1 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ NGOẠI NGỮ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: HỆ ĐIỀU HÀNH NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA VÀ LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-.,năm 2018 2 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. 3 LỜI GIỚI THIỆU Trong hệ thống kiến thức chuyên ngành trang bị cho sinh viên nghề Kỹ thuật sửa chữa và lắp ráp máy tính, môn học Hệ điều hành góp phần cung cấp những nội dung liên quan đến việc mô tả các phƣơng pháp giải quyết các bài toán điều khiển hoạt động của hệ thống máy tính. Các nội dung chính đƣợc trình bày trong tài liệu này gồm các chƣơng: - Giới thiệu chung về hệ điều hành - Điều khiển dữ liệu - Điều khiển bộ nhớ - Điều khiển CPU và Tiến trình - Hệ điều hành đa xử lý Mặc dù có rất nhiều cố gắng, nhƣng không tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của độc giả để giáo trình đƣợc hoàn thiện hơn.
năm 2019 Tham gia biên soạn Nguyễn Thị Thanh 4 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 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. Hệ điều hành đơn chƣơng trình. Hệ điều hành đa chƣơng trình.
Hệ điều hành thời gian thực .Tính chất cơ bản của hệ điều hành. Tổng quát theo thời gian .Phân lớp các chƣơng trình trong thành phần điều khiển .Chức năng cơ bản của hệ điều hành. Quản lý tiến trình. Quản lý bộ nhớ chính.
Quản lý bộ nhớ phụ. Quản lý hệ thống vào/ ra. Quản lý hệ thống tập tin. Hệ thống bảo vệ.
Hệ thống thông dịch lệnh. Nhân của hệ điều hành, tải hệ điều hành.Sơ lƣợc lịch sử phát triển của HĐH. 21 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP. 22 CHƢƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN DỮ LIỆU.
Các phƣơng pháp tổ chức và truy nhập dữ liệu. Các phƣơng pháp tổ chức dữ liệu. Các phƣơng pháp truy nhập dữ liệu .Chức năng của hệ thống điều khiển dữ liệu .Bản ghi và khối. Bản ghi logic và bản ghi vật lý.
Bản ghi lôgic và bản ghi vật lý. Bản ghi theo tổ chức của File: có ba dạng tổ chức bản ghi lôgic. Kết khối và tách khối. Điều khiển buffer.
Vai trò của buffer. 30 Sử dụng buffers. Buffer theo khẳng định. Buffer theo đòi hỏi.
Điều khiển buffer (vào ra dữ liệu). Buffer trao đổi. Buffer theo đòi hỏi. Một số ví dụ trong điều khiển Buffer.
Quy trình điều khiển chung vào ra. Các khối điều khiển dữ liệu. Ví dụ về sơ đồ chung điều khiển vào ra trong hệ điều hành. Tổ chức lƣu trữ dữ liệu trên bộ nhớ ngoài.
Các khái niệm cơ bản. Các phƣơng pháp quản lý không gian tự do. 35 b) Danh sách liên kết. Các phƣơng pháp cấp phát không gian tự do.
37 a) Cấp phát kề. 37 b) Cấp phát liên kết. 38 c) Cấp phát đƣợc lập chỉ mục. Lập lịch cho đĩa.
41 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP. 41 CHƢƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BỘ NHỚ. Quản lý và bảo vệ bộ nhớ. Một số khái niệm liên quan đến bộ nhớ.
Quản lý phân phối bộ nhớ. Vấn đề bảo vệ bộ nhớ. Điều khiển bộ nhớ liên tục theo đa bài toán. Chiến lƣợc giới hạn tĩnh (cận cố định).
Chiến lƣợc giới hạn động (cận thay đổi). Cách thức Overlay và swapping. 48 a) Cách thức OVERLAY. 48 b) Cách thức swapping.
Các phƣơng thức phân phối vùng nhớ (first fit, best fit, worst fit). Điều khiển bộ nhớ gián đoạn. Tổ chức gián đoạn. Kết hợp phân đoạn và phân trang.
60 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP. 61 CHƢƠNG 4: 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 Feedback Queues (MLFQ). Hệ thống ngắt.
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. 76 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP.
