Giáo Trình Môn Học Hệ Điều Hành Nghề Công Nghệ Thông Tin

Giáo trình Hệ điều hành công nghệ thông tin biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, phù hợp sinh viên ngành công nghệ thông tin

• Tác giả: Chu Thị Hồng Nhung
• Trường học: Trường Cao đẳng nghề Hà Nam
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Giáo Trình Hệ Điều Hành
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nam

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH
• 1.1. Khái niệm về hệ điều hành
• 1.2. Tài nguyên hệ thống
• 1.3. Khái niệm hệ điều hành
• 1.4. Phân loại hệ điều hành
• 1.5. Các thành phần của hệ điều hành
• 1.6. Phân loại hệ điều hành
• 1.7. Các tính chất cơ bản của hệ điều hành
• 1.8. Phân lớp các chương trình trong thành phần điều khiển
• 1.9. Chức năng cơ bản của hệ điều hành
• 1.10. Nhân của hệ điều hành, tải hệ điều hành
• 1.11. Sơ lược lịch sử phát triển của hệ điều hành
• 2. CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN CPU, ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
• 2.1. Các khái niệm cơ bản
• 2.2. Khái niệm quá trình
• 2.3. Quan hệ giữa các quá trình
• 2.4. Trạng thái của quá trình
• 2.5. Sơ đồ không gian trạng thái (SNAIL)
• 2.6. Một số khối điều khiển quá trình
• 2.7. Điều phối quá trình
• 2.8. Nguyên tắc chung
• 2.9. Các trình lập lịch (long term, short term)
• 2.10. Các thuật toán lập lịch
• 2.11. First Come First Served (FCFS), Shortest Job First (SJF)
• 2.12. Shortest Remain Time (SRT)
• 2.13. Multi Level Queue (MLQ)
• 2.14. Multi Level Feedback Queues (MLFQ)
• 2.15. Hệ thống ngắt
• 2.15.1. Khái niệm ngắt
• 2.16. Hiện tượng bế tắc
• 2.16.1. Khái niệm bế tắc
• 2.16.2. Các biện pháp phòng tránh bế tắc
• 2.16.3. Phát hiện bế tắc. Xử lý bế tắc
• 2.17. Kết luận chung về phòng tránh bế tắc
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ ĐIỀU HÀNH ĐA XỬ LÝ
• 3.1. Hệ điều hành đa xử lý tập trung
• 3.2. Hệ thống đa xử lý
• 3.3. Hệ điều hành đa xử lý phân tán
• 3.4. Giới thiệu hệ phân tán
• 3.5. Đặc điểm hệ phân tán
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Hệ Điều Hành Công Nghệ Thông Tin

Giáo trình Hệ Điều Hành Công Nghệ Thông Tin là tài liệu quan trọng trong việc đào tạo sinh viên ngành CNTT. Nó cung cấp kiến thức cơ bản về hệ điều hành, giúp sinh viên hiểu rõ vai trò và chức năng của hệ điều hành trong hệ thống máy tính. Nội dung giáo trình bao gồm các khái niệm, phân loại và các thành phần của hệ điều hành, từ đó tạo nền tảng vững chắc cho sinh viên trong việc học tập và nghiên cứu.

1.1. Khái niệm và vai trò của hệ điều hành

Hệ điều hành là phần mềm quan trọng nhất trong máy tính, điều khiển và quản lý tài nguyên hệ thống. Nó tạo ra môi trường thuận lợi cho các chương trình ứng dụng hoạt động, giúp người dùng tương tác với phần cứng một cách hiệu quả.

1.2. Phân loại hệ điều hành trong giáo trình

Giáo trình giới thiệu các loại hệ điều hành như hệ điều hành đơn nhiệm, đa nhiệm, và hệ điều hành phân tán. Mỗi loại có những đặc điểm và ứng dụng riêng, giúp sinh viên nắm bắt được sự đa dạng trong lĩnh vực này.

II. Vấn đề và Thách thức trong Hệ Điều Hành

Trong quá trình học tập và ứng dụng hệ điều hành, sinh viên sẽ gặp phải nhiều vấn đề và thách thức. Những vấn đề này có thể liên quan đến hiệu suất, quản lý tài nguyên, và sự tương thích giữa các phần mềm. Việc hiểu rõ các thách thức này sẽ giúp sinh viên có cái nhìn sâu sắc hơn về hệ điều hành.

