BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

-------o0o--------

ThS. Vũ Văn Huân

GIÁO TRÌNH

NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH
(Dành cho sinh viên hệ Cao đẳng)

HÀ NỘI, 2011


LỜI NĨI ĐẦU
Máy tính điện tử ra đời vào những năm 40 của thế kỷ trước. Ban đầu, phạm
vi sử dụng máy tính cịn rất hạn hẹp, đa phần chỉ nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu
khoa học. Để vận hành hệ thống cần phải sử dụng các công cụ phần cứng đặc biệt và
thao tác vận hành rất phức tạp.
Cùng phát triển song song với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các thế hệ
máy tính về sau được cải tiến ngày càng một tinh vi hơn, có tốc độ xử lý nhanh hơn,
kích thước nhỏ gọn hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn và đã làm nên một cuộc cách
mạng trong lĩnh vực xử lý, tính tốn, điều khiển tự động,…. Với các thế hệ máy tính
này địi hỏi phải có sự điều khiển, vận hành một cách tự động để phá huy hiệu quả của
nó một cách tối ưu nhất. Như vậy, cần phải có một chương trình phần mềm đảm bảo
việc giải quyết các vấn đề nói trên. Đó chính là các hệ điều hành máy tính.
Hệ điều hành là một tập hợp các phần mềm hệ thống điều khiển mọi hoạt
động của máy tính và tạo môi trường giao diện giữa người sử dụng và máy tính. Vì
vậy, hệ điều hành rất quen thuộc với mọi người sử dụng, tất cả mọi người sử dụng khi
làm việc với máy tính cần phải biết thao tác với một hệ điều hành cụ thể.

Hiểu biết, nẵm vững nguyên lý hoạt động của hệ điều hành để từ đó có thể
khai thác các hệ điều hành cụ thể một cách có hiệu quả là một nhu cầu thực tế không
thể thiếu được đối với các cán bộ phụ trách kỹ thuật và quản lý các hệ thống máy tính.
Cuốn giáo trình “Ngun lý hệ điều hành” được biên soạn theo đề cương môn
học Nguyên lý hệ điều hành của trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
xây dựng. Nội dung của giáo trình đề cập một cách hệ thống những kiến thức cơ bản
và chuyên sâu thuộc nội dung các kiến thức về phần mềm hệ thống. Nó cung cấp cho
người học những kiến thức chung nhất về hệ điều hành máy tính, giúp người học nắm
bắt được những nguyên lý cơ bản và nguyên tắc làm việc của một hệ điều hành máy
tính tổng quát, từ đó áp dụng để làm việc tốt với các hệ điều hành cụ thể trên thực tế,
hiểu và xử lý được các vấn đề có thể xảy ra trong hệ thống. Đồng thời nắm bắt được
xu hướng phát triển các hệ điều hành mới trong tương lai.
Nội dung chính của giáo trình được trình bày trong 8 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ điều hành
Chương 2: Quản lý tiến trình
Chương 3: Lập lịch cho CPU
Chương 4: Quản lý bộ nhớ trong
Chương 5: Quản lý bộ nhớ ngoài
Chương 6: Quản lý thiết bị
Chương 7: Bảo vệ và an toàn hệ thống
1


Chương 8: Hệ điều hành đa xử lý
Trong quá trình biên soạn tác giả đã chắt lọc những kiến thức cơ bản nhất, nhằm
giúp người đọc dễ dàng tiếp cận được với môn học. Tuy nhiên do những hạn chế nhất
định, chắc chắn giáo trình khơng tránh hỏi các thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được
các đóng góp, góp ý của đồng nghiệp và bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các đồng nghiệp trong khoa Công nghệ
thông tin, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo điều kiện và đóng

góp nhiều ý kiến q báu để giáo trình này được hồn thiện.
Tác giả
Th.S Vũ Văn Huân

2


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
CPU
MIPS

Central Processing Unit
Million Instruction Per Second

PCB
TS
FCFS

Page Control Block
Test and Set
First come First Served

SSTF
SJF

Shortest Seek Time First
Shortest Job First

SRT
RR

MLQ

Short Remain Time
Round Robin
Multi Level queue

MLFQ
SCB

Multi Level Feedback Queues
Segment Control Block

FIFO
LRU
LFU
MFU
VRC
LRC

First In First Out
Last Recently Used
Last Frequently Used
Most Frequently Used
Vertical Redundancy Check
Longitudinal Redundancy Check

SPOOL
ACL

Simultaneous Perpheral Operations On Line

Accsess Control List

CSMA
LBT
CSMA/CD
LWT
FTP
CS
OSI

Carrier Sence Multiple Access
Listen Before Talk
Carrier Sence Multiple Access with Detection Collission
Listen While Talk
File Transfer Protocol
Critical Section
International Organization for Standardization

