Bài giảng Hệ điều hành - Chương 3: Cấu trúc hệ điều hành

Chương 3: Cấu trúc hệ điều hànhCác thành phần của hệ thốngCác dịch vụ hệ điều hànhLờI gọI hệ thốngChương trình hệ thốngCấu trúc hệ thống Máy ảoQuá trình nạp hệ điều hành.Operating System ConceptsCác thành phần của hệ thốngQuản lý tiến trình Quản lý bộ nhớ chínhQuản lý FileQuản lý hệ thống nhập xuấtQuản lý hệ thống lưu trữ phụHệ thống bảo vệCơ chế dòng lệnh hệ thốngOperating System ConceptsQuản lý tiến trìnhTiến trình là một chương trình đang thực hiện. Một tiến trình cần các tài nguyên bao gồm thờI gian CPU , bộ nhớ , files, và thiết bị nhập xuất, để hoàn tất các công việc của mình.Vai trò của việc quản lý tiến trình trong hệ điều hành.Tạo, xóa tiến trình.Ngưng và cho phép chạy lạI các tiến trình.Cung cấp cơ chế :Đồng bộ hóa tiến trìnhTruyền thông giữa các tiến trìnhOperating System ConceptsQuản lý bộ nhớ chínhBộ nhớ là một dãy lớn các word hoặc byte, mỗI phần tử có một địa chỉ. Nó là nơi lưu trữ, truy xuất dữ liệu một cách nhanh.Bộ nhớ chính là thiết bị lưu trữ có thể thay đổi. Nó sẽ làm mất hết dữ liệu trong trường hợp hệ thống bị hỏng.Vai trò quản lý bộ nhớ chính trong hệ điều hành:Lưu trữ thông tin các vùng nhớ hiện được sử dụng bởI ai.Quyết định tiến trình nào được nạp vào bộ nhớ khi bộ nhớ có chỗ trống.cấp phát và thu hồI bộ nhớ khi cần thiết.Operating System ConceptsQuản lý fileMột file là một sự thu thập các thông tin có liên quan được định nghĩa bởI ngườI tạo ra nó. Thường file thể hiện cho chương trình và dữ liệu.Vai trò quản lý file trong hệ điều hành:Tạo và xóa file.Tạo và xoá thư mục.Cung cấp các thao tác trên file và thư mục.Ánh xạ file vào hệ thống lưu trữ phụ.Operating System ConceptsQuản lý hệ thống nhập xuấtHệ thống nhập xuất bao gồm:Hệ thống buffer-cachingGiao tiếp thiết bịOperating System ConceptsQuản lý hệ thống lưu trữ phụChính vì bộ nhớ chính thường thay đổi và quá nhỏ lưu trữ tất cả dữ liệu và chương trình một cách lâu dài,hệ thống máy tính cung cấp bộ nhớ phụ để back up từ bộ nhớ chính.Hầu hết hệ thống máy tính ngày nay sử dụng đĩa như thành phần cơ bản lưu trữ cả chương trình và dữ liệu.Vai trò quản lý đĩa trong hệ điều hành: Quản lý nhớ còn trốngCấp phát lưu trữLập lịch đĩaOperating System ConceptsHệ thống bảo vệbảo vệ truy cập truy cập bởi các chương trình, các tiến trình, hoặc người sử dụng.Cơ chế bảo vệ phải là: Phân biệt giữa cho phép hay không được phép.Chỉ rõ điều khiển bị lợi dụng.Cung cấp các biện pháp phải tuân thủ.Operating System ConceptsHệ thống thông dịch dòng lệnhCó nhiều đoạn lệnh được đưa cho hệ điều hành để điều khiển :Quản lý và tạo các tiến trìnhQuá trình nhập xuấtQuản lý bộ nhớ phụQuản lý bộ nhớ chínhTruy cập hệ thống fileBảo vệ Operating System ConceptsHệ thống thông dịch dòng lệnh (tt.)Chương trình đọc và thông dịch các đoạn lệnh khác nhau:Thông dịch dòng lệnhshell (Trong UNIX) 	 Chức năng của nó là lấy và thực hiện đoạn lệnh kế tiếp.Operating System ConceptsCác dịch vụ hệ điều hànhThực hiện chương trình – hệ thống có khả năng nạp một chương trình vào bộ nhớ và thi hành nó.Thực hiện nhập xuất – Từ chương trình người dùng không thể thực hiện nhập xuất trực tiếp, hệ điều hành phải cung cấp các cách thức để thực hiện nhập xuất.Các thao tác trên hệ thống file – chương trình có khả năng đọc, ghi, tạo và xoá file.Truyền thông – Trao đổi thông tin giữa các tiến trình đang thực hiện cùng lúc trên máy tính hay trên các hệ thống trên mạng. Thực hiện bằng cách thông qua bộ nhớ dùng chung hay qua các thông điệp.Phát hiện lỗi – bảo đảm phát hiện lỗi trong CPU, bộ nhớ, thiết