2.1. Các vấn đề thường gặp trong hệ điều hành

Một số vấn đề phổ biến bao gồm tình trạng bế tắc, quản lý bộ nhớ không hiệu quả, và xung đột giữa các ứng dụng. Những vấn đề này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống và trải nghiệm người dùng.

2.2. Thách thức trong việc phát triển hệ điều hành

Phát triển hệ điều hành đòi hỏi kiến thức sâu rộng về phần cứng và phần mềm. Các nhà phát triển phải đối mặt với thách thức trong việc tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo tính bảo mật cho hệ thống.

III. Phương pháp Giải Quyết Vấn Đề trong Hệ Điều Hành

Để giải quyết các vấn đề liên quan đến hệ điều hành, giáo trình cung cấp nhiều phương pháp và kỹ thuật khác nhau. Những phương pháp này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ điều hành mà còn trang bị cho họ kỹ năng cần thiết để xử lý các tình huống thực tế.

3.1. Kỹ thuật quản lý tài nguyên hiệu quả

Quản lý tài nguyên là một trong những chức năng chính của hệ điều hành. Giáo trình hướng dẫn sinh viên cách sử dụng các thuật toán lập lịch và quản lý bộ nhớ để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

3.2. Giải pháp phòng tránh bế tắc trong hệ điều hành

Bế tắc là một vấn đề nghiêm trọng trong hệ điều hành. Giáo trình cung cấp các biện pháp phòng tránh và phát hiện bế tắc, giúp sinh viên có khả năng xử lý tình huống này một cách hiệu quả.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Hệ Điều Hành

Hệ điều hành không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống hàng ngày. Từ việc sử dụng máy tính cá nhân đến các hệ thống máy chủ phức tạp, hệ điều hành đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và quản lý các thiết bị.

4.1. Hệ điều hành trong máy tính cá nhân

Hệ điều hành như Windows, Linux, và macOS là những ví dụ điển hình cho việc sử dụng hệ điều hành trong máy tính cá nhân. Chúng cung cấp giao diện người dùng thân thiện và hỗ trợ nhiều ứng dụng khác nhau.

4.2. Hệ điều hành trong môi trường doanh nghiệp

Trong môi trường doanh nghiệp, hệ điều hành quản lý các máy chủ và dịch vụ, đảm bảo tính ổn định và bảo mật cho hệ thống. Việc lựa chọn hệ điều hành phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất làm việc.

V. Kết Luận và Tương Lai của Hệ Điều Hành

Hệ điều hành sẽ tiếp tục phát triển và thay đổi theo thời gian. Với sự tiến bộ của công nghệ, các hệ điều hành mới sẽ ra đời, mang lại nhiều tính năng và cải tiến hơn nữa. Việc nắm vững kiến thức về hệ điều hành là rất cần thiết cho sinh viên ngành CNTT.

5.1. Xu hướng phát triển hệ điều hành trong tương lai

Các xu hướng như điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo đang ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ điều hành. Sinh viên cần theo dõi những thay đổi này để chuẩn bị cho tương lai nghề nghiệp của mình.

5.2. Tầm quan trọng của việc cập nhật kiến thức

Việc cập nhật kiến thức về hệ điều hành là rất quan trọng trong bối cảnh công nghệ thay đổi nhanh chóng. Sinh viên cần thường xuyên học hỏi và thực hành để nâng cao kỹ năng của mình.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Môn học: Hệ Điều Hành (Mã môn học: MH09) do tác giả Chu Thị Hồng Nhung thuộc Khoa Công nghệ Thông tin – Trường Cao đẳng nghề Hà Nam biên soạn, được ban hành chính thức theo Quyết định số 234/QĐ-CĐNHN ngày 05 tháng 08 năm 2020 của Hiệu trưởng nhà trường. Trong chương trình đào tạo nghề Công nghệ thông tin trình độ Trung cấp và Cao đẳng, môn học giữ vị trí là học phần cơ sở ngành bắt buộc. Môn học được bố trí giảng dạy sau khi người học hoàn thành các môn học chung và trước khi bước vào các mô-đun, môn học chuyên môn sâu.

