Bài giảng Tổng quan hệ điều hành - Mai Xuân Phú

TỔNG QUAN
HỆ ĐIỀU HÀNH
GV: MAI Xuân Phú
xuanphu150@gmail.com
Khoa Công Nghệ Thông Tin
Đại Học Công Nghiệp TPHCM
1
Nội dung
Định nghĩa hệ điều hành (HĐH)
Lịch sử HĐH
Các thành phần của HĐH
Các khái niệm HĐH
Cấu trúc HĐH
2
Hệ điều hành
Hệ điều hành – Operating System
o Chương trình (hệ chương trình) giao diện giữa phần
cứng máy tính và người dùng
Cung cấp
o Môi trường cho phép người dùng thiết kế và thực 
hiện chương trình
3
Hệ thống máy tính
HỆ ĐIỀU HÀNH
Trình ứng dụng
Phần cứng
Người dùng 1
Người dùng 2
Người dùng n
…
Chức năng của HĐH
Quản trị tài nguyên
o Tài nguyên: CPU, RAM, HDD, printer…
o Đối tượng sử dụng tài nguyên: Chương trình ứng dụng
o Nhiệm vụ: cung cấp giải thuật cấp phát, quản trị tài
nguyên cho các đối tượng hoạt động.
o Mục tiêu: Cấp phát đầy đủ, công bằng, hiệu quả
Giả lập máy tính mở rộng (Điều khiển thiết bị)
o Nhiệm vụ: Che dấu các chi tiết phần cứng, tạo môi trường 
dễ làm việc hơn cho người dùng.
o Mục tiêu: Tạo sự độc lập thiết bị.
o Ví dụ: Làm sao để MS.Word có thể in được với nhiều loại 
máy in khác nhau như in kim, laser, phun của nhiều hãng 
khác nhau
4
Lịch sử phát triển HĐH
 Thiết kế tuần tự, 1950s
o Hệ thống xử lý bó (batch programming system)
 Hệ thống đa lập trình (multiprogramming system), 1968
o Chia sẻ tài nguyên giữa các quá trình
Máy tính tương tác, 1970s
o Hệ thống chia sẻ thời gian (time-sharing systems)
o User – Terminal (non - computer)
 Hệ thống đa xử lý (multiprocessing system)
o Nhiều bộ vi xử lý chia sẻ tài nguyên (bộ nhớ, thiết bị cứng)
 Hệ thống mạng (network systems)
o Mỗi quá trình chạy trên 1 máy
o Chia sẻ file và thông điệp
 Hệ điều hành phân tán (distributed OS)
o Mạng với các xử lý cục bộ trên từng máy
5
Thành phần HĐH
6
Các khái niệm của HĐH
Tiến trình (Process)
Không gian địa chỉ (Address Spaces)
Tập tin (Files)
Nhập xuất (Input/Output)
Bảo vệ (Protection)
Shell
7
Tiến trình
Chương trình thực thi
Liên kết với không gian địa chỉ chứa:
o Chương trình có thể thực thi
o Dữ liệu chương trình
o Stack
o Tập các tài nguyên
• Các thanh ghi (register)
• Danh sách các tập tin đang mở
• Danh sách các tiến trình liên quan
Thông tin tiến trình được lưu trữ trong bảng tiến
trình (Process Table)
8
Không gian địa chỉ
Dải địa chỉ rời rạc ảo phát sinh bởi chương trình
Bộ nhớ chính
o Chứa chương trình đang thực thi
o HĐH đơn giản: chỉ duy nhất 1 chương trình trong bộ
nhớ chính
o HĐH đa chương: nhiều chương trình đồng thời trong
bộ nhớ chính
Hệ thống máy 32 hoặc 64 bit
o Không gian địa chỉ 232 hoặc 264 byte
9
Tập tin
10
Nhập xuất
Thiết bị vật lý
o Thu nhận dữ liệu vào (input)
o Xuất kết quả (output)
Loại thiết bị
o Bàn phím
o Màn hình
o Máy in,…
Hệ thống nhập/xuất
o Quản lý các thiết bị nhập/xuất
11
Bảo vệ
Cô lập các chương trình nguy hiểm với người
dùng: virus, malware,…
Bảo vệ tập tin với một mã bảo vệ 9 bit
o Chia làm 3 trường: owner, owner group members & 
every
o Mỗi 3 bit của 1 trường quy định quyền: đọc, viết và
thực thi
o Ví dụ: rwxr-x--x
Tránh xung đột khi truy xuất tập tin, bộ nhớ, 
CPU,…
12
Shell
Shell
o Cung cấp giao diện người dùng của 1 HĐH được
dùng để truy cập các dịch vụ của nhân
Phân loại
o Dòng lệnh (Command-Line)
o Đồ họa (Graphical)
Mục đích
o Gọi và khởi động chương trình khác
13
Cấu trúc HĐH
Kiến trúc đơn giản (Monolithic Systems)
Kiến trúc phân lớp (Layered Systems)
Kiến trúc máy ảo (Virtual Machine)
Kiến trúc client/server
14
Kiến trúc đơn giản (1)
HĐH chỉ làm một số nhiệm vụ quản lý còn khá 
đơn giản và cung cấp thêm một số dịch vụ.
