Bài giảng Hệ điều hành - Phần 2: Cấu trúc hệ điều hành - Nguyễn Lê Minh

CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNHThS. Nguyễn Lê MinhKhoa CNTT, ĐH Giao thông vận tảiEmail: nlminh@utc2.edu.vnNỘI DUNGCÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNGCÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNHLỜI GỌI HỆ THỐNGCÁC CHƯƠNG TRÌNHHỆ THỐNGCẤU TRÚC HỆ THỐNG2NỘI DUNGCÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNGCÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNHLỜI GỌI HỆ THỐNGCÁC CHƯƠNG TRÌNHHỆ THỐNGCẤU TRÚC HỆ THỐNG3CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG•••••••QuảnQuản Quản QuảnQuảnlýlý lý lýlýtiến trìnhbộ nhớ trong bộ nhớ ngoài tập tinhệ thống nhậpxuấtBảo vệ và an ninhHệ thống thông dịch lệnhQUẢN LÝ TIẾN TRÌNH•••Process managementTiến trình là một chương trình đang được thực thiTiến trình cần các tài nguyên xác định để hoàn thành tác vụ của nó•Vai trò của hệ điều hành trong quản lýtiếntrình•••••Lập lịch tiến trìnhTạo và huỷ các tiến trìnhTạm dừng và thực thi tiếp tiến trìnhCung cấp cơ chế đồng bộ hoá tiến trìnhCung cấp cơ chế giao tiếp giữa các tiến trìnhQUẢN LÝ BỘ NHỚ TRONG••Memory managementBộ••nhớ trong là một mảng kiểu byte hay kiểuMỗi phần tử đều có địa chỉCho phép truy xuất dữ liệu nhanhword•Vai trò của hệ điều hành trong quản lý bộ nhớtrong•Lưu trữ thông tin về các vị trí trong bộ nhớ đang được sử dụng và ai sử dụngQuyết định tiến trình nào được nạp vào bộ nhớ khi bộnhớ có thể được sử dụngCấp phát và thu hồi bộ nhớ khi cần thiết••QUẢN LÝ BỘ NHỚ NGOÀI••Secondary-Storage managementBộ nhớ ngoài dùng để lưu trữ chương trình vàliệuVai trò của hệ điều hành trong quản lý bộ nhớngoàidự••••Quản lý vùng trốngĐịnh vị lưu trữLập lịch cho đĩaQUẢN LÝ TẬP TIN••File managementTập tin là một tập hợp thôngxác địnhVai trò của hệ điều hànhtindongườitạoranó••••••Tạo và xoá một tập tinTạo và xoá một thư mụcHỗ trợ các thao tác trên tập tin vàthư mụcÁnh xạ tập tin lên hệ thống lưu trữ phụBackup tập tin trên các thiết bị lưu trữQUẢN LÝ HỆ THỐNG NHẬP XUẤT••I/O system managementHệ thống nhập xuất bao gồm••Hệ thống buffer (vùng đệm) – caching (vùng lưu trữ)Giao diện trình điều khiển thiết bị chung (general device-driver interface)Trình điều khiển cho các thiết bị xác định•BẢO VỆ VÀ AN NINH••Protection and securityCung cấp cơ chế để đảm bảo rằng tập tin,bộ nhớ,CPU và các tài nguyên khác chỉ được truy xuất bởicác tiến trình có quyềnBảo vệ là cơ chế để điều khiển truy xuất của cáctiến trình hay người dùng tới tài nguyên•HỆ THỐNG THÔNG DỊCH LỆNH• Một trong những chương trình hệ thống quantrọng nhất đối với hệ điều hành• Giao diện giữa người dùng và hệ điều hànhNỘI DUNGCÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNGCÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNHLỜI GỌI HỆ THỐNGCÁC CHƯƠNG TRÌNHHỆ THỐNGCẤU TRÚC HỆ THỐNG12CÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNH•Thực thi chương trình (Program execution)• Nạp chương trình vào bộ nhớ và thực thi• Chương trình phải có thể kết thúc việc thực thi bình thường hoặc không bình thường (lỗi)Thao tác nhập/xuất (I/O operations)củanó•• Cung cấp cách thức để thực hiện việc nhậpThao tác hệ thống tập tin (File-systemmanipulation)• Đọc, ghi, tạo mới, và xoá tập tinxuất•CÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNH•Giao tiếp (Communication)• Trao đổi thông tin giữa các tiến trình trên cùng một hoặc trên các