Mục tiêu học tập của giáo trình hướng tới việc trang bị nền tảng lý thuyết và năng lực thực hành phần mềm hệ thống theo nguyên lý kiến trúc máy tính Von Neumann ("hoạt động theo chương trình"):

• Về kiến thức: Người học nắm rõ vai trò, lịch sử phát triển qua 4 thế hệ, chức năng giả lập máy tính mở rộng và cơ chế quản lý tài nguyên của hệ điều hành; hiểu nguyên lý điều phối tiến trình, lập lịch CPU, xử lý ngắt và kiểm soát bế tắc hệ thống.
• Về kỹ năng: Người học có khả năng tính toán thông số tài nguyên theo mô hình; phân tích các thuật toán điều phối CPU; thực hiện các thao tác cài đặt, phân vùng đĩa và xử lý sự cố tài nguyên trên các hệ điều hành cụ thể.
• Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành khả năng tiếp nhận, xử lý thông tin kỹ thuật, làm việc nhóm và chịu trách nhiệm với quy trình vận hành hệ thống.

Cấu trúc giáo trình có tổng thời lượng 45 giờ (gồm 15 giờ lý thuyết, 27 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 3 giờ kiểm tra). Nội dung được thiết kế theo lộ trình từ khái niệm tổng quan, kiến trúc phân lớp đến cơ chế điều khiển tiến trình và hệ thống đa xử lý, kết hợp giữa lý thuyết nền tảng và bài thực hành cài đặt Linux RedHat trên công cụ Disk Druid/fdisk.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 3 chương trọng tâm được xây dựng theo trật tự logic từ tổng thể đến chi tiết:

[Chương 1: Tổng quan về hệ điều hành] (10 giờ)
[Chương 2: Điều khiển CPU, điều khiển quá trình] (25 giờ)
[Chương 3: Hệ điều hành đa xử lý] (10 giờ)

• Chương 1: Tổng quan về hệ điều hành (MH15-01 - 10 giờ: 3 LT, 7 TH): Trình bày 4 loại tài nguyên hệ thống (DMA, IRQ, địa chỉ vào/ra I/O, địa chỉ bộ nhớ); cơ chế chẩn đoán lỗi tài nguyên (memory leak) qua Task Manager và kiểm tra phần cứng RAM; 3 định nghĩa hệ điều hành; 2 chức năng cốt lõi (giả lập máy tính mở rộng, quản lý tài nguyên) và 6 nhiệm vụ chi tiết (đa nhiệm, booting, API, nạp dữ liệu, thông dịch chỉ thị, quản lý phần cứng); lịch sử 4 thế hệ máy tính/hệ điều hành; 8 thành phần hệ thống (quản lý tiến trình, bộ nhớ chính, xuất/nhập, bộ nhớ phụ, tập tin, mạng, trình thông dịch lệnh shell, bảo vệ hệ thống); 8 dạng phân loại hệ thống (Mainframe, Desktop, Multiprocessor, Distributed, Real-Time cứng/mềm, Handheld, Gaming, IOS); 4 mô hình kiến trúc (đơn khối Monolithic, phân lớp Layered trên UNIX, máy ảo Virtual Machine trên Windows 9x, Client/Server trên Windows NT với phân tách User Mode/Kernel Mode và Hardware Abstraction Layer - HAL); cơ chế nạp HĐH qua bộ nạp nguyên thủy IPL (Initial Program Loader), NIP (Nucleus Initial Program), Monitor, Loader, Scheduler; quy trình thực hành cài đặt Linux RedHat 7.
• Chương 2: Điều khiển CPU, điều khiển quá trình (MH15-02 - 25 giờ: 9 LT, 14 TH, 2 KT): Khảo sát khái niệm tiến trình; quan hệ giữa các tiến trình; mô hình chuyển đổi trạng thái tiến trình (sơ đồ không gian trạng thái SNAIL); cấu trúc khối điều khiển quá trình (PCB); các bộ lập lịch (Long-term, Short-term); nguyên lý 5 thuật toán điều phối CPU: First Come First Served (FCFS), Shortest Job First (SJF), Shortest Remaining Time (SRT), Multi-Level Queue (MLQ), Multi-Level Feedback Queues (MLFQ); cấu trúc hệ thống ngắt; hiện tượng bế tắc hệ thống (Deadlock) cùng các giải pháp phòng tránh, phát hiện và phục hồi.
• Chương 3: Hệ điều hành đa xử lý (MH15-03 - 10 giờ: 3 LT, 6 TH, 1 KT): Phân tích kiến trúc hệ điều hành đa xử lý tập trung với hai mô hình: đa xử lý đối xứng (Symmetric Multiprocessing - SMP) và đa xử lý bất đối xứng (Asymmetric Multiprocessing - AMP); kiến trúc hệ điều hành đa xử lý phân tán dựa trên mạng truyền thông và cơ chế chia sẻ tài nguyên.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết chuẩn mực về phần mềm hệ thống:

