Please enable JavaScript.

Coggle requires JavaScript to display documents.

Hệ thống máy tính - Coggle Diagram

- - - - vd: DOS
        
        Bộ giám sát chiếm quyền điều khiển -> chuyển quyền cho cv nào đó -> cv hoàn thành thì trả lại quyền điều khiển
        
        Giao tiếp thông qua người điều khiển
    - - Một số cv lưu trong bộ nhớ chính
        
        Nếu cv hiện hành đang chờ thao tác nhập xuất thì CPU thực hiện cv khác
        
        Tận dụng thời gian rảnh rỗi của CPU
        
        Các tính năng của HĐH cần cho cơ chế đa chương
        
        Xuất nhập (I/O) - các hoạt động xuất nhập phải được cung cấp
        bởi hệ thống
        
        Quản lý bộ nhớ - hệ thống phải cấp phát bộ nhớ cho nhiều công
        việc
        
        Định thời cho CPU – hệ thống phải chọn trong số các công việc
        đang sẵn sàng một công việc để giao CPU cho nó sử dụng
        
        Cấp phát các thiết bị
        
        Spool (Simultaneous Peripheral Operation On Line)
    - - CPU chỉ được cung cấp cho công việc nào
        đang nằm trong bộ nhớ
        
        Công việc sẽ được hoán chuyển vào/ra khỏi bộ nhớ từ/đến đĩa
        
        Giao tiếp trực tuyến giữa hệ thống và người dùng
        
        Hệ thống phải luôn sẵng sàng trực tuyến
        
        Dùng các thiết bị đầu cuối (terminal)
  - - - Dành cho một người dùng duy nhất
      - Có thể chạy nhiều họ hệ điều hành khác nhau: Windows,
        MacOS, UNIX, Linux
      - Có thể phỏng theo các kỹ thuật được phát triển cho các hệ
        thống lớn
  - - - Phân phối tính toán cho nhiều bộ xử lý vật lý
      - mỗi bộ xử lý có
        bộ nhớ riêng
      - giao tiếp với bộ xử lý khác thông qua
        nhiều đường giao tiếp khác nhau ví dụ như các bus tốc độ cao hoặc các đường điện thoại
      - lợi ích
        
        Chia sẻ tài nguyên
        
        Tăng tốc độ tính toán – cân bằng tải
        
        An toàn
        
        Truyền thông tin dễ dàng
      - Phát triển từ hệ thống nhóm
      - Liên kết với nhau thông qua đường truyền dữ liệu
        
        LAN
        
        WAN
        
        MAN
      - Có thể là các hệ thống client-server hoặc ngang hàng-peer to-peer
      - Không sử dụng chung bộ nhớ hoặc xung đồng hồ
  - - - Bình đẵng - ngang cấp
    - - Bất bình đãng - chủ-tớ
    - - Tăng năng lực xử lý
      - Tăng tính tin cậy
      - Kinh tế
    - - HT liên kết chặt
      - chia sẻ bộ nhớ và xung đồng hồ; việc giao tiếp diễn
        ra thông qua bộ nhớ được chia sẻ
      - Nhiều hơn một CPU được nối kết
        chặt chẽ với nhau
      - HT song song
  - - - Hai hay nhiều máy tính được nhóm lại với nhau sao cho chúng họat động như một máy tính độc nhất.
      - Hệ thống ghép đôi lỏng
      - chia sẻ thiết bị lưu trữ, cân bằng tải, xử lý song song
      - Ghép chuỗi đối xứng
        
        cả N hosts cùng chạy ứng dụng và chúng kiểm soát lẫn nhau để thay thế công việc cho nhau
      - Ghép chuỗi bất đối xứng
        
        một server chạy ứng dụng trong khi các server khác ở trạng thái chờ (standby); Khi server hoạt động bi lỗi, server chờ sẽ họat động
- - - - Bộ cấp phát tài nguyên
        
