Chương 1
Tổng quan về HĐH

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

1


Chương 1: Tổng quan về HĐH

ƒ Nội dung cơ bản mơn HĐH
ƒ Khái niệm về HĐH
ƒ Q trình phát triển của HĐH
ƒ Phân loại HĐH, các thuộc tính cơ bản của

HĐH
ƒ Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH
ƒ Các chức năng cơ bản của HĐH
ƒ Các thành phần của HĐH
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

2


Chương 1: Tổng quan về HĐH
Mục tiêu:
• Cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về
HĐH.
• Giúp người học nắm được những nguyên lí cơ bản và

nguyên tắc làm việc của mơn HĐH nói chung.
• Hiểu và xử lí các vấn đề có thể xẩy ra trong hệ thống.
• Xu hướng phát triển HĐH trong tương lai.

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

3


Nội dung cơ bản của mơn học

• Chương 1: Tổng quan về HĐH.
• Chương 2: Quản lí tiến trình.
• Chương 3: Lập lịch cho CPU.
• Chương 4: Quản lí bộ nhớ trong.
• Chương 5: Quản lí bộ nhớ ngồi.
• Chương 6: Quản lí thiết bị.
• Chương 7: Bảo vệ và an tồn hệ thống.
• Chương 8: Hệ điều hành đa xử lí.
• Chương 9: Hệ điều hành Windows.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

4


Tài nguyên hệ thống máy tính
+ Một hệ thống máy tính bao gồm các thiết bị phần
cứng và các chương trình phần mềm.

- Phần cứng cơ bản bao gồm CPU, bộ nhớ, các thiết
bị vào/ra. Nó đặc chưng cho sức mạnh của hệ
thống.
- Phần mềm bao gồm HĐH, các chương trình ứng
dụng, các CSDL đã cài đặt trong hệ thống.
- Tài nguyên phần mềm hiện nay cao hơn nhiều giá
trị tài nguyên phần cứng.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

5


Cấu trúc của một Hệ thống máy tính
1. Phần cứng: Cung cấp các tài nguyên
máy tính cơ bản: CPU, bộ nhớ, các thiết
bị vào/ra,...
2. Hệ điều hành: Điều khiển và phối hợp
việc sử dụng phần cứng máy tính giữa
các ứng dụng khác nhau và các người
dùng khác nhau.

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

6


Cấu trúc của một Hệ thống máy tính
3. Các chương trình HT và ứng dụng: Xác định

các cách mà theo đó các tài nguyên của hệ
thống được sử dụng để giải quyết các vấn đề
tính tốn của người dùng như: Các bộ xử lí
văn bản, các trình biên dịch, các trình duyệt
web, các hệ cơ sở dữ liệu, các trị chơi,...
4. Users: Con người, các máy móc, các máy tính
khác.

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

7


Bốn thành phần của một hệ thống máy tính

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

8


HĐH là gì?

ƒ HĐH là một bộ chương trình đóng vai trị trung gian
•

•

giữa users và phần cứng của máy tính.

HĐH là một bộ phân bổ tài nguyên:
+ Quản lí tất cả các tài nguyên
+ Giải quyết các yêu cầu tranh chấp để sử dụng tài
nguyên hiệu quả và hợp lí.
HĐH là một chương trình điều khiển:
+ Điều khiển việc thực thi các chương trình để ngăn
ngừa các lỗi và việc sử dụng máy tính khơng đúng.

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

9


Nhân của HĐH là gì?
“Các chương trình chạy trong
suốt thời gian máy tính hoạt
động (thường trực trong bộ
nhớ trong)" được gọi là nhân
(kernel) của HĐH.