• Lý thuyết trừu tượng hóa phần cứng: Nguyên lý "máy tính mở rộng" che giấu các thao tác vi điện tử mức nhị phân (0, 1), thay thế bằng giao diện lập trình ứng dụng (API), lời gọi hệ thống (System Calls) và giao diện người dùng (CLI/GUI).
• Nguyên lý bảo vệ phân quyền: Cơ chế phân định hai chế độ thực thi Kernel Mode và User Mode trên hệ thống Client/Server (như Windows NT), kết hợp lớp trừu tượng hóa phần cứng HAL để ngăn chặn truy cập trái phép.
• Lý thuyết đồng thời và tài nguyên: Mô hình không gian trạng thái tiến trình, cơ chế quản lý ngắt phần cứng/phần mềm và các điều kiện hình thành bế tắc tài nguyên.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Cài đặt hệ điều hành Linux RedHat ở chế độ dòng lệnh (text mode); tạo và cấu hình phân vùng Linux swap (dung lượng tương đương RAM) và phân vùng gốc / (Linux native, dung lượng tối thiểu 500MB đến 2288MB) thông qua công cụ Disk Druid hoặc fdisk.
• Kỹ năng phân tích: Tính toán thứ tự thực thi, thời gian chờ và thông lượng CPU dựa trên các thuật toán FCFS, SJF, SRT, MLQ, MLFQ; phân tích đồ thị cấp phát tài nguyên để phát hiện và xử lý bế tắc.
• Kỹ năng vận hành: Giám sát tiến trình nền, chẩn đoán hiện tượng thắt nút cổ chai hoặc rò rỉ bộ nhớ qua Trình quản lý tác vụ (Task Manager) bằng tổ hợp phím Ctrl + Alt + Del.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp sư phạm tích hợp lý thuyết với thực hành, trong đó thời lượng rèn luyện kỹ năng chiếm tỷ trọng lớn:

Hạng mục đào tạo	Tổng số giờ	Lý thuyết (LT)	Thực hành/Thảo luận (TH)	Kiểm tra
Chương 1: Tổng quan về hệ điều hành	10	3	7	0
Chương 2: Điều khiển CPU, điều khiển quá trình	25	9	14	2
Chương 3: Hệ điều hành đa xử lý	10	3	6	1
Tổng cộng toàn khóa	45	15	27	3

Tỷ lệ phân bổ: Thời lượng thực hành, thảo luận và bài tập chiếm 60% (27/45 giờ), lý thuyết chiếm 33,3% (15/45 giờ), kiểm tra định kỳ chiếm 6,7% (3/45 giờ).

• Tiếp cận sư phạm: Bài giảng lý thuyết trang bị bản chất giải thuật và sơ đồ cấu trúc; các giờ thực hành trực tiếp hướng dẫn sinh viên thao tác trên phần mềm mô phỏng, máy ảo và hệ điều hành thực tế.
• Bài tập và tình huống thực hành: Giáo trình cung cấp bài tập tính toán điều phối tài nguyên CPU; các tình huống khắc phục sự cố hệ thống bị đóng băng do cạn kiệt tài nguyên; quy trình từng bước (step-by-step) phân chia ổ cứng và thiết lập cấu hình mạng khi cài đặt Linux.
• Phương pháp đánh giá: Gồm 3 giờ kiểm tra định kỳ được bố trí tại Chương 2 (2 giờ) và Chương 3 (1 giờ). Nội dung đánh giá kết hợp giữa bài tập định lượng thuật toán lập lịch tiến trình và kỹ năng thao tác trực tiếp trên hệ thống máy tính.
• Hướng dẫn tự học: Người học được yêu cầu rèn luyện kỹ năng đọc tài liệu kỹ thuật, ghi chép tham số cấu hình, thực hành các dòng lệnh trên 3 loại shell chuẩn của Linux/UNIX (Bourne, Korn, C Shell) và kiểm tra lỗi tài nguyên hệ thống.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các mốc tiến hóa kỹ thuật và cấu trúc hệ điều hành từ truyền thống đến hiện đại:

