Giáo trình Hệ điều hành - Chương 1: Các khái niệm cơ bản

hần nhỏ, mỗi 
phần chỉ kiểm soát một mặt của hệ thống nh− các dịch vụ về tập tin, tiến trình, 
terminal, bộ nhớ, mỗi phần sẽ gọn hơn và dể quản lý hơn. Hơn nữa, tất cả server 
thực hiện nh− những tiến trình ở mức độ ng−ời dùng (user-mode) không phải ở mức 
độ hạt nhân (kernel-mode), nên nó không truy xuất trực tiếp phần cứng. Do đó, nếu 
server tập tin bị lỗi, các dịch vụ về tập tin có thể bị hỏng nh−ng nó th−ờng không 
gây ảnh h−ởng đến toàn bộ hệ thống. 
Một −u điểm khác của mô hình client-server là nó có thể t−ơng thích dể dàng 
với mô hình hệ thống phân tán. Nếu một client giao tiếp với một server bằng cách 
gửi những thông điệp, họ không biết là khi nào thông điệp đó đang đ−ợc xử lý cục 
bộ tại máy hay đ−ợc gửi vào mạng đến server trên một máy từ xa. Khi client quan 
tâm đến, một yêu cầu đ−ợc gửi đi và một trả lời đáp ứng diễn ra nh− nhau. 
I.5. Phân loại hệ điều hành 
Có nhiều cách phân loại hệ điều hành, nh−ng trong phần này ta phân loại hệ 
điều hành theo tính chất của thành phần điều khiển: Đó là cách đ−a ch−ơng trình hệ 
điều hành vào bộ nhớ trong và chọn ch−ơng trình đã có để thực hiện: đơn ch−ơng 
trình, đa ch−ơng trình, hệ điều hành chia sẻ thời gian … 
1. Hệ điều hành đơn ch−ơng trình 
Phục vụ một ch−ơng trình từ lúc bắt đầu cho đến lúc kết thúc. Trong bộ nhớ 
trong tại một thời điểm chỉ có một ch−ơng trình ng−ời dùng. Ch−ơng trình đó chiếm 
giữ mọi tài nguyên hệ thống. 
 24
Để tăng hiệu suất làm việc hệ điều hành sử dụng cách thức Spooling( 
Simultaneous Peripheral Operations Online - Tất cả việc vào ra đ−ợc chuẩn bị trên 
đĩa cứng, do đó tốc độ của toàn bộ hệ thống tăng lên đáng kể). 
2. Hệ điều hành đa ch−ơng trình
Đối với hệ điều hành đa ch−ơng thì tại mỗi thời điểm có nhiều ch−ơng trình 
đồng thời trong bộ nhớ. Các ch−ơng trình này đều đ−ợc phân phối bộ nhớ và CPU 
để thực hiện, tài nguyên đ−ợc chia sẻ cho tất cả các ch−ơng trình này hay nói cách 
khác, các ch−ơng trình này bình đẳng khi đòi hỏi các tài nguyên. Hệ điều hành làm 
việc theo chế độ này còn đ−ợc gọi là hệ xử lý theo lô đa ch−ơng. Khi đó sẽ xuất 
hiện các vấn đề mới nh− phân chia bộ nhớ đồng thời cho nhiều ch−ơng trình, lập 
lịch cho CPU để xử lý công việc tiếp theo. 
Khi cú nhiều cụng việc cựng truy xuất lờn thiết bị, vấn đề lập lịch cho cỏc 
cụng việc là cần thiết. Khớa cạnh quan trọng nhất trong việc lập lịch là khả năng đa 
chương. Đa chương (multiprogram) gia tăng khai thỏc CPU bằng cỏch tổ chức cỏc 
cụng việc sao cho CPU luụn luụn phải trong tỡnh trạng làm việc . 
 25
 26
í tưởng như sau : hệ điều hành lưu giữ một phần của cỏc cụng việc ở nơi lưu 
trữ trong bộ nhớ. CPU sẽ lần lượt thực hiện cỏc phần cụng việc này. Khi đang thực 
hiện, nếu cú yờu cầu truy xuất thiết bị thỡ CPU khụng nghỉ mà thực hiện tiếp cụng 
việc thứ hai… 
Nh− vậy, trong chế độ đơn ch−ơng trình thì ch−ơng trình kết thúc nhanh hơn 
còn trong chế độ đa ch−ơng trình hoàn thiện đ−ợc nhiều bài toán hơn và hiệu quả sử 
dụng máy tính cao hơn. 
Có thể chia thành các lớp: 
 - Hệ điều hành hoạt động theo chế độ mẻ MFT (Multiprogammimg with 
Fixed number of Task) và MVT (Multiprogramming with Variable number of 
Task). 
- Hệ điều hành hoạt động theo chế độ phân chia thời gian TSS (Time Shared 
System) hay còn gọi là multi-user (ng−ời dùng làm việc với máy tính thông qua một 
terminal, hệ điều hành phân phối CPU lần l−ợt cho từng ng−ời trong một l−ợng tử 
thời gian). Trong chế độ này phát sinh một vấn đề là bộ nhớ trong luôn phải chứa 
ch−ơng trình của mọi ng−ời dùng nên không đủ chỗ nên phải dùng bộ nhớ ảo. 
