Bài giảng Nhập môn tin học - Chương 4: Giới thiệu hệ điều hành

NHẬP MÔN TIN HỌC Chương 4 GIỚI THIỆU HỆ ðIỀU HÀNH 2Nội dung chương 4 I. Khái niệm về hệ ñiều hành II. Tập tin và thư mục III.Ví dụ hệ ñiều hành 3I. Khái niệm về hệ ñiều hành 1. ðịnh nghĩa hệ ñiều hành 2. Phân loại hệ ñiều hành 3. Các khái niệm cơ bản 41. ðịnh nghĩa hệ ñiều hành
Với người sử dụng (users): • HDH là chương trình nạp vào máy ñầu tiên • HDH quản lý tương tác người máy
Với người lập trình (programmers): • HDH là máy tính mở rộng • HDH quản lý tài nguyên, quản lý hoạt ñộng của các chương trình ứng dụng Mục tiêu: • Tiện lợi, hiệu quả • Dễ phát triển 5Các lớp hoạt ñộng của máy tính 62. Phân loại hệ ñiều hành
Phân loại theo thứ tự xuất hiện  Lịch sử hệ ñiều hành
Phân loại theo hoạt ñộng 7Phân loại theo thứ tự xuất hiện
Thế hệ 1 1945 - 1955 • ðèn ñiện tử chân không – tuần tự
Thế hệ 2 1955 - 1965 • Transistors – batch systems
Thế hệ 3 1965 - 1980 • Mạch tích hợp (ICs) – ña chương
Thế hệ 4 1980 - nay • Máy vi tính – ña chương hiện ñại 8Ví dụ: batch system 9Các loại hệ ñiều hành hiện ñại
Hệ ñiều hành máy tính lớn (mainframe)
Hệ ñiều hành server
Hệ ñiều hành ña xử lý (multiprocessor)
Hệ ñiều hành máy vi tính
Hệ ñiều hành thời gian thực (real-time)
Hệ ñiều hành nhúng (embeded) 10 Hệ thống máy tính lớn 11 PDA (Personal Digital Assistant) 12 3. Các khái niệm cơ bản a. Process (tiến trình) và Thread (luồng) b. File c. System Calls – Lệnh gọi hệ thống d. Shell – Giao diện với người sử dụng 13 a. Process và thread
Process: chương trình ñược cho thực thi • ðược nạp vào bộ nhớ • Có các thông tin trạng thái
Hệ thống ña chương: tập hợp các process tồn tại ñồng thời • Các process của hệ ñiều hành Kernel mode • Các process ứng dụng User mode 14 Thread
Process có 2 ñặc trưng: • ðơn vị ñược cấp phát tài nguyên • ðơn vị ñược thực thi
Thread là sự trừu tượng hoá ñặc trưng thực thi của process • Control path • Lightweight process • Context of execution 15 Mô hình thread a. Dạng 1-1 b. Dạng n-1 16 Ví dụ ứng dụng thread Một word processor với 3 thread 17 2. File
File: ñơn vị lưu trữ trên thiết bị nhớ ngoài
Là sự trừu tượng hoá dữ liệu (che dấu phần cứng)
Các thiết bị xuất nhập có thể trừu tượng hoá như file
Hệ ñiều hành tổ chức và quản lý theo hệ thống file (file system), ví dụ: FAT, NTFS, 18 3. Lệnh gọi hệ thống
Chương trình ứng dụng (user program) truyền thông và yêu cầu dịch vụ của hệ ñiều hành thông qua lệnh gọi hệ thống (system calls)
System call: • Hàm thư viện của hệ ñiều hành • Phụ thuộc từng loại hệ ñiều hành 19 Ví dụ: UNIX/Win32 API (Application Programming Interface) 20 Ví dụ: các bước gọi read(fd, buffer, nbytes) 21 4. Giao diện với người sử dụng
Các dạng cơ bản: • Dòng lệnh (command line) • ðồ hoạ (Graphical User Interface, GUI) 22 II. Tập tin và thư mục 1. Tập tin (File) 2. Thư mục (Folder/Directory) 3. Khái niệm hệ thống file (File system) 23 1. File a. Tên file b. Cấu trúc file c. Loại file d. Thuộc tính file e. Các thao tác trên file 24 a. Tên file
Mỗi file có tên (filename) theo quy ñịnh của hệ ñiều hành, ví dụ: • DOS  8.3 • Windows  long filename (<=255)
Tên file có phần mở rộng (extensions) xác ñịnh loại file • Có thể có nhiều phần mở rộng 25 b. Cấu trúc file