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

10


Quá trình phát triển của HĐH

ƒ Quá trình phát triển của HĐH điển hình trải qua


các giai đoạn chính sau:
1. Monitor đơn giản: Là thế hệ đầu tiên có thể tự
động hóa, sắp xếp cơng việc cho máy tính thi
hành. Nó là một CT nhỏ thường trú trong bộ nhớ
trong.
2. Thao tác Off-Line: cho phép truy cập các thiết
bị một cách logic mà khơng phụ thuộc vào tính
chất vật lí của thiết bị dẫn đến loại trừ được hiện
tượng các thiết bị I/O làm việc song hành với
CPU.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

11


Quá trình phát triển của HĐH
3. Thao tác Buffering: làm tăng tốc trao đổi thông tin
với các thiết bị ngoại vi, nó cho phép giảm số lượng
các thao tác I/O vật lí, thực hiện đồng thời các thao
tác I/O với các thao tác xử lí thơng tin khác nhau,
thực hiện trước các phép nhập DL,...
4. Thao tác SPOOL (Simultaneous Peripheral
Operations On Line): trong chế độ này HĐH chỉ là
việc với đĩa từ, còn đĩa từ và các thiết bị được thực
hiện theo các cơ chế riêng làm tăng tốc độ I/O một
cách đáng kể.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN


12


Quá trình phát triển của HĐH
5. Đa chương trình và chia sẻ thời gian:
+ HĐH có khả năng điều khiển hoạt động của nhiều
CT tại cùng một thời điểm. Do vậy, tài nguyên HT
phải được chia sẻ cho các CT.
+ Một số tài nguyên HT không thể cung cấp trong chế
độ chia sẻ (ví dụ CPU), do vậy HĐH phải phân bổ tài
nguyên theo cơ chế hàng đợi. Tuy nhiên, vì thời gian
tài nguyên phục vụ cho hoạt động của chương trình
trong một chu kỳ rất ngắn, nên người dùng có cảm
nhận như là đang sở hữu tồn bộ tài nguyên HT.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

13


Phân loại HĐH
Dựa vào phương thức hđ, điều khiển, ql tài
ngun,... có một số loại HĐH chính sau:
1. HĐH đơn chương trình
+ Tại mỗi thời điểm chỉ có một cơng việc
được giải quyết, công việc này xong mới
chuyển sang công việc khác.
+ HĐH ln thường trú trong bộ nhớ chính.


Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

14


Phân loại HĐH
2. HĐH đa chương trình
+ Một ứng dụng không thể giữ CPU và các thiết bị I/O
bận tại mọi thời điểm.
+ Đa chương trình tổ chức các cơng việc (code & data)
để CPU ln có một cơng việc để thực thi.
+ Tại một thời điểm, một tập con của tất cả các công
việc trong hệ thống được lưu giữ trong bộ nhớ chính.
Một cơng việc được chọn và chạy thơng qua lập lịch
cơng việc.
+ Khi CPU có trạng thái chờ (vì khơng đồng bộ tốc
độ), HĐH sẽ chuyển sang thực thi công việc khác.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

15


Phân loại HĐH
3. HĐH Chia sẻ thời gian (đa nhiệm)

• Là sự mở rộng logic của HĐH đa chương trình
theo cách CPU chuyển đổi các công việc một cách
thường xuyên sao cho users có thể tương tác với

mỗi cơng việc trong khi nó đang chạy.
• Mỗi user có ít nhất một chương trình đang thi
hành trong bộ nhớ (thường được gọi là một tiến
trình).

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

16


Phân loại HĐH
4. HĐH thời gian thực
Đòi hỏi sự đáp ứng của CPU rất khắt khe về
thời gian. Các hệ thời gian thực có 2 dạng:
+ Hệ thời gian thực cứng: đòi hỏi tất cả các tác
vụ trong hệ thống đều là tới hạn và phải được
hoàn thành đúng giờ.
+ Hệ thời gian thực mềm: trong loại này các tác
vụ tới hạn có độ ưu tiên hơn các tác vụ không
tới hạn khác.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

17


Phân loại HĐH
5. HĐH cho các hệ thống đa xử lí
Các hệ này cịn có tên xử lí song song, cho nên HĐH

phải đảm nhiệm các tác vụ chia sẻ bus, đồng hồ xung
nhịp, bộ nhớ,... Các hệ song song có các ưu điểm:
1. Gia tăng tốc độ và số lượng xử lí cơng việc. Tuy
nhiên, với hệ thống N bộ xử lí khơng có nghĩa là gia
tăng tốc độ N lần (thường là nhỏ hơn N). Vì phải chi
phí cho việc đồng bộ các CPU, chia sẻ tài nguyên,...
2. Hiệu quả về kinh tế: do dùng chung các thiết bị ngoại
vi, thiết bị lưu trữ, tiêu thụ điện, cơ sở dữ liệu,...
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

18


Phân loại HĐH
3. Tăng độ tin cậy: Nếu việc phân bổ các chức
năng hợp lí trên các CPU thì lỗi xẩy ra trên
một CPU sẽ sẽ không làm ngưng hệ thống
mà chỉ giảm năng lực thực hiện. Các hệ
thông này là các hệ thống có khả năng chịu
lỗi. Hệ thống vẫn tiếp tục trong khi lỗi xuất
hiện được chuẩn đoán và sửa lỗi.

