TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP
KHOA SƢ PHẠM TOÁN – TIN
BÀI GIẢNG
HỆ ĐIỀU HÀNH
Biên soạn : Ths. Nguyễn Thị Thùy Linh
LƢU HÀNH NỘI BỘ
ĐỒNG THÁP 11/2013
1
LỜI NÓI ĐẦU
Tài liệu đƣợc biên soạn chủ yếu dựa trên kiến thức tích lũy trong giảng dạy nhiều
năm về môn học của tác giả và cũng đƣợc tham khảo từ các nguồn về lý thuyết hệ điều
hành và nguyên lý hệ điều hành của các trƣờng Đại học Huế, Đại học Cần Thơ…
Tổng quan:
Bài giảng giới thiệu về các thế hệ hệ điều hành, các thành phần của hệ điều hành,
chức năng của hệ điều hành, các dịch vụ mà hệ điều hành cung cấp. Sau đó nghiên cứu
chi tiết chức năng các thành phần bên trong hệ điều hành: Quản lý tiến trình, Quản lý
bộ nhớ, Đồng bộ hóa tiến trình, Quản lý Deadlock, Quản lý và cài đặt hệ thống tập tin,
Quản lý đĩa.
Mục tiêu:
Kiến thức:
- Hiểu đƣợc vai trò của hệ điều hành và cơ chế hoạt động của hệ điều hành
- Hiểu các kiến trúc thiết kế hệ điều hành.
- Hiểu các chiến lƣợc trong việc thiết kế các hệ điều hành hiện đại.
- Biết những vấn đề phát sinh trong quá trình thiết kế hệ điều hành cũng nhƣ
những tiếp cận khác nhau đƣợc dùng để phân tích và giải quyết những vấn đề
đó.
- Xem xét những chiến lƣợc hệ điều hành phổ biến và cách chúng tác động đến
những dịch vụ của các hệ điều hành hiện đại.
- Vận dụng các chiến lƣợc trong việc thiết kế hệ điều hành để mô phỏng lại trên
máy tính.
Kỹ năng:
- Rèn luyện kỹ năng phân tích và giải quyết các bài toán về chiến lƣợc trong việc
thiết kế các thành phần bên trong hệ điều hành.
- Rèn luyện tƣ duy giải thuật, kỹ năng lập trình kỹ thuật mô phỏng.
- Kỹ năng làm việc nhóm, tự học, tự nghiên cứu.
2
Thái độ:
- Nhận thức đúng đắn về phía ngƣời thiết kế hệ điều hành trong hệ thống máy tính.
- Nâng cao ý thức tự học, tự nghiên cứu để mở rộng kiến thức.
Đối tượng:
Tài liệu dành cho ngƣời học cao đẳng và đại học chuyên ngành công nghệ thông
tin.
Yêu cầu:
Ngƣời học cần phải hiểu cấu trúc dữ liệu và giải thuật kèm theo ngôn ngữ lập
trình Pascal hoặc một trong các ngôn ngữ C/C++, Java, C#. Ngƣời học cũng cần biết
cấu trúc logic của một máy tính nói riêng cũng nhƣ mạng máy tính nói chung.
Nội dung: Tài liệu bao gồm có 5 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về hệ điều hanh
Chƣơng 2: Quản lý tiến trình
Chƣơng 3: Quản lý bộ nhớ
Chƣơng 4: Quản lý tập tin và đĩa
Chƣơng 5: Quản lý hệ thống nhập/xuất
3
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................. 1
MỤC LỤC ................................................................................................................................... 3
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................................................... 6
CHƯ NG 1: TỔNG QU N VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ................................................................ 8
1.1. MỤC TIÊU ....................................................................................................................... 8
1.2. KHÁI NI M VỀ H ĐIỀU HÀNH ................................................................................. 8
1.3. CHỨC N NG H ĐIỀU HÀNH ................................................................................... 10
1.4. PH N LOẠI H ĐIỀU HÀNH ..................................................................................... 12
1.4.1. Hệ điều hành xử lý theo lô đơn chƣơng .................................................................. 12
1.4.2. Hệ thống xử lý theo lô đa chƣơng ........................................................................... 14
1.4.3. Hệ thống chia s thời gian ....................................................................................... 15
1.4.4. Hệ thống đa xử lý hệ thống song song .................................................................. 15
1.4.5. Hệ thống phân tán .................................................................................................... 17
1.4.6. Hệ thống xử lý thời gian thực .................................................................................. 18
1.4.7. Hệ xách tay .............................................................................................................. 18
1.5. L CH S PHÁT TRIỂN CỦA H ĐIỀU HÀNH ......................................................... 19
1.5.1. Thế hệ 1 1945 – 1955)............................................................................................ 19
1.5.2 Thế hệ 2 1955 – 1965)............................................................................................. 20
1.5.3. Thế hệ 3 1965 – 1980)............................................................................................ 20
1.5.4. Thế hệ 4 1980-nay ) ............................................................................................... 21
1.6. CẤU TR C CỦA H ĐIỀU HÀNH ............................................................................. 21
1.6.1. Các thành phần bên trong hệ điều hành ................................................................... 21
1.6.2. Các dịch vụ của hệ điều hành .................................................................................. 26
1.6.3. Lời gọi hệ thống ...................................................................................................... 27
1.6.4. Cấu trúc hệ điều hành .............................................................................................. 28
1.7. MỘT S H ĐIỀU HÀNH HI N ĐẠI ......................................................................... 38
1.7.1. Hệ điều hành Windows95........................................................................................ 38
1.7.2. Hệ điều hành Windows 2000................................................................................... 39
1.7.3. Hệ điều hành Linux ................................................................................................. 40
1.7.4. Hệ điều hành Windows 7......................................................................................... 41
1.7.5. Hệ điều hành Windows 8......................................................................................... 42
1.7.6. Hệ điều hành Android ............................................................................................. 42
1.8. TÓM TẮT ...................................................................................................................... 43
Câu hỏi ôn tập ........................................................................................................................ 44
TÀI LI U THAM KHẢO ..................................................................................................... 44
CHƯ NG 2: QUẢN L TIẾN TR NH ................................................................................ 45
2.1. MỤC TIÊU ..................................................................................................................... 45