• Phân tích chi tiết các mô hình kiến trúc: So sánh ưu nhược điểm của 4 dạng cấu trúc điển hình:
  • Kiến trúc đơn khối (Monolithic): Lời gọi thủ tục trực tiếp qua bảng chỉ mục vector ngắt (như trong MS-DOS).
  • Kiến trúc phân lớp (Layered): Mô hình 6 lớp của UNIX từ phần cứng (Lớp 0) đến chương trình ứng dụng (Lớp 5).
  • Kiến trúc máy ảo (Virtual Machine): Cơ chế chạy ứng dụng đa nền tảng như máy ảo DOS (VMD) trong Windows 9x.
  • Kiến trúc Client/Server: Mô hình phân tầng của Windows NT, phân tách User Mode (chứa các hệ thống con môi trường Win32, OS/2, POSIX) và Kernel Mode (chứa I/O Manager, Virtual Memory, Security Monitor, Process Manager và HAL).
• Mở rộng phạm vi các hệ thống chuyên biệt: Giáo trình không giới hạn ở hệ điều hành máy tính cá nhân (PC Desktop) mà mở rộng phân tích các hệ thống Mainframe (xử lý theo lô, SPOOL, chia sẻ thời gian); hệ thống đa xử lý SMP/AMP; hệ thống thời gian thực (Hard Real-Time với ràng buộc bộ nhớ ROM/ngắn hạn không dùng bộ nhớ ảo, và Soft Real-Time cho đa phương tiện); hệ điều hành thiết bị cầm tay (Handheld/PDA với kỹ thuật cắt xén web - Web Clipping trên màn hình nhỏ); hệ thống chơi game tối ưu hóa tập lệnh vi xử lý Intel Core i5/i7; và hệ điều hành liên mạng Cisco IOS.
• Tính thực tế trong quy trình khởi động và cài đặt: Mô tả chính xác cơ chế nạp hệ điều hành (Booting) thông qua chuỗi thực thi của đoạn mã cứng hóa IPL (Initial Program Loader) và chương trình mồi NIP (Nucleus Initial Program) tại sector đầu tiên của đĩa để đưa Kernel vào bộ nhớ.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên và học viên: Dành cho sinh viên trình độ Cao đẳng và học viên trình độ Trung cấp chuyên ngành Công nghệ thông tin tại các trường đào tạo nghề và cơ sở giáo dục nghề nghiệp.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần hoàn thành các môn học chung, tin học cơ sở và có kiến thức cơ bản về phần cứng máy tính (cấu trúc CPU, bộ nhớ RAM, thiết bị vào/ra) trước khi tiếp cận môn MH09.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng giáo trình làm khung bài giảng chuẩn để thiết kế đề cương chi tiết, phân bổ 45 giờ giảng dạy lý thuyết và thực hành tại phòng máy; xây dựng ngân hàng đề kiểm tra tính toán thuật toán CPU và bài tập thực hành phân vùng cài đặt hệ điều hành.
• Đối tượng tự học và tham khảo: Kỹ thuật viên quản trị hệ thống, lập trình viên phần mềm hệ thống có thể sử dụng tài liệu nội bộ này để tra cứu nguyên lý ngắt, cơ chế lập lịch tiến trình và phương pháp phân vùng ổ đĩa Linux.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo nghề Công nghệ thông tin hệ Trung cấp và Cao đẳng theo khung chương trình của Trường Cao đẳng nghề Hà Nam, đồng thời phù hợp cho kỹ thuật viên cần nắm vững cơ chế vận hành của phần mềm hệ thống.

2. Cần kiến thức nền nào trước khi học?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức đại cương, các môn học cơ sở về tin học văn phòng và hiểu biết cơ bản về cấu tạo phần cứng máy tính (vi xử lý, bộ nhớ, thiết bị lưu trữ).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết khác là gì?

Tài liệu cân đối thời lượng thực hành lên tới 60% (27/45 giờ), tích hợp hướng dẫn chi tiết từng bước cài đặt hệ điều hành nguồn mở Linux RedHat và phân tích kiến trúc thực tế của Windows NT, UNIX thay vì chỉ trình bày lý thuyết thuần túy.

4. Làm sao để tự học và tiếp thu môn học hiệu quả?

Người học nên kết hợp giải các bài tập tính toán điều phối CPU (FCFS, SJF, SRT, MLQ, MLFQ) trên giấy, sau đó trực tiếp thực hành cài đặt, phân chia phân vùng đĩa (swap, native) và sử dụng Task Manager để giám sát tài nguyên hệ thống.

5. Giáo trình có các nội dung thực hành cụ thể nào?

Giáo trình bao gồm bài thực hành chẩn đoán lỗi tài nguyên, giải tỏa bộ nhớ RAM, thao tác dòng lệnh trên shell và quy trình phân chia phân vùng đĩa cứng bằng Disk Druid/fdisk trong quá trình cài đặt Linux RedHat 7.

