Chương 5: Hệ điều hành     I.      Khái niệm hệ điều hành

Hệ điều hành là một hệ thống các chương trình hoạt động giữa người sử dụng (user) và phần cứng của máy tính. Mục tiêu của hệ điều hành là cung cấp một môi trường để người sử dụng có thể thi hành các chương trình. Nó làm cho máy tính dễ sử dụng hơn, thuận lợi hơn và hiệu quả hơn.

             II.      Phân loại hệ điều hành

1. HĐH đơn nhiệm và HĐH đa nhiệm:

HĐH đơn nhiệm là HĐH mà tại mỗi thời điểm chỉ có thể điều hành hoạt động của một chương trình.

HĐH đa nhiệm là HĐH cho phép thực hiện nhiều chương trình cùng một thời điểm

2. HĐH đơn chương và HĐH đa chương:

-          HĐH đơn chương là tại mỗi thời điểm chỉ cho phép một người sử dụng làm việc.

-          HĐH đa chương là tại mỗi thời điểm cho phép nhiều người sử dụng cùng làm

3. HĐH chia sẻ thời gian và HĐH thời gian thực:

-          Trong HĐH chia sẻ thời gian một CPU luôn luôn phục vụ các tiến trình và một tiến trình có thể rơi vào trạng thái chờ đợi khi chưa được phân bổ CPU.

-           Trong HĐH thời gian thực, tiến trình được nạp vào hệ thống ở bất kỳ thời điểm nào đều được phân bổ thời gian của CPU.

4. Hệ điều hành tập trung và HĐH phân tán:

-          HĐH tập trung được cài đặt trên hệ thống máy chủ của mạng, nó điều hành mọi thao tác, xử lý và tính toán tại các máy trạm.

-          HĐH phân tán gồm hai thành phần được cài đặt trên máy chủ và máy trạm của mạng. HĐH tại máy chủ chịu trách nhiệm cung ứng dịch vụ, quản lý hệ thống và thực hiện các thao tác xử lý chung, HĐH tại máy trạm có thể thực hiện các thao tác xử lý riêng

      III.      Các tính chất của hệ điều hành

1.        Tin cậy

Mọi hoạt động, mọi thông báo của HĐH phải chuẩn xác tuyệt đối. Chỉ khi nào chắc chắn đúng thì HĐH mới cung cấp thông tin cho người sử dụng.

2. An toàn: HĐH cần phải đảm bảo sao cho dữ liệu và các chương trình không bị thay đổi ngoài ý muốn trong mọi trường hợp và trong mọi chế độ hoạt động. Để đảm bảo yếu tố an toàn, các HĐH cần cung cấp các cơ chế bảo vệ dữ liệu và bảo vệ các tài nguyên sử dụng chung, tránh được sự vi phạm vô tình hoặc cố ý của người sử dụng và các chương trình.

3. Hiệu quả: Các tài nguyên của hệ thống phải được khai thác một cách triệt để sao cho ngay cả khi tài nguyên hạn chế vẫn có thể giải quyết được những yêu cầu phức tạp, và phải duy trì hoạt động đồng bộ trong toàn hệ thống không được để những thiết bị chậm trì hoãn hoạt động của hệ thống

4. Tính kế thừa: HĐH phải có tính kế thừa các ưu điểm, khắc phục các nhược điểm của phiên bản trước và khả năng thích nghi với những thay đổi trong tương lai.

5. Thuận tiện HĐH phải sử dụng dễ dàng, có hiệu quả tùy theo kiến thức và kinh nghiệm của người dùng. HĐH phải có hệ thống trợ giúp, hướng dẫn phong phú, đầy đủ giúp người sử dụng có thể tự đào dạo mình ngay trong quá trình khai thác.

           IV.      Các chức năng cở bản của HĐH

1. Quản lý tiến trình: Một chương trình không thực hiện được gì cả nếu như nó không được CPU thi hành. Một tiến trình là một chương trình đang được thi hành

Cụ thể:

Tạo và hủy các tiến trình của người sử dụng và của hệ thống.

 Ngưng và thực hiện lại một tiến trình.

 Cung cấp cơ chế đồng bộ tiến trình.

 Cung cấp cách thông tin giữa các tiến trình.

