính (RAM hoặc ROM)
Yêu cầu về thời gian đáp ứng/xử lý rất nghiêm ngặt, thường sử
dụng trong điều khiển công nghiệp, robotics,
 Soft real-time
Thường được dùng trong lĩnh vực multimedia, virtual reality với
yêu cầu mềm dẻo hơn về thời gian đáp ứng
Phân loại dưới góc độ hình thức xử lý (tt)
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 25
 Hệ thống nhúng
 Điện thoại di động (smartphone)
 Máy tính bảng
 Đặc trưng của các thiết bị này
Bộ nhớ nhỏ (512 KB - 128 MB - 4GB)
Tốc độ processor thấp (để ít tốn pin)
Màn hình hiển thị có kích thước nhỏ
Có thể dùng các công nghệ kết nối như IrDA, Bluetooth,
wireless
Có thể có một hoặc nhiều cảm biến khác nhau
Lịch sử phát triển của hệ điều hành
 Thế hệ 1 (1945 - 1955)
 Thiết kế, xây dựng, lập trình, thao tác: do 1 nhóm người
 Lưu trên phiếu đục lỗ
 Thế hệ 2 (1955 - 1965)
 Xuất hiện sự phân công công việc
 Hệ thống sử lý theo lô ra đời, lưu trên băng từ
 Hoạt động dưới sự điều khiển đặc biệt của 1 chương trình
11/2/2017 26Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved.
Lịch sử phát triển của hệ điều hành
 Thế hệ 3 (1965 - 1980)
 Ra đời hệ điều hành, khái niệm đa chương
 HĐH chia sẻ thời gian như CTSS của MIT
 MULTICS, UNIX
 Thế hệ 4 (1980)
 Ra đời máy tính cá nhân, IBM PC
 HĐH MS-DOS, MacOS (Apple Macintosh), MS Windows,
OS/1
 Linux, QNX, HĐH mạng,
11/2/2017 27Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved.
Lịch sử phát triển của hệ điều hành
 Nhân Windows và Linux được dựa trên những nền tảng phát
triển từ giữa những năm 1970s
11/2/2017 28Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved.
(see  for diagrams showing history of Windows & Unix)
1970 1980 1990 2000
1970 1980 1990 2000
Tóm tắt lại nội dung buổi học
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 29
 Tổng quan
 Phân loại hệ điều hành
 Lịch sử phát triển hệ điều hành
Câu hỏi ôn tập chương 1
 Nêu cấu trúc hệ thống máy tính?
 HĐH có những chức năng chính nào?
 Theo góc độ hệ thống xử lý, HĐH được phân thành mấy
loại? Kể tên?
 Những yêu cầu của hệ điều hành đối với hệ thống chia sẻ
thời gian?
 Định nghĩa hệ điều hành?
11/2/2017 30Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved.
THẢO LUẬN
11/2/2017 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 31