---

Kết luận

Giáo trình Môn học: Hệ Điều Hành do Chu Thị Hồng Nhung biên soạn cung cấp hệ thống kiến thức nền tảng về cấu trúc, nguyên lý quản lý tài nguyên và điều khiển quá trình trong hệ thống máy tính.

Lộ trình học tập đề xuất:

1. Giai đoạn 1: Nắm vững cấu trúc phần cứng, phân loại hệ thống và kiến trúc phân lớp HĐH (Chương 1).
2. Giai đoạn 2: Phân tích chuyên sâu thuật toán lập lịch CPU, cơ chế ngắt và kiểm soát bế tắc (Chương 2).
3. Giai đoạn 3: Khảo sát kiến trúc đa xử lý tập trung và phân tán (Chương 3), kết hợp hoàn thành các bài thực hành cài đặt Linux và tối ưu hóa hệ thống.

Tài liệu là cơ sở học thuật giúp người học nghề Công nghệ thông tin xây dựng tư duy kỹ thuật vững chắc trong vận hành và khai thác phần mềm hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

SỞ LAO ĐỘNG TB&XH TỈNH HÀ NAM TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: HỆ ĐIỀU HÀNH NGHỀ: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 234/QĐ-CĐNHN ngày 05 tháng 08 năm 2020 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Hà Nam) Hà Nam, năm 2020 Tài liệu lưu hành nội bộ - Biên soạn : Chu Thị Hồng Nhung – Khoa CNTT- Trường Cao đẳng nghề Hà Nam TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Giáo trình : Hệ điều hành Trang 1 Tài liệu lưu hành nội bộ - Biên soạn : Chu Thị Hồng Nhung – Khoa CNTT- Trường Cao đẳng nghề Hà Nam LỜI GIỚI THIỆU Trong hệ thống kiến thức chuyên nghành trang bị cho sinh viên Công nghệ Thông tin (CNTT), giáo trình hệ điều hành góp phần cung cấp những nội dung kiến thức chung nhất về hệ điều hành, nội dung liên quan đến việc mô tả các phƣơng pháp giả quyết các bài toán điều khiển hoạt động của hệ thống máy tính. Nội dung giáo trình hệ điều hành thuộc vào hệ thống kiến thức về phần mềm hệ thống, cung cấp những kiến thức nhằm thực hiện một trong hai nguyên lý cơ bản trong hệ thống máy tính đã đƣợc Von Neumann phát biểu, đó là nguyên lý “hoạt động theo chƣơng trình”.

Các nội dung chính đƣợc trình bày trong giáo trình này bao gồm năm chƣơng đƣợc giới thiệu nhƣ dƣới đây. Chƣơng 1: Giới thiệu chung về hệ điều hành Chƣơng 2: Điều khiển CPU, điều khiển quá trình Chƣơng 3: Hệ Điều hành Đa xử lý Hà Nam, Ngày….Năm 2020 Tác giả biên soạn: Chu Thị Hồng Nhung Giáo trình : Hệ điều hành Trang 2 Tài liệu lưu hành nội bộ - Biên soạn : Chu Thị Hồng Nhung – Khoa CNTT- Trường Cao đẳng nghề Hà Nam MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU. 3 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC. 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH.

Khái niệm về hệ điều hành. Tài nguyên hệ thống. Khái niệm hệ điều hành. Phân loại hệ điều hành.

Các thành phần của hệ điều hành. Phân loại hệ điều hành. Các tính chất cơ bản của hệ điều hành. Phân lớp các chƣơng trình trong thành phần điều khiển.

Chức năng cơ bản của hệ điều hành. Nhân của hệ điều hành, tải hệ điều hành .Sơ lƣợc lịch sử phát triển của hệ điều hành. 41 CHƢƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN CPU, ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH .Các khái niệm cơ bản .Khái niệm quá trình. Quan hệ giữa các quá trình .Trạng thái của quá trình.

Sơ đồ không gian trạng thái (SNAIL). Một số khối điều khiển quá trình. Điều phối quá trình. Nguyên tắc chung.

Các trình lập lịch (long term, short term). Các thuật toán lập lịch. First Come First Served (FCFS).Shortest Job First (SJF). Shortest Remain Time (SRT).