máy tính khác nhau được kết nối qua mạng máy tínhPhát hiện lỗi (Error detection)• Hệ điều hành phải có khả năng phát hiện lỗi• Lỗi có thể xảy ra do CPU, bộ nhớ, thiết bị nhập xuât trong các chương trìnhmáy•hayCÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNH•Cấp phát tài nguyên (Resource allocation)•Cấp phát tài nguyên cho tất cả người dùng và côngđang thực thitoán (Accounting)việc•Kế•Ghi nhớ thời gian và loại tài nguyên mà mỗi người dùngsử dụng•Bảo vệ• Đảm bảo kiểm soát mọi truy cập vào tài nguyên hệthống* Additional functions exist not for helping the user, but rather for ensuringefficient system operationsNỘI DUNGCÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNGCÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNHLỜI GỌI HỆ THỐNGCÁC CHƯƠNG TRÌNHHỆ THỐNGCẤU TRÚC HỆ THỐNG16LỜI GỌI HỆ THỐNG•Lời gọi hệ thống (system call) cung cấp giaotrình tới các dịch vụ của hệ điều hànhThường được viết bằng C hoặc C++diệnlập••Lời gọi hệ thống có thể chia thành 5nhóm•••••Điều khiển tiến trình (Process control)Quản lý tập tin (File management)Quản lý thiết bị (Device management)Bảo trì thông tin (Information maintenance)Truyền thông (Communication)LỜI GỌI HỆ THỐNG• Ví dụ: Sao chép tập tinHÀM HT ĐIỀU KHIỂN TIẾN TRÌNH•••••••Nạp, thực hiện tiến trìnhTạo, kết thúc tiến trìnhĐọc hoặc thiết lập các thuộctrìnhtính chotiếnYêu cầu tiến trình vào trạng thái chờCấp phát và giải phóng bộ nhớXử lý các sự kiện không đồng bộHÀM HT QUẢN LÝ TẬP TIN••••Tạo, xóa tập tinĐóng, mở tập tinĐọc, ghi, định vị con trỏ tập tinĐọc, thiết lập thuộc tính của tậptinHÀM HT QUẢN TRỊ THIẾT BỊ••••Yêu cầu sử dụng hoặc thôi sử dụng thiết bịĐọc, ghi, định vị con trỏĐọc, thiết lập thuộc tính cho thiết bịAttach/detach thiết bị về mặt logicHÀM HT BẢO TRÌ THÔNG TIN••••Đọc, thiết lập thời gian hệ thốngĐọc, ghi dữ liệu về hệ thốngĐọc thuộc tính tập tin, thiết bị, tiến trìnhThiết lập thuộc tính tập tin, thiết bị, tiến trìnhHÀM HT VỀ TRUYỀN THÔNG••••Tạo, hủy các kết nối mạngTruyền nhận các thông điệpLấy thông tin trạng thái truyền thôngAttach/detach các thiết bị ở xaWINDOWS AND UNIX SYSTEM CALLSSTANDARD C LIBRARY EXAMPLENỘI DUNGCÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNGCÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNHLỜI GỌI HỆ THỐNGCÁC CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNGCẤU TRÚC HỆ THỐNG26CÁC CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG•Cung cấp môi trường thuận lợi cho việc thực thi vàphát triển chương trìnhBao gồm•••••Thao tác với tập tin (File manipulation)Thông tin về trạng thái của hệ thống (Status information)Sửa đổi tập tin (File modification)Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình (Programming language support)Nạp và thực hiện chương trình (Program loading and execution)Truyền thông (communication)••NỘI DUNGCÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNGCÁC DỊCH VỤ HỆ ĐIỀU HÀNHLỜI GỌI HỆ THỐNGCÁC CHƯƠNG TRÌNHHỆ THỐNGCẤU TRÚC HỆ THỐNG28CẤU TRÚC HỆ THỐNG••••CấuCấuCấuCấutrúctrúctrúctrúcđơn giản (Simple structure)phân tầng (Layered approach)vi nhân (Microkernel)ModulesCẤU TRÚC ĐƠN GIẢN• MS-DOSCẤU TRÚC PHÂN TẦNGCẤU TRÚC PHÂN TẦNG• Ví dụ: THE (Technische Hogeschool Eindhoven)CẤU TRÚC VI NHÂN• Nhân chỉ chứa các chức năng cần thiết nhất• Các chức năng khác được đưa ra ngoài nhânCẤU TRÚC MODULESCÂU HỎI THẢO LUẬNPhân biệt tiến trình và chương trình ?Định nghĩa tài nguyên của hệ thống ?