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

19


Phân loại HĐH

6. HĐH cho các hệ thống phân tán
+ Mạng máy tính kết nối hai hay nhiều hệ thống với
nhau. Hệ điều hành phân tán cho phép truyền thông,
chia sẻ các tác vụ tính tốn và cung cấp nhiều chức
năng tới users.
+ Có nhiều giao thức mạng (phổ biến nhất là TCP/IP:
Transmission Control Protocol/Internet Protocol).
HĐH phân tán hỗ trợ đa dạng về giao thức, hầu hết hỗ
trợ TCP/IP như Windows, Unix.

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

20


Các thuộc tính cơ bản của HĐH
ƒ Tính tin cậy

ƒ

Mọi hoạt động, mọi thơng báo của HĐH phải chính xác.
VD, khi truy cập đĩa, nếu gặp lỗi truy cập thì HĐH cố
gắng lặp lại thao tác nhiều lần, nếu vẫn khơng được thì
mới đưa ra thơng báo lỗi.
Tính an tồn
HĐH phải đảm bảo dữ liệu và các chương trình khơng
bị thay đổi ngoài ý muốn trong khi hệ thống hoạt động.
Muốn vậy, HĐH phải có cơ chế bảo vệ dữ liệu và các tài
nguyên dùng chung tránh được sự vi phạm vơ tình hay

cố ý của users và các chương trình.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

21


Các thuộc tính cơ bản của HĐH

ƒ Tính hiệu quả
Các tài nguyên của HT phải được khai thác một cách
hiệu quả sao cho cả khi tài nguyên hạn chế vẫn có thể
giải quyết được các yêu cầu phức tạp của người dùng.
Ngồi ra phải duy trì tính đồng bộ của HT để tránh
trường hợp các thiết bị chậm trì hỗn hoạt động của
HT.
ƒ Tính kế thừa
HĐH phải đảm bảo tính kế thừa các ưu điểm, loại bỏ
các nhược điểm của phiên bản trước và phải sẵn sàng
thích ứng với sự thay đổi trong tương lai.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

22


Các thuộc tính cơ bản của HĐH

ƒ Tính sử dụng


•

HĐH phải dễ sử dụng với đại đa số người dùng,
có hiệu quả tùy theo kiến thức và kinh nghiệm
người dùng. HĐH phải có hệ thống trợ giúp,
hướng dẫn đầy đủ giúp người dùng có thể tự đào
tạo mình trong q trình khai thác.
Lưu ý: Các thuộc tính trên khó có thể đồng thời
thỏa mãn, mỗi HĐH cần có một giải pháp dung
hịa, ưu tiên hợp lí thuộc tính này hay thuộc tính
kia.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

23


Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH
ƒ Nguyên tắc modul
HĐH phải được cấu thành từ các modul độc
lập và được liên kết thành một hệ có tổ
chức. Các modul được tổ chức theo phân
cấp và quan hệ với nhau thông qua DL
vào/ra.
Nguyên tắc này cho phép tổ hợp các modul
theo nhiều cách khác nhau, đảm bảo tính đa
dạng chức năng của HĐH.
Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN


24


Các nguyên tắc thiết kế và xây dựng HĐH

ƒ Nguyên tắc tương đối trong định vị
Các modul chương trình của HĐH được viết
theo địa chỉ tương đối tính từ đầu bộ nhớ. Khi
thực hiện chúng mới được định vị vào một
vùng nhớ cụ thể.
Nguyên tắc này giúp cho HT sử dụng bộ nhớ
linh hoạt và HĐH không bị lệ thuộc vào cấu
hình bộ nhớ cụ thể.

Nguyen Huu Mui - Khoa CNTT,
DHSPHN

25