Trong máy tính tại mỗi thời điểm có nhiều ch−ơng trình ng−ời dùng ở bộ nhớ trong 
và ở bộ nhớ ngoài (th−ờng là ổ cứng) - sử dụng đĩa từ nh− vùng nhớ mở rộng của bộ 
nhớ trong. 
Hệ điều hành chia sẻ là kiểu của cỏc hệ điều hành hiện đại ngày nay. 
3. Hệ điều hành thời gian thực 
Hệ điều hành thời gian thực ( real-time system ) nhằm giải quyết những bài 
toán tr−ớc một thời điểm cho tr−ớc. Hệ thống xử lý thời gian thực được sử dụng 
khi cú những đũi hỏi khắt khe về thời gian trờn cỏc thao tỏc của bộ xử lý hoặc dũng 
dữ liệu, nú thường được dựng điều khiển cỏc thiết bị trong cỏc ứng dụng tận hiến 
 27
(dedicated). Mỏy tớnh phõn tớch dữ liệu và cú thể chỉnh cỏc điều khiển giải quyết 
cho dữ liệu nhập. 
 Một hệ điều hành xử lý thời gian thực phải được định nghĩa tốt, thời gian xử 
lý nhanh. Hệ thống phải cho kết quả chớnh xỏc trong khoảng thời gian bị thỳc ộp 
nhanh nhất. Cú hai hệ thống xử lý thời gian thực là hệ thống thời gian thực cứng và 
hệ thống thời gian thực mềm.. 
Hệ thống thời gian thực cứng là cụng việc được hoàn tất đỳng lỳc. Lỳc đú dữ 
liệu thường được lưu trong bộ nhớ ngắn hạn hay trong ROM. Việc xử lý theo thời 
gian thực sẽ xung đột với tất cả hệ thống liệt kờ ở trờn. 
 Dạng thứ hai là hệ thống thời gian thực mềm, mỗi cụng việc cú một độ ưu tiờn 
riờng và sẽ được thi hành theo độ ưu tiờn đú. Cú một số lĩnh vực ỏp dụng hữu hiệu 
phương phỏp này là multimedia hay thực tại ảo. 
4. Hệ điều hành song song 
 Hệ điều hành song song (parallel systems) có khả năng hoạt động với hệ 
thống có nhiều CPU. 
Ngoài cỏc hệ thống chỉ cú một bộ xử lý cũn cú cỏc hệ thống cú nhiều bộ xử lý 
cựng chia xẻ hệ thống đường truyền dữ liệu, đồng hồ, bộ nhớ và cỏc thiết bị ngoại 
vi. Cỏc bộ xử lý này liờn lạc bờn trong với nhau . 
 Hệ điều hành song song có các −u điểm : 
+ Tăng độ tin cậy của hệ thống 
+ Tăng tốc độ xử lý 
+ Kinh tế 
Cú nhiều nguyờn nhõn xõy dựng dạng hệ thống này. Với sự gia tăng số lượng 
bộ xử lý, cụng việc được thực hiện nhanh chúng hơn, Nhưng khụng phải theo đỳng 
tỉ lệ thời gian, nghĩa là cú n bộ xử lý khụng cú nghĩa là sẽ thực hiện nhanh hơn n 
lần. 
Hệ thống với mỏy nhiều bộ xử lý sẽ tối ưu hơn hệ thống cú nhiều mỏy cú một 
bộ xử lý vỡ cỏc bộ xử lý chia xẻ cỏc thiết bị ngoại vi, hệ thống lưu trữ, nguồn … và 
rất thuận tiện cho nhiều chương trỡnh cựng làm việc trờn cựng một tập hợp dữ liệu. 
Một lý do nữa là độ tin cậy. Cỏc chức năng được xử lý trờn nhiều bộ xử lý và 
sự hỏng húc của một bộ xử lý sẽ khụng ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. 
Gồm hai loại : 
- Đa vi xử lý đối xứng ( SMP - Symetric Multi Processor) 
- Đa vi xử lý bất đối xứng (Asymmetric multiprocessing) 
 Hệ thống đa xử lý thụng thường sử dụng cỏch đa xử lý đối xứng, trong cỏch 
này mỗi bộ xử lý chạy với một bản sao của hệ điều hành, những bản sao này liờn 
lạc với nhau khi cần thiết. Một số hệ thống sử dụng đa xử lý bất đối xứng, trong đú 
mỗi bộ xử lý được giao một cụng việc riờng biệt.. Một bộ xử lý chớnh kiểm soỏt 
toàn bộ hệ thống, cỏc bộ xử lý khỏc thực hiện theo lệnh của bộ xử lý chớnh hoặc 
theo những chỉ thị đó được định nghĩa trước. Mụ hỡnh này theo dạng quan hệ chủ 
tớ. Bộ xử lý chớnh sẽ lập lịch cho cỏc bộ xử lý khỏc. 