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mối quan hệ giữa hệ điều hành và các lớp trong hệ thống ..................... 8
Hình 1.2: Sơ đồ thực hiện lời gọi hệ thống .............................................................. 15
Hình 1.3: Cấu trúc đơn giản của một monolithic system ......................................... 15
Hình 1.4: Hệ thống phân lớp của hệ điều hành UNIX ............................................. 16
Hình 1.5: Mơ hình hệ thống; a) Khơng có máy ảo; b) Có máy ảo ........................... 18
Hình 1.6: Mơ hình Client – Server ........................................................................... 19
Hình 1.7: Cấu trúc của WINDOWS NT .................................................................. 20
Hình 2.1: Mơ tả tiến trình ......................................................................................... 23

Hình 2.2: Các trạng thái của một tiến trình .............................................................. 27
Hình 3.1: Các trạng thái của tiến trình liên quan đến giờ CPU ............................... 43
Hình 3.2: Sơ đồ thực hiện tiến trình ......................................................................... 43
Hình 3.3: Sơ đồ tổ chức hàng đợi các tiến trình ...................................................... 44
Hình 3.4: Phạm vi áp dụng của Long –Term Scheduler và Short – term Scheduler 45
Hình 3.5: Phạm vi áp dụng của Medium – term scheduler ...................................... 45
Hình 3.6: Tổ chức hàng đợi các tiến trình trong MLQ ............................................ 49
Hình 3.7: Tổ chức hàng đợi các tiến trình trong MLFQ .......................................... 49
Hình 4.1: Quá trình sinh địa chỉ ............................................................................... 55
Hình 4.2: Cấu trúc tuyến tính ................................................................................... 57
Hình 4.3: Cấu trúc động ........................................................................................... 57
Hình 4.4: Cấu trúc Overlay ...................................................................................... 58
Hình 4.5: Bộ nhớ phân hoạch cố định ...................................................................... 60
Hình 4.6: Bộ nhớ phân hoạch động...........................................................................62
Hình 4.7: Tổ chức lại bộ nhớ ................................................................................... 62
Hình 4.8: Sơ đồ swapping ........................................................................................ 63
Hình 4.9: Các modul (segment) chương trình.......................................................... 65
Hình 4.10: Ánh xạ chương trình sang bộ nhớ vật lý ................................................ 65
Hình 4.11: Các trang chương trình........................................................................... 65
Hình 4.12: Bộ nhớ vật lý và ánh xạ các trang chương trình .................................... 65
Hình 4.13: Sơ đồ kết hợp phân trang – phân đoạn ................................................... 68
Hình 4.14: Bảng trang với một số trang trên bộ nhớ phụ ........................................ 71
Hình 4.15: Các giai đoạn xử lý lỗi trang .................................................................. 72
Hình 4.16: Cấu trúc một phần tử trong bảng trang .................................................. 72
Hình 4.17: Cấu trúc một phần tử trong bảng trang .................................................. 76
Hình 5.1: Mơ tả khơng gian đĩa từ ........................................................................... 79
Hình 5.2: Sơ đồ cấp phát liên tục ............................................................................. 81
Hình 5.3: Sơ đồ cấp phát liên kết ............................................................................. 82
Hình 5.4: Sơ đồ cấp phát theo chỉ số ....................................................................... 82
Hình 5.5: Thuật tốn lập lịch FCFS ......................................................................... 83

Hình 5.6: Thuật tốn lập lịch SSTF ......................................................................... 84
4


Hình 5.7: Thuật tốn lập lịch Scan ........................................................................... 84
Hình 5.8: Thuật tốn lập lịch C- Scan ...................................................................... 84
Hình 5.9: Thuật tốn lập lịch Clook ......................................................................... 85
Hình 5.10: Thuật tốn lập lịch C- Clook .................................................................. 85
Hình 5.11: Thư mực một cấp ................................................................................... 87
Hình 5.12: Thư mục hai mức ................................................................................... 87
Hình 5.13: Cấu trúc cây ........................................................................................... 88
Hình 5.14: Cấu trúc thư mục đồ thị khơng chu trình ............................................... 89
Hình 5.15: Kiến trúc hệ thống quản lý tập tin .......................................................... 89
Hình 5.16: Kích thước Cluster phụ thuộc vào kích thước Volume ......................... 92
Hình 7.1: Miền bảo vệ ...............................................................................................104
Hình 7.2: Ma trận quyền truy nhập ...........................................................................104
Hình 7.3: Cơ chế hoạt động của virus .......................................................................110
Hình 8.1: Một số cấu trúc kiểu điểm – điểm .............................................................119
Hình 8.2: Một số cấu trúc kiểu điểm – nhiều điểm ...................................................119
Hình 8.3: Mơ hình OSI..............................................................................................120

5