Multi Level Queue (MLQ) .Multi Level Queue (MLQ). Multi Level Feedback Queues (MLFQ). Hệ thống ngắt .1 Khái niệm ngắt .Hiện tƣợng bế tắc. Khái niệm bế tắc.

Các biện pháp phòng tránh bế tắc. Phát hiện bế tắc. Xử lý bế tắc. Kết luận chung về phòng tránh bế tắc.

98 Giáo trình : Hệ điều hành Trang 3 Tài liệu lưu hành nội bộ - Biên soạn : Chu Thị Hồng Nhung – Khoa CNTT- Trường Cao đẳng nghề Hà Nam CHƢƠNG 3: HỆ ĐIỀU HÀNH ĐA XỬ LÝ. Hệ điều hành đa xử lý tập trung.1 Hệ thống đa xử lý. Hệ điều hành đa xử lý tập trung. Hệ điều hành đa xử lý phân tán.

Giới thiệu hệ phân tán. Đặc điểm hệ phân tán. 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 109 Giáo trình : Hệ điều hành Trang 4 Tài liệu lưu hành nội bộ - Biên soạn : Chu Thị Hồng Nhung – Khoa CNTT- Trường Cao đẳng nghề Hà Nam GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Nguyên lý hệ điều hành Mã môn học: MH09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa, vai trò môn học: - Vị trí: môn học đƣợc bố trí sau khi sinh viên học xong các môn học chung, trƣớc các môn học, mô đun đào tạo chuyên môn.

- Tính chất: là môn học đào tạo cơ sở. Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: + Hiểu vai trò của hệ điều hành trong hệ thống máy tính. + Biết các giai đoạn phát triển của hệ điều hành. + Hiểu các chức năng và nguyên lý làm việc của hệ điều hành.

+ Hiểu cách giải quyết các vấn đề phát sinh liên quan đến hệ điều hành. - Về kỹ năng: + Tính toán các giá trị tài nguyên theo các mẫu ví dụ tƣơng ứng; + Thuyết trình nhận thức về các thuật toán chia sẻ tài nguyên và điều phối các quá trình trên CPU, giải pháp phòng chống bế tắc và cách phòng tránh bế tắc; + Thao tác thực hành các kỹ năng, xử lý các tình huống với các hệ điều hành cụ thể đƣợc cài đặt. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Có khả năng tiếp nhận, ghi chép và chuyển thông tin theo yêu cầu; + Biết đƣợc yêu cầu, tiêu chuẩn, kết quả đối với các vị trí công việc; + Có khả năng làm việc nhóm, tổ chức, thực hiện các nhiệm vụ và chịu trách nhiệm đối với kết quả công việc của mình. Nội dung của môn học Giáo trình : Hệ điều hành Trang 5 Tài liệu lưu hành nội bộ - Biên soạn : Chu Thị Hồng Nhung – Khoa CNTT- Trường Cao đẳng nghề Hà Nam Thời gian (giờ) Thực hành/ Mã bài Tên chƣơng mục Tổng Lý thí nghiệm/ Kiểm số thuyết thảo luận/ tra* bài tập MH15- Chƣơng 1: Tổng quan về hệ 10 3 7 01 điều hành 1.Khái niệm về hệ điều hành 2.Phân loại hệ điều hành 3.Sơ lƣợc lịch sử phát triển của HĐH MH15- Chƣơng 2: Điều khiển CPU, 25 9 14 2 02 Điều khiển quá trình 1.Các khái niệm cơ bản 2.Trạng thái của quá trình 3.Điều phối quá trình 4.Các thuật toán lập lịch 5.Hệ thống ngắt 6.

Hiện tƣợng bế tắc MH15- Chƣơng 3: Hệ điều hành đa xử 10 3 6 1 03 lý 1.Hệ điều hành đa xử lý tập trung 2.Hệ điều hành đa xử lý phân tán Cộng 45 15 27 3 Giáo trình : Hệ điều hành Trang 6 Tài liệu lưu hành nội bộ - Biên soạn : Chu Thị Hồng Nhung – Khoa CNTT- Trường Cao đẳng nghề Hà Nam CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH Mã chƣơng: MH09-01 Giới thiệu: Nếu không có phần mềm, máy tính chỉ là một thiết bị điện tử thông thƣờng. Với sự hỗ trợ của phần mềm, máy tính có thể lƣu trữ, xử lý thông tin và ngƣời sử dụng có thể gọi lại đƣợc thông tin này. Phần mềm máy tính có thể chia thành nhiều loại: chƣơng trình hệ thống, quản lý sự hoạt động của chính máy tính. Chƣơng trình ứng dụng, giải quyết các vấn đề liên quan đến việc sử dụng và khai thác máy tính của ngƣời sử dụng.