        Quản lý và cấp phát tài nguyên
      - Bộ điều khiển
        
        Kiểm soát việc thực thi và hoạt động của các thiết bị nhập xuất
      - Nhân
        
        Chtr hoạt động toàn thời gian
        
        Chtr lõi của hệ điều hành
        
        thực thi trước tiên, tồn tại trong bộ nhớ cho đến khi tắt máy
    - - Loại máy
        
        HĐH dành cho Mainframe
        
        HĐH dành cho Server
        
        HĐH dành cho Multiprocessor
      - Số chương trình được thực hiện cùng lúc
        
        HĐH Đơn nhiệm
        
        MS-DOS
        
        Chỉ chạy 1 chtr duy nhất tại một thời điểm
        
        HĐH Đa nhiệm
        
        Thực hiện nhiều công việc cùng lúc
      - Người dùng
        
        HĐH Ngang hàng
        
        HĐH Có máy chủ
      - Hình thức xử lý
        
        HĐH Xử lý theo lô
        
        HĐH cho ht song song
        
        HĐH Phân tán
        
        HĐH Chia sẻ thời gian
        
        HĐH xử lý thời gian thực
    - - Quản lý quá trình
        
        Quá trình là 1 chtr đang thực thi
        
        Cần các tài nguyên để phục vụ quá trình của nó
        
        Thời gian phục vụ CPU
        
        Bộ nhớ
        
        Tập tin
        
        Thiết bị vào ra
        
        Quá trình đơn luồng
        
        1 chương trình bộ đếm xác định vị trí của lệnh tiếp theo để thực hiện
        
        Các lệnh được thực hiện 1 cách tuần tự 1 cái tại 1 thời điểm cho tới khi hoàn thành
        
        Quá trình đa luồng
        
        1 chương trình bộ đếm cho mỗi luồng
        
        Tại mỗi thời điểm HĐH phải biết chtr đang đến câu lệnh số mấy bằng cách theo dõi và ghi vào thanh ghi thông qua bộ đếm chương trình vị trí của lệnh đang thực thi
        
        Chịu trạch nhiệm thực hiện các hoạt động
        
        Tạo và Hủy quá trình
        
        Ngừng và Tiếp tục quá trình
        
        Đưa ra các cơ chế
        
        Đồng bộ hóa các tiến trình
        
        Giao tiếp giữa các quá tình
        
        Xử lý DeadLock
      - Quản lý bộ nhớ
        
        Quản lý tất cả các dữ liệu trong bộ nhớ trước và sau tiến trình
        
        Các lệnh trong bộ nhớ được thực thi theo trình tự
        
        Quyết định các gì ở trong bộ nhớ và ở khi nào
        
        Tối ưu hóa việc sử dụng CPU và máy tính phản hồi tới người dùng
        
        Chịu trách nhiệm thực hiện các hoạt động
        
        Theo dõi thành phần nào của bộ nhớ đang được sử dụng bởi ai
        
        Quyết định quá trình nào sẽ được nạp vào bộ nhớ khi không gian nhớ còn trống
        
        Cấp phát và thu hồi không gia nhớ khi cần thiết
      - Quản lý tập tin
        
        Tập tin
        
        Tập hợp các thông tin có liên quan tới nhau, được định nghĩa bởi người dùng
        
        Lưu các chtr hoặc dữ liệu trong các thiết bị lưu trữ
        
        Chịu trách nhiệm trong các hoạt động
        
        Tạo và xóa tập tin và thư muc
        
        Hỗ trợ cơ sở để thao tác/ xử lý tập tin và thư mục
        
        Ánh xạ tập tin trên các thiết bị lưu trữ thứ cấp
        
        Sao chép phòng hờ các tập tin lên các phương tiện lưu trữ ổn định (không bay hơi)
      - Quản lý hệ thống xuất nhập
        
        Quản lý bộ nhớ của nhập xuất bao gồm
        
        Hệ thống lưu trữ đệm ( cache, buffering, spolling)
        
        Giao diện điều khiển tổng quát
        
        Trình điều khiển thiết bị cho các thiết bị cụ thể
        
        Giao tiếp với các thành phần khác của hệ thống, quản lý thiết bị, chuyền tải dữ liệu, phát hiện một hoàn thành nhập xuất.
      - Quản lý bộ nhớ thứ cấp
        
        Bộ nhớ chính bị bay hơi và quá nhỏ để chứa tất cả dữ liệu và lâu dài
        
        dùng thiết bị lưu trữ thứ cấp để hỗ trợ
        
        Hầu hết sử dụng đĩa từ
        
        Bộ quản lý đĩa chịu trách nhiệm
        
        Quản lý không gian còn trống
        
        Cấp phát không gian lưu trữ
        
        Định thời sử dụng đĩa
      - Nối mạng
        
        Các hệ thống phân tán
        
        Các bộ xử lý trong hệ thống được kết nối thông qua một mạng truyền thống
        
        Giao tiếp được thực hiện thông qua các giao thức: FTP, NFS, http,...
        
