Giáo trình Nguyên lý hệ điều hành

Nội dung text: Giáo trình Nguyên lý hệ điều hành

1. 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
2. LỜI NÓI ĐẦU Máy tính điện tử ra đời vào những năm 40 của thế kỷ trước. Ban đầu, phạm vi sử dụng máy tính còn 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 toán, điều khiển tự động, . Với các thế hệ máy tính này đòi 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 “Nguyên 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
3. 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 không 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 quý báu để giáo trình này được hoàn thiện. Tác giả Th.S Vũ Văn Huân 2
4. DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CPU Central Processing Unit MIPS Million Instruction Per Second PCB Page Control Block TS Test and Set FCFS First come First Served SSTF Shortest Seek Time First SJF Shortest Job First SRT Short Remain Time RR Round Robin MLQ Multi Level queue MLFQ Multi Level Feedback Queues SCB Segment Control Block FIFO First In First Out LRU Last Recently Used LFU Last Frequently Used MFU Most Frequently Used VRC Vertical Redundancy Check LRC Longitudinal Redundancy Check SPOOL Simultaneous Perpheral Operations On Line ACL Accsess Control List CSMA Carrier Sence Multiple Access LBT Listen Before Talk CSMA/CD Carrier Sence Multiple Access with Detection Collission LWT Listen While Talk FTP File Transfer Protocol CS Critical Section OSI International Organization for Standardization 3
5. 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: Mô hình hệ thống; a) Không có máy ảo; b) Có máy ảo 18 Hình 1.6: Mô hình Client – Server 19 Hình 1.7: Cấu trúc của WINDOWS NT 20 Hình 2.1: Mô 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: Mô tả không 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 toán lập lịch FCFS 83 Hình 5.6: Thuật toán lập lịch SSTF 84 4
6. Hình 5.7: Thuật toán lập lịch Scan 84 Hình 5.8: Thuật toán lập lịch C- Scan 84 Hình 5.9: Thuật toán lập lịch Clook 85 Hình 5.10: Thuật toán 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 không 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: Mô hình OSI 120 5