HĐH = Thư viện hàm.
UD của người dùng vẫn có thể truy cập trực tiếp 
đến phần cứng thông quaBIOS, cổng phần
cứng
Cấu trúc
15
Kiến trúc đơn giản (2)
Ví dụ: HĐH MS-DOS
16
COMMAND.COM
MSDOS.SYS
IO.SYS
Kiến trúc đơn giản (3)
Khuyết điểm
o Không hỗ trợ đa nhiệm
o Không che giấu dữ liệu, mỗi thủ tục có thể gọi tất cả
thủ tục khác khó kiểm soát và bảo vệ hệ thống
o Hệ thống thủ tục: tĩnh thiếu chủ động trong quản lý
môi trường
17
Kiến trúc phân lớp (1)
Mục đích
o Đơn thể hóa hệ thống
o Che dấu thông tin
Ví dụ: THE (Technische Hogeschool Eindhoven)
18
Tầng Chức năng
5 Giao diện người dùng
4 Các chương trình người dùng
3 Quán lý nhập/ xuất
2 Quản lý quá trình
1 Quản lý bộ nhớ
0 Giao tiếp phần cứng
Kiến trúc phân lớp (2)
Ưu điểm
o Hệ thống mang tính đơn thể
Thiết kế, cài đặt đơn giản
Khuyết điểm
o Khó xác định các lớp
o Chạy chậm do sự lam truyền của lời gọi hệ thống qua 
các lớp
• Chi phí truyền tham số
• Chuyển đổi ngữ cảnh
19
Máy ảo (1)
Mục tiêu của HĐH: chạy nhiều chương trình
đồng thời 
Tạo nhiều máy tính ảo từ một máy tính thật để 
các chương trình chạy riêng trên các máy ảo.
Các chương trình không biết mình đang chạy 
trên máy ảo, cũng không biết mình đang phải 
chia sẻ tài nguyên với các chương trình khác
o Ví dụ:
• CPU ảo: mỗi chương trình sở hữu một CPU ảo
• Bộ nhớ ảo: mỗi chương trình một không gian nhớ riêng
20
Máy ảo (2)
21
Non-virtual Machine Virtual Machine
Máy ảo (3)
Ưu điểm:
o Môi trường thuận lợi cho sự tương thích
o Tăng tính an toàn cho hệ thống do các VM độc lập
o Dễ phát triển các HĐH đơn nhiệm cho các VM độc 
lập
Khuyết điểm:
o Phức tạp trong việc giả lập
22
Kiến trúc client/server (1)
Các dịch vụ của HĐH được chia thành 2 phần:
o Server: phần hạt nhân, lệ thuộc phần cứng
o Client: các tiện ích hệ thống, sử dụng dịch vụ do 
server cung cấp
Chuyển các chương trình lên tầng cao hơn và
thu nhỏ các chương trình ở mức hệ thống
23
Kiến trúc client/server (2)
24
Kiến trúc client/server (3)
Ưu điểm
o Dễ mở rộng & sửa đổi HĐH qua việc mở rộng, sửa
đổi các tiến trình server
o Tiến trình của server không có đặc quyền không
thể truy cập trực tiếp phần cứng hệ thống được
bảo vệ tốt
25
Tham khảo
Trần Hạnh Nhi, “Hệ Điều Hành”, Khoa CNTT, 
ĐH khoa học tự nhiên TPHCM: chương 1
Andrew S. Tanenbaum, “Modern Operating 
Systems”, 3rd Edition, Prentice Hall, 2009: 
chapter 1
26
Thảo luận
Câu hỏi?
Ý kiến?
27
Củng cố
1. Hai chức năng chính của HĐH?
2. Các thành phần của HĐH MS-DOS?
3. Ưu điểm chính đối với người thiết kế HĐH khi
sử dụng máy ảo? Đối với người dùng thì ưu
điểm là gì?
4. Xác định quyền của người dùng đối với tập tin 
có thuộc tính rwxr-x---
28