        Truy cập nhiều loại tài nguyên khác nhau
        
        Truy cập đến các tài nguyên chia sẽ giúp
        
        Tăng tốc độ tính toán
        
        tăng mức độ sẵng sàng dùng của dữ liệu
        
        Tăng độ tin cậy
      - Hệ thống bảo vệ
        
        Cơ chế điều khiển việc truy cập của các quá trình hoặc người dùng đến tài nguyên định nghĩa bởi HĐH
        
        Sự bảo vệ của hệ thống chống lại các tấn công nội nhập và ngoại nhập
        
        Phân biệt giữa những người dùng ai có thể làm gì
        
        Cơ chế bảo vệ phải
        
        Phân biệt được việc truy cập có thẩm quyền hay không
        
        Xác định những quyền điều khiển được áp đặt
        
        cung cấp phương tiện để bảo vệ an ninh
      - Giao diện người dùng
        
        Thông dịch lệnh
        
        Cho phép nhận lệnh trực tiếp. Tại mỗi thời điểm nhạn một mã lệnh. Triển khai trong nhân hoặc bởi chtr hệ thống. Shell ( unix)
        
        Môi trường nền Desktop
        
        Giao diện người dùng đồ họa GUI
        
        Xem thêm
    - - 1945 - 1955
        
        Chưa có hệ điều hành
      - 1956 - 1965
        
        Hệ thống xử lý theo lô - Batch
      - 1966 1980
        
        HTXL Đa chương
        
        Nạp và chạy nhiều chtr tại 1 thời điểm
        
        Ưu tiên cho 1 qtr khi quá tình đó không cần mới cấp cho cái khác -> cấp phát không công bằng
        
        Tổ chức các công việc để cho CPU luôn có cv để thực thi
        
        Một cv được chọn và thực thi dựa trên thời biểu công việc
        
        Khi phải đợi thì HDH sẽ chuyển sang cv khác
        
        HTXL Đa nhiệm
        
        Phổ biến hiện đại nhất
        
        Cấp phát CPU cho các chtr -> chia thời gian luân phiên phục vụ các chtr khác nhau -> cấp phát công bằng
        
        Thời gian phản hồi cần < 1 second
        
        Luôn có 1 chtr được thực thi trong bộ nhớ -> tiến trình
        
        Bộ nhớ ảo cho phép tiến trình thực thi không hoàn tất trong bộ nhớ
        
        Lập lịch biểu CPU khi có nhìu cv sẵng sàng cùng thời điểm
      - 1981 -2004
        
        HT Đa xử lý
        
        HT Phân tán
        
        HTXL Thời gian thực
        
        HT Nhúng
    - - Chế độ
        
        Người dùng
        
        Chỉ thực hiện các lệnh thông thường trong hệ thống CPU
        
        Nhân/Kernel
        
        Xâm nhập sâu hệ thống máy tính, sửa đổi dữ liệu, lệnh đặc quyền
        
        Sử dụng 2 chế độ để cho phép HĐH bảo vệ chính nó và các thành phần hệ thống khác
        
        Chế đội thay đổi thông qua bộ đếm thời gian
        
        Ngăn vòng lặp vô hạn hoặc tiến trình chiếm dụng tài nguyên
        
        Bộ đếm giảm dần về 0 thì tạo ngắt
        
        Trước khi lấy lại quyền kiểm soát thì trả lại chế độ trước ( trả về cđ người dùng bit=1 rồi mới trả về )
      - Ngắt điều hướng - bởi phần cứng
      - Lỗi phần mềm hoặc các yêu cầu tạo ra nhắt mềm (trap/exception)
    - - Giao diện người dùng
        