bị nhập xuất hoặc trong chương trình người sử dụng.Operating System ConceptsLời gọi hệ thốngLời gọi hệ thống là giao diện giữa chương trình đang chạy và hệ điều hành. Thông thường là các chỉ thị bằng ngôn ngữ assembler.Có ba phương pháp được sử dụng truyền tham số giữa chương trình đang chạy và hệ điều hành.Truyền tham số qua các thanh ghi.Lưu trữ các tham số trong một bảng trong bộ nhớ và địa chỉ của bảng được truyền qua tham số vào thanh ghi.Các chương trình thực hiện Push các tham số vào stack và được pop bởi hệ điều hành.Operating System ConceptsGởi tham số bằng một bảngOperating System ConceptsCác loại lời gọi hệ thốngĐiều khiển tiến trìnhQuản lý fileQuản lý thiết bịTruyền thôngOperating System ConceptsHệ điều hành MS-DOSHệ thống bắt đầuMột chương trình đang chạyOperating System ConceptsHệ điều hành UNIX có nhiều chương trình đang chạyOperating System ConceptsMô hình truyền thôngCác thông điệp được gởiSử dụng vùng nhớ dùng chungTruyền thông giữa các tiến trình thông qua các thông điệp hoặc vùng nhớ dùng chung.Operating System ConceptsChương trình hệ thốngChương trình hệ thống cung cấp một môi trường thuận tiện cho việc phát triển và thực hiện chương trình. Chúng được chia thành :Thao tác trên file Thông tin các trạng tháiHỗ trợ ngôn ngữ lập trìnhNạp và thực hiện chương trình Truyền thôngChương trình ứng dụngOperating System ConceptsCấu trúc hệ điều hành MSDOS MS-DOS – được viết cho các chức năng trong không gian nhỏ nhất, Không phân chia thành các modulOperating System ConceptsCấu trúc các lớp MS-DOSOperating System ConceptsCấu trúc hệ thống UNIXUNIX –Hệ điều hành bao gồm hai phần tách biệt.Các chương trình hệ thốngKernelBao gồm giao diện lờI gọI hệ thống và ở trên mức phần cứng vật lýCung cấp hệ thống file, lập lịch CPU , quản lý bộ nhớ và các chức năng hệ điều hành khác.Operating System ConceptsCấu trúc hệ thống UNIXOperating System ConceptsMáy ảoMột máy ảo takes the layered approach to its logical conclusion. It treats hardware and the operating system kernel as though they were all hardware.Một máy ảo cung cấp một giao diện giống hệt các lớp phần cứng.Hệ điều hành tạo ra các tiến trình ảo, mỗI việc thực hiện trên bộ xử lý vớI bộ nhớ ảo của nó.Operating System ConceptsMáy ảo (tt.)Tài nguyên của máy tính thật được chia xẻ để tạo ra máy ảo.Lập lịch CPU cũng được tạo ra như là ngườI sử dụng có bộ xử lý riêng.Spooling và hệ thống file được cung cấp một card reader ảo và một line máy in ảo.Operating System ConceptsMáy ảoKhông là máy ảoMáy ảoOperating System ConceptsThuận tiện/Bất lợi của máy ảo Khái niện máy ảo đưa ra chế độ bảo vệ tài nguyên hệ thống hoàn chỉnh từ các máy ảo khác. Các máy ảo là độc lập nhau không trực tiếp chia xẻ tài nguyên.Một hệ thống máy ảo là một phương tiện hoàn chỉnh để nguyên cứu hệ điều hành và phát triển nó. Các hệ thống được phát triển trên máy ảo thay vì trên máy thật bởi vậy hệ thống trên máy thật không bị phá vỡ.Khái niệm máy ảo cũng có khó thực hiện các yêu cầu trong bảng sao chính xác như trên máy thật.Operating System ConceptsQuá trình nạp hệ điều hànhKhi bật máy,chương trình Bootstrap – (là đoạn mã lưu trữ trong ROM ) được thi hành để kiểm tra các thiết bị máy tính có hoạt động tốt không. Nếu mọi thiết bị đầu sẵn sàng thì chương trình này đọc bootsector(đĩa mềm ) hay bootsector(đĩa cứng) vào bộ nhớ tại địa chỉ 0:7C00h và trao quyền điều khiển tại đây.Từ đó chương trình mồi hệ điều hành trong bootsector sẽ nạp các phần còn lại của hệ điều hành (kernel) vào bộ nhớ và hệ điều hành bắt đầu hoạt động.Operating System Concepts