Các dạng chính (cấp thấp): • Chuỗi byte (byte sequence) • Chuỗi record (record sequence) • Cây record (record tree)
Cấu trúc luận lý (cấp cao) do chương trình ứng dụng qui ñịnh • Ví dụ: field, record, file, database, 26 Cấu trúc file (tt) a. Chuỗi byte b. Chuỗi record c. Cây record 27 c. Loại file
File thường (regular files) • Dạng nhị phân (binary) • Dạng văn bản (text)
Thư mục (folder, directory): file hệ thống
File ñặc biệt (special files): trừu tượng hoá thiết bị I/O • Dạng ký tự card mạng • Dạng khối  ñĩa 28 d. Thuộc tính file
File có tên, dữ liệu khi ñược tạo ra
Hệ ñiều hành thêm các thuộc tính (attributes) cần thiết như date, time, • Các thuộc tính phụ thuộc hệ thống file 29 Các thuộc tính thông dụng
Name – Tên file
Identifier – Danh hiệu (Id)
Type – loại file
Location – Vị trí
Size – Kích thước
Protection – Dùng trong bảo vệ
Date, Time – Các thông tin về thời gian
30 e. Các thao tác trên file
Các hệ ñiều hành cung cấp các thao tác trên file khác nhau • Dùng cho user  các thao tác trên File Manager • Dùng cho programmer  các lệnh gọi hệ thống (system calls) 31 Một số thao tác cơ bản trên file Ghi dữ liệu vào file tại vị trí hiện hànhWrite ðọc file tại vị trí hiện hànhRead Cần ñóng file sau khi sử dụngClose Cần mở file trước khi truy xuấtOpen Xoá file. Có thể xoá tự ñộng, phục hồiDelete Tạo file rỗng và ñặt 1 số thuộc tínhCreate Ý nghĩaThao tác 32 Một số thao tác cơ bản trên file (tt) ðổi tên fileRename ðặt các thuộc tính của fileSet Attributes Lấy thuộc tính của fileGet Attributes Xác ñịnh nơi truy xuất fileSeek Ghi vào cuối fileAppend Ý nghĩaThao tác 33 2. Thư mục a. Tổ chức thứ bậc của thư mục b. Tên ñường dẫn c. Các thao tác trên thư mục 34 a. Tổ chức thứ bậc của thư mục
Thư mục (directory, folder) là file hệ thống dùng ñể quản lý hệ thống file
Thư mục bao gồm các phần tử (entry), tương ứng với các file trong thư mục, lưu các thông tin: • Tên file • Các thuộc tính • 35 Tổ chức thứ bậc của thư mục (tt)
Tổ chức thông dụng của thư mục: dạng hình cây, với thư mục gốc (root)
Ví dụ • Windows: cây thư mục cho từng ñĩa luận lý, hệ thống file trên mạng, • Linux chỉ có 1 cây thư mục trên hệ thống • Cần phải mount các ñĩa luận lý, hệ thống file trên mạng vào cây thư mục 36 Ví dụ: cây thư mục 37 Ví dụ: ñồ thị thư mục 38 b. Tên ñường dẫn
Khi có tổ chức thư mục thì cần thông tin về vị trí file trên cây thư mục  tên ñường dẫn (pathname) • Pathname = path + filename
Ví dụ: • c:\windows\explorer.exe • /etc/samba/samba.conf 39 c. Các thao tác trên thư mục
Tương tự thao tác trên file, các thao tác trên thư mục khác nhau trên các hệ thống file 40 Một số thao tác cơ bản trên thư mục Cho phép file xuất hiện trong nhiều thư mục Link Trả lại phần tử tiếp theo trong thư mụcReaddir Cần ñóng thư mục sau khi sử dụngClosedir Cần mở thư mục trước khi truy xuất, tương ñương liệt kê file trong thư mục Opendir Xoá thư mục rỗngDelete Tạo thư mục rỗng với . và ..Create Ý nghĩaThao tác 41 3. Khái niệm hệ thống file
Mỗi partition bao gồm các khối (block/cluster) gồm các sector liên tục: ñơn vị cấp phát cho file • Mỗi khối có ñịa chỉ