2.2. TỔNG QUAN VỀ TIẾN TRÌNH ................................................................................... 45
2.2.1. Nhu cầu xử lý đồng hành ......................................................................................... 45
2.2.2. Khái niệm tiến trình ................................................................................................. 46
2.2.3. Phân loại tiến trình ................................................................................................... 49
2.2.4. Tiểu trình Thread và mô hình đa tiểu trình Multithread .................................... 51
2.3. TỔ CHỨC QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH ............................................................................ 54
2.3.1. Các trạng thái của tiến trình ..................................................................................... 54
2.3.2. Chế độ xử lý của tiến trình ...................................................................................... 60
4
2.3.3. Cấu trúc dữ liệu khối quản lý tiến trình ................................................................... 61
2.4. THAO TÁC TRÊN TIẾN TRÌNH ................................................................................. 62
2.4.1. Tạo lập tiến trình ..................................................................................................... 63
2.4.2. Kết thúc tiến trình .................................................................................................... 64
2.4.3. Khi tiến trình thay đổi trạng thái ............................................................................. 64
2.5. CẤP PHÁT TÀI NGUYÊN CHO TIẾN TRÌNH ........................................................... 65
2.6. Đ NH THỜI BIỂU CPU ................................................................................................ 66
2.6.1. Giới thiệu ................................................................................................................. 67
2.6.2. Tổ chức định thời biểu ............................................................................................. 70
2.6.3. Các chiến lƣợc định thời biểu CPU ......................................................................... 75
2.7. ĐỒNG BỘ HÓA TIẾN TRÌNH ..................................................................................... 87
2.7.1. Liên lạc giữa các tiến trình ...................................................................................... 87
2.7.2. Các cơ chế thông tin liên lạc.................................................................................... 88
2.7.3. Nhu cầu đồng bộ hóa synchronisation .................................................................. 95
2.7.4. Tài nguyên găng và đoạn găng ................................................................................ 96
2.7.5. Đồng bộ tiến trình qua đoạn găng ......................................................................... 102
2.8. TẮC NGHẼN VÀ CH NG TẮC NGHẼN ................................................................. 125
2.8.1. Khái niệm tắc nghẽn .............................................................................................. 125
2.8.2. Đặc điểm của Deadlock ......................................................................................... 128
2.8.3. Các phƣơng pháp xử lý deadlock .......................................................................... 134
2.9. TÓM TẮT .................................................................................................................... 151
Câu hỏi ôn tập ...................................................................................................................... 153
Bài tập .................................................................................................................................. 156
TÀI LI U THAM KHẢO ................................................................................................... 160
CHƯ NG 3: QUẢN L BỘ NHỚ ...................................................................................... 161
3.1. MỤC TIÊU ................................................................................................................... 161
3.2. NHI M VỤ QUẢN LÝ BỘ NHỚ ............................................................................... 161
3.3. KIẾN THỨC NỀN ....................................................................................................... 164
3.3.1. Một chƣơng trình qua nhiều bƣớc xử lý ................................................................ 164
3.3.2. Không gian địa chỉ luận lý và không gian địa chỉ vật lý ....................................... 166
3.3.3. Bộ quản lý bộ nhớ MMU .................................................................................... 167
3.3.4. Phủ lắp Overlay .................................................................................................. 167
3.3.5. Hoán vị .................................................................................................................. 168
3.4. QUẢN LÝ BỘ NHỚ CHÍNH ...................................................................................... 170
3.4.1. Bộ nhớ cấp phát liên tục ........................................................................................ 170
3.4.2. Cấp phát không liên tục ......................................................................................... 182
3.5. QUẢN LÝ BỘ NHỚ ẢO ............................................................................................. 202
3.5.1. Khái niệm bộ nhớ ảo.............................................................................................. 203
3.5.2. Cài đặt bộ nhớ ảo ................................................................................................... 204
3.5.3. Kỹ thuật bộ nhớ ảo ................................................................................................ 208
3.6. TÓM TẮT .................................................................................................................... 222
Câu hỏi ôn tập ...................................................................................................................... 224
Bài Tập ................................................................................................................................ 225
TÀI LI U THAM KHẢO ................................................................................................... 230
CHƯ NG 4: QUẢN L TẬP TIN VÀ ĐĨ ....................................................................... 231
4.1. MỤC TIÊU ............................................................................................................... 231
4.2. TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ TẬP TIN VÀ ĐĨA ...................................................... 232
4.2.1. Tập tin và hệ thống quản lý tập tin ........................................................................ 232