 Cung cấp cơ chế kiểm soát deadlock

2. Quản lý bộ nhớ chính :

Hệ điều hành có những vai trò như sau trong việc quản lý bộ nhớ chính :

 Lưu giữ thông tin về các vị trí trong bộ nhớ đã được sử dụng và ai sử dụng.

 Quyết định tiến trình nào được nạp vào bộ nhớ chính, khi bộ nhớ đã có thể dùng được.

 Cấp phát và thu hồi bộ nhớ khi cần thiết.

3. Quản lý bộ nhớ phụ:

Vai trò của hệ điều hành trong việc quản lý đĩa :

 Quản lý vùng trống trên đĩa.

 Định vị lưu trữ.

 Lập lịch cho đĩa.

  4. Quản lý hệ thống nhập xuất :

 Hệ thống buffer caching.

 Giao tiếp điều khiển thiết bị (device drivers) tổng quát.

 Bộ điều khiển cho các thiết bị phần cứng.

5. Quản lý hệ thống tập tin:

Tạo và xoá một tập tin.

 Tạo và xoá một thư mục.

 Hỗ trợ các thao tác trên tập tin và thư mục.

 Ánh xạ tập tin trên hệ thống lưu trữ phụ.

 Backup tập tin trên các thiết bị lưu trữ.

6. Hệ thống bảo vệ : để đảm bảo rằng tập tin, bộ nhớ, CPU, và những tài nguyên khác chỉ được truy xuất bởi những tiến trình có quyền.

7. Hệ thống thông dịch lệnh: Là thành phần quan trọng nhất của HĐH, đóng vai trò tạo giao diện giữa máy tính và người sử dụng. Nó giúp máy tính hiểu và xử lý được các chỉ thị, các lệnh của người sử dụng

8. Lập mạng:

Mỗi máy tính trong mạng có một bộ nhớ độc lập và các tiến trình có thể được kết nối, xử lý thông qua hệ thống mạng. Khi đó HĐH phải hỗ trợ khả năng quản lý, chia sẻ tài nguyên truyền thông trên mạng thông qua các thành phần điều khiển giao tiếp mạng

             V.      Các  thành phần của HDH:

-          Phần cứng (Hardware) – cung cấp các tài nguyên cơ bản như: CPU, memory, I/O devices,...

-           Hệ điều hành (OS - Operating system): Trung gian điều khiển và bố trí việc sử dụng phần cứng cho các ứng dụng và đối tượng sử dụng.

-           Các chương trình ứng dụng (Application programs) – Các phần mềm phục vụ tác nghiệp của người sử dụng như: Word processors, compilers, web browsers, database systems, video games...

-           Đối tượng sử dụng (Users): Người, thiết bị hoặc máy tính khác

         I.      Các hình thái giao tiếp

1. Hình thái dòng lệnh

Ưu: Dễ xây dựng, nsd có thể đưa tham số của lệnh một cách chính xác

Nhược: Tốc độ đưa lệnh vào chậm, nsd phải nhớ các tham số, hàng rào ngôn ngữ,..

2. Hình thái thực đơn

Ưu: Không phải nhớ lệnh, sử dụng bàn phím, chuột,...

Nhược: Các từ trên thực đơn không nêu bật được chức năng của nó; bị cản trở bởi hàng rào ngôn ngữ

3. Hình thái cửa sổ-biểu tượng:

Ưu: Không phải nhớ lệnh, ko bị hàng rào ngôn ngữ

Nhược: nhiều biểu tuợng, nên gây nhập nhằng về chức năng, không thuận lợi khi thao tác bằng bàn phím

4. Hình thái kết hợp

Ưu: Khắc phục được các nhược điểm của các loại trên

       II.      Khái niệm tiến trình

Tiến trình là một chương trình đang xử lý, sỡ hữu một con trỏ lệnh, tập các thanh ghi và các biến. Để hoàn thành công việc của mình, một tiến trình có thể cần đến một số tài nguyên – như CPU, bộ nhớ chính, các tập tin và thiết bị nhập/xuất

Một chương trình là một thực thể thụ động, chứa đựng các chỉ thị điều khiển máy tính để tiến hành một tác vụ nào đó ; khi cho thực hiện các chỉ thị này, chương trình chuyển thành tiến trình, là một thực thể hoạt động, với con trỏ lệnh xác định chỉ thị kế tiếp sẽ thi hành, kèm theo tập các tài nguyên phục vụ cho hoạt động của tiến trình