Một vớ dụ về hệ thống xử lý đối xứng là version Encore của UNIX cho mỏy 
tớnh Multimax. Hệ thống này cú hàng tỏ bộ xử lý. Ưu điểm của nú là nhiều tiến 
trỡnh cú thể thực hiện cựng lỳc . Một hệ thống đa xử lý cho phộp nhiều cụng việc và 
tài nguyờn được chia xẻ tự động trong những bộ xử lý khỏc nhau. 
Hệ thống đa xử lý không đồng bộ th−ờng xuất hiện trong những hệ thống lớn, 
trong đó hầu hết thời gian hoạt động đều dành cho xử lý nhập xuất. 
 28
5. Hệ phân tán 
Hệ phân tán (Distributed System) cũng tương tự như hệ thống chia xẻ thời 
gian nhưng cỏc bộ xử lý khụng chia xẻ bộ nhớ và đồng hồ, thay vào đú mỗi bộ xử 
lý cú bộ nhớ cục bộ riờng. Cỏc bộ xử lý thụng tin với nhau thụng qua cỏc đường 
truyền thụng như những bus tốc độ cao hay đường dõy điện thoại. 
Cỏc bộ xử lý trong hệ phõn tỏn thường khỏc nhau về kớch thước và chức năng. 
Nú cú thể bao gồm mỏy vi tớnh, trạm làm việc, mỏy mini, và những hệ thống mỏy 
lớn. Cỏc bộ xử lý thường được tham khảo với nhiều tờn khỏc nhau như site, node, 
computer v.v.... tựy thuộc vào trạng thỏi làm việc của chỳng. 
Cỏc nguyờn nhõn phải xõy dựng hệ thống phõn tỏn là: 
Chia sẻ tài nguyờn : Một người sử dụng A cú thể sử dụng mỏy in laser của 
người sử dụng B và người sử dụng B cú thể truy xuất những tập tin của A. Tổng 
quỏt, chia xẻ tài nguyờn trong hệ thống phõn tỏn cung cấp một cơ chế để chia xẻ tập 
tin ở vị trớ xa, xử lý thụng tin trong một cơ sở dữ liệu phõn tỏn, in ấn tại một vị trớ 
xa, sử dụng những thiết bị ở xa đểừ thực hiện cỏc thao tỏc. 
Tăng tốc độ tớnh toỏn : Một thao tỏc tớnh toỏn được chia làm nhiều phần nhỏ 
cựng thực hiện một lỳc. Hệ thống phõn tỏn cho phộp phõn chia việc tớnh toỏn trờn 
nhiều vị trớ khỏc nhau để tớnh toỏn song song. 
An toàn : Nếu một vị trớ trong hệ thống phõn tỏn bị hỏng, cỏc vị trớ khỏc vẫn 
tiếp tục làm việc. 
 Thụng tin liờn lạc với nhau : Cú nhiều lỳc , chương trỡnh cần chuyển đổi dữ 
liệu từ vị trớ này sang vị trớ khỏc. Vớ dụ trong hệ thống Windows, thường cú sự chia 
 29
xẻ và chuyển dữ liệu giữa cỏc cửa sổ. Khi cỏc vị trớ được nối kết với nhau trong 
một hệ thống mạng, việc trao đổi dữ liệu diễn ra rất dễ. Người sử dụng cú thể 
chuyển tập tin hay cỏc E_mail cho nhau từ cựng vị trớ hay những vị trớ khỏc. 
6. Hệ thống cầm tay 
Hệ thống cầm tay (Handheld system) là các hệ điều hành chạy trên các máy 
trợ giúp cá nhân kỹ thuật số (PDA. hoặc các thiết bị di động. Các hệ điều hành này 
phải thỏa mãn điều kiện chạy trên nền phần cứng bị hạn chế : tốc độ vi xử lý 
chậm,dung l−ợng bộ nhỏ, kích th−ớc màn hình bé… 
I.6. Nguyên tắc xây dựng và tổ chức hoạt động của của các thành phần HĐH 
1. Nguyên tắc module 
Tính module thể hiện ở hai dạng : 
- dạng chức năng 
- dạng ch−ơng trình 
2. Nguyên tắc t−ơng đối trong định vị 
-Các module ch−ơng trình đ−ợc viết theo địa chỉ t−ơng đối kể từ đầu bộ nhớ. 
Khi thực hiện chúng đ−ợc tải vào vùng bộ nhớ cụ thể. 
- Cách xác định địa chỉ ch−ơng trình khi thực hiện ? 
- Nguyên tắc này đảm bảo cho HĐH không bị phụ thuộc vào cấu hình bộ nhớ 
cụ thể. 
3. Nguyên tắc Macroprocessor 
4. Nguyên tắc khởi tạo trong cài đặt 
5. Nguyên tắc lặp chức năng 
6, Nguyên tắc giá trị chuẩn 
7. Nguyên tắc bảo vệ nhiều mức. 
 30