Hiện thực hệ thống file: • Quản lý các khối thuộc về file • Quản lý khối chưa sử dụng (free blocks) • Quản lý khối không sử dụng ñược (bad blocks) 42 Ví dụ 43 Các dạng partition, logical drives 44 Các hệ thống file thông dụng
FAT • Windows 9x, Windows 2K/XP/2K3
NTFS • Windows 2K/XP/2K3
I-node • UNIX • Linux  i-node extensions (Ext2, Ext3) 45 III. Ví dụ hệ ñiều hành 1. Hệ ñiều hành Windows 2. Hệ ñiều hành Unix, Linux 46 1. Hệ ñiều hành Windows a. Các hệ ñiều hành Windows b. Giới thiệu Windows XP 47 a. Các hệ ñiều hành Windows Các hệ ñiều hành Windows 9x 48 Các hệ ñiều hành Windows (tt) Các hệ ñiều hành Windows NT 49 b. Giới thiệu Windows XP
Hệ ñiều hành dạng preemptive multitasking trên Intel CPU
Dùng kiến trúc micro-kernel
Các phiên bản: • XP Home 32 bit • XP Professional 32 bit • XP 64 bit 50 Các ñặc trưng
Khả năng mở rộng (Extensibility) • Kiến trúc nhiều lớp
Khả năng di chuyển (Portability) • Viết trên C, C++
Tin cậy • Dùng bộ nhớ ảo và cơ chế bảo vệ tài nguyên
Tương thích với chuẩn POSIX (IEEE 1003.1) 51 Các ñặc trưng (tt)
Hiệu suất cao • Ngưng (preemption) các thread ñộ ưu tiên thấp  hệ thống ñáp ứng nhanh
Hỗ trợ nhiều loại ngôn ngữ 52 Kiến trúc hệ thống Windows XP
Tổ chức theo lớp các khối chức năng
Protected mode • HAL, kernel, executive
User mode – tập hợp các subsystem • Environment: giả lập các hệ ñiều hành • Protection: cung cấp các chức năng bảo mật 53 Kiến trúc Windows XP (tt) 54 2. Hệ ñiều hành Unix, Linux a. Giới thiệu hệ ñiều hành Unix b. Giới thiệu hệ ñiều hành Linux 55 a. Giới thiệu hệ ñiều hành Unix
UNIX xuất phát từ dự án MULTICS • AT&T Bell và MIT
Ken Thompson, Dennis Ritchie phát triển thành UNIX • Chương trình nguồn trên C 56 Cấu trúc UNIX 57 Các họ /dòng UNIX hiện ñại
System V • AT&T và SUN
Solaris • Sun
BSD • Berkeley Software Distribution • Mô hình socket trên TCP/IP 58 b. Giới thiệu hệ ñiều hành Linux
Do Linus Torvard phát triển từ hệ ñiều hành Minix • Dùng cho máy IBM PC 80386 (năm 1991, kernel 0.01) • Hiện nay (kernel 2.4, 2.6) thực thi trên IA32/64, PowerPC, Sun SPARC, • Dự án Beowulf với Linux Cluster
Linux có dạng mã nguồn mở, miễn phí theo GNU FSF • Dự án Gnu Not Unix • Các công cụ gcc, make, • Free Software Foundation • GPL – GNU Public License 59 Một số bản phát hành Linux
Red Hat Linux www.redhat.com • Fedora fedora.redhat.com
OpenLinux www.calderasystems.com
SuSE www.suse.com
Debian www.debian.org
Slackware www.slackware.com
TurboLinux www.turbolinux.com
60 Kiến trúc hệ thống Linux
Linux là hệ ñiều hành dạng multiuser, multitasking
Mục tiêu thiết kế: tốc ñộ, hiệu quả, tiêu chuẩn hóa
Tương thích với chuẩn POSIX
Giao diện lập trình theo SVR4 UNIX
Kernel dùng cấu trúc khối (modular structure) 61 Các thành phần trên Linux 62 Các thành phần trên Linux (tt)
Gồm 3 thành phần theo UNIX
Kernel • Thực hiện trên kernel mode, trong một không gian ñịa chỉ
System libraries • Các hàm chức năng cung cấp cho chương trình ứng dụng
System utilities • Thực hiện các công việc quản trị xác ñịnh 63 Linux kernel
Tập hợp các module • Có thể nạp/xóa ñộc lập • Device driver/file system/network protocol
Các ñặc trưng: • Dynamic linking • Stackable module 64 Các thành phần trên Linux kernel