77 CHƢƠNG 5: 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. 82 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP. 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
84 7 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: HỆ ĐIỀU HÀNH Mã môn học: MH13 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của 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 nghề - Tính chất: Là môn học cơ sở. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Đây là môn học cơ sở ngành của các ngành liên quan đến công nghệ thông tin, cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về hệ điều hành để làm nền tản cho việc lập trình giải quyết các vấn đề cần thiết, tối ƣu hóa hệ thống máy tính. Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: Hiểu và trình bày đƣợc vai trò và chức năng của hệ điều hành trong hệ thống máy tính; Trình bày đƣợc các giai đoạn phát triển của hệ điều hành; Trình bày đƣợc các nguyên lý thiết kế, thực hiện của hệ điều hành; - Về kỹ năng: Sử dụng đƣợc hệ điều hành. Giải quyết đƣợc các vấn đề phát sinh trong hệ điều hành.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Bố trí làm việc khoa học đảm bảo an toàn cho ngƣời và phƣơng tiện học tập. 8 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÀNH Mã chƣơng: MH13 – 01 Giới thiệu: Hệ điều hành là một phần mềm chạy trên máy tính và các thiết bị di động, dùng để điều hành, quản lý các thiết bị phần cứng và các tài nguyên phần mềm trên máy tính, và các thiết bị di động. Hệ điều hành đóng vai trò trung gian trong việc giao tiếp giữa ngƣời sử dụng và phần cứng máy tính, cung cấp một môi trƣờng cho phép ngƣời sử dụng phát triển và thực hiện các ứng dụng của họ một cách dễ dàng. Mục tiêu: - Nắm đƣợc yêu cầu cần có hệ điều hành; - Nắm đƣợc khái niệm hệ điều hành, chức năng, phân loại và các thành phần cơ bản trong hệ điều hành; - Thực hiện các thao tác an toàn với máy tính.Khái niệm về hệ điều hành Mục tiêu: - Nắm đƣợc yêu cầu cần có hệ điều hành; - Nắm đƣợc khái niệm hệ điều hành.Tài nguyên hệ thống Tài nguyên của một trung tâm máy tính đƣợc tổng hợp từ ba thành tố, đó là tài nguyên về phần cứng, tài nguyên về phần mềm và tài nguyên về nguồn nhân lực của trung tâm máy tính đó.
Trong các tài liệu giới thiệu về một trung tâm máy tính bất kỳ, các số liệu thống kê về phần cứng (số lƣợng và chủng loại máy tính, hệ thống thiết bị ngoại vi, khả năng liên kết với môi trƣờng ngoài v.v…) luôn là những yếu tố đƣợc quan tâm sớm nhất và là thành tố dễ nhận biết nhất về sức mạnh của trung tâm máy tính đó. Tài nguyên về phần mềm cũng đƣợc chú ý thông qua các thông tin về hệ điều hành đƣợc sử dụng, về các phần mềm ứng dụng đã có tại cơ sở tính toán đó. Hiện nay, tại những trung tâm tính toán mạnh, giá trị (tính theo tiền) thực sự của tài nguyên phần mềm lại cao hơn và vƣợt trội nhiều so với giá trị của tài nguyên phần cứng. Tài nguyên về nguồn nhân lực cũng đƣợc chú ý, tuy rằng trong một số trƣờng hợp, thành tố này lại khó nhận biết và khó đánh giá hơn so hai loại tài nguyên đã nói ở trên.
Năng lực về nguồn nhân lực trong hệ thống nhằm đảm bảo việc thực hiện chức năng bảo trì, phục vụ và phát triển hệ thống (kỹ sƣ hệ thống, kỹ thuật viên, thao tác viên v.v…) thực sự lại đánh giá hơn rất nhiều so với phần cứng và phần mềm. Tuy nhiên, trong giáo trình này, chúng ta hạn chế trong một phạm vi tiếp cận là mọi công việc của hệ điều hành bắt đầu từ hệ thống phần cứng có sẵn và hệ điều hành cần phải hoạt động nhằm phát huy cao nhất năng lực của hệ thống phần cứng đó và vì vậy chúng ta chỉ đề cập đến tài nguyên về phần cứng (có thể 9 kể tới một phần về tài nguyên phần mềm) và định hƣớng tới vấn đề phát huy hiệu quả khai thác các tài nguyên đó. Để định hƣớng tới mục tiêu phát huy hiệu quả các thành phần trong tài nguyên phần cứng, cần xem xét một số đặc trƣng cơ bản và đánh giá giá trị của mỗi thành phần trong hệ thống phần cứng, hƣớng tới mục đích đƣa ra đƣợc các chiến lƣợc ƣu tiên thích đáng (hoặc khả dụng) đối với mỗi thành phần khi xây dựng hệ thống các chƣơng trình điều khiển sự hoạt động của máy tính. Theo cách tiếp cận của hệ điều hành, các tài nguyên điển hình thuộc phần cứng bao gồm: thiết bị xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ trong, và hệ thống vào – ra (kênh, thiết bị điều khiển thiết bị vào ra và thiết bị vào ra, bộ nhớ ngoài v.
CPU và bộ nhớ trong thuộc và khu vực trung tâm còn hệ thống vào – ra thƣờng đƣợc xếp vào khu vực ngoại vi của hệ thống máy tính. Trong các thiết bị nói trên, đáng chú ý nhất phải kể đến là CPU và bộ nhớ trong. Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit-CPU) Trƣớc hết chúng ta xem xét về các đặc trƣng liên quan đến CPU.