Hệ điều hành thuộc nhóm các chƣơng trình hệ thống và nó là một chƣơng trình hệ thống quan trọng nhất đối với máy tính và cả ngƣời sử dụng. Hệ điều hành điều khiển tất cả các tài nguyên của máy tính và cung cấp một môi trƣờng thuận lợi để các chƣơng trình ứng dụng do ngƣời sử dụng viết ra có thể chạy đƣợc trên máy tính. Trong chƣơng này chúng ta xem xét vai trò của hệ điều hành trong trƣờng hợp này. Một máy tính hiện đại có thể bao gồm: một hoặc nhiều processor, bộ nhớ chính, clocks, đĩa, giao diện mạng, và các thiết bị vào/ra khác.

Tất cả nó tạo thành một hệ thống phức tạp. Để viết các chƣơng trình để theo dõi tất cả các thành phần của máy tính và sử dụng chúng một cách hiệu quả, ngƣời lập trình phải biết processor thực hiện chƣơng trình nhƣ thế nào, bộ nhớ lƣu trữ thông tin nhƣ thế nào, các thiết bị đĩa làm việc (ghi/đọc) nhƣ thế nào, lỗi nào có thể xảy ra khi đọc một block đĩa, … đây là những công việc rất khó khăn và quá khó đối với ngƣời lập trình. Nhƣng rất may cho cả ngƣời lập trình ứng dụng và ngƣời sử dụng là những công việc trên đã đƣợc hệ điều hành hỗ trợ nên họ không cần quan tâm đến nữa. Chƣơng này cho chúng ta một cái nhìn tổng quan về những gì liên quuan đến việc thiết kế cài đặt cũng nhƣ chức năng của hệ điều hành để hệ điều hành đạt đƣợc mục tiêu: Giúp ngƣời sử dụng khai thác máy tính dễ dàng và chƣơng trình của ngƣời sử dụng có thể chạy đƣợc trên máy tính.

Mục Tiêu: Học xong chương này người học có khả năng: - Nắm đƣợc yêu cầu cần có hệ điều hành Giáo trình : Hệ điều hành Trang 7 Tài liệu lưu hành nội bộ - Biên soạn : Chu Thị Hồng Nhung – Khoa CNTT- Trường Cao đẳng nghề Hà Nam - Nắm đƣợc khái niệm hệ điều hành, chức năng, phân loại và các thành phần cơ bản trong hệ điều hành Nội Dung Chính: 1. Khái niệm về hệ điều hành Mục tiêu: - Nắm được yêu cầu cần có hệ điều hành, khái niệm hệ điều hành, chức năng hệ điều hành. Tài nguyên hệ thống Các loại tài nguyên hệ thống khác nhau Tài nguyên hệ thống(System) đƣợc sử dụng bởi cả phần cứng hoặc phần mềm để giao tiếp với nhau. Khi phần mềm muốn gửi dữ liệu đến thiết bị, chẳng hạn nhƣ khi bạn muốn lƣu tệp vào ổ cứng hoặc khi phần cứng cần chú ý, chẳng hạn nhƣ khi chúng ta nhấn một phím trên bàn phím.

Có bốn loại tài nguyên hệ thống mà chúng ta sẽ gặp phải khi vận hành hệ thống, đó là:  Các kênh Truy cập Bộ nhớ Trực tiếp (DMA)  Dòng yêu cầu ngắt (IRQ)  Địa chỉ đầu vào và đầu ra  Địa chỉ bộ nhớ Khi chúng ta nhấn một phím trên bàn phím, bàn phím muốn thông báo cho CPU biết rằng một phím đã đƣợc nhấn nhƣng vì CPU đã bận chạy một số quy trình khác nên bây giờ chúng ta có thể dừng nó cho đến khi nó hoàn thành nhiệm vụ trong tầm tay. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi phải triển khai một thứ gọi là dòng yêu cầu ngắt (IRQ)(interrupt request lines (IRQ)) , nó thực hiện chính xác những gì nghe có vẻ giống nhƣ ngắt CPU và cho CPU biết rằng có một yêu cầu mới xuất hiện từ bàn phím, vì vậy bàn phím đặt một điện áp trên đƣờng IRQ đƣợc chỉ định cho nó.