        Command Line, Batch interface, GUI
      - Thực thi chương trình
        
        Nạp chtr vào bộ nhớ và chạy nó
      - Thao tác vào ra
        
        Chtr yêu cầu vào ra -> HĐH cung cấp phương tiện -> có thể gồm tập tin hoặc thiết bị vào ra
      - Thao tác hệ thống tập tin
        
        Cung cấp khả năng đọc, ghi, tạo và xóa tập tin, tìm kiếm, liệt kê thông tin, quyền quản lý
      - Giao tiếp
        
        Trao đôi thông tin giữa các quá trình trên cùng một máy
        
        Nhiều máy -> kết nối thông qua mạng
        
        Thông qua phương thức: Bộ nhớ dùng chung/chia sẽ hoặc Truyền thông điệp
      - Phát hiện lỗi
        
        Đảm bảo tính chính xác bằng cách phát hiện lỗi phát sinh tại CPU và bộ nhớ, tại thiết bị vào ra hoặc tại chtr người dùng
      - Chức năng khác đảm bảo cho hoạt động hiệu quả của hệ thống
        
        Cấp phát tài nguyên
        
        Cho nhiều người dùng hoặc nhiều công việc đang chạy song song
        
        Tính chi phí
        
        Theo dõi, ghi lại người dùng nào sử dụng bao nhiêu và loại tài nguyên gì của hệ thống. Cơ sở thống kê sử dụng
        
        Bảo vệ
        
        Đảm bảo tất cả các truy cập điều được kiểm soát
    - - Tồn tại dưới dạng các chỉ thị dạng ngôn ngữ assambler. Ngôn ngữ cấp cao
      - Giao diện chương trình ứng dụng API
        
        Win32/Win64 API
        
        cho họ windows
        
        POSIX API
        
        UNIX, LINUX, MAX OS X
        
        JAVA API
        
        Máy ảo JAVA JVM, tất cả các họ hđh
        
        Lời gọi hệ thống thông qua tên lệnh tường minh dễ hiểu
        
        Được sử dụng nhiều hơn do đơn giản, khi viết chương trình hi vọng chạy được trên tất cả các họ hđh
      - một số liên kết với mỗi lời gọi hệ thống được lưu trong bảng chỉ mục theo các số trên
      - Người gọi k cần biết lời gọi hệ thống được triển khai như nào chỉ cần tuân theo API và biết HĐH sẽ làm và trả về kết quả lời gọi. Các chi tiết của giao diện HĐH ẩn bởi lập trình viên của API
      - Chuyển tham số giữa chtr và HĐH
        
        3 phương thức
        
        Truyền vào thanh ghi
        
        Một số trường hợp có thể có nhiều tham số hơn số lượng thanh ghi
        
        Tham số được lưu trong một khối hoặc bảng trong bộ nhớ. địa chỉ của khối/ bảng được chuyển như tham số và thanh ghi
        
        Chương trình push tham số vào trong stack và lấy ra bằng cách pop ra khỏi stack bởi HĐH
        
        khối/stack phương pháp không giới hạn số lượng hoặc chiều dài của tham số được truyền
      - Các dạng của lời gọi hệ thống
        
        Điều khiển quá trình
        
        end - chấm dứt bt; abort - chấm dứt bất thường
        
        Tải, thực thi
        
        Tạo, chấm dứt tiến trình
        
        Nhận và tạo thuộc tính tiến trình
        
        Chờ, tín hiệu sự kiện
        
        Phân bổ và giải phóng bộ nhớ
        
        Quản lý file
        
        Tạo, xóa file
        
        Mở, đóng file
        
        đọc, viết, đặt lại vị trí
        
        nhận, đặt thuộc tính file
        
        Quản lý thiết bị
        
        yêu cầu, giải phóng thiết bị
        
        đọc, viết, tái định vị
        
        nhận, đặt thuộc tính thiết bị
        
        gắn kết hoặc xóa gắn kết 1 cách hợp lý
        
        Duy trì thông tin trạng thái
        
        nhận, đặt time or date của ht
        
        get, set dữ liệu hệ thống
        
        get, set thuộc tính của quá trình, file, thiết bị
        
        Giao tiếp
        
        Tạo, xóa môi trường kết nối giao tiếp
        
        Gửi nhận thông điệp giữa các quá trình
        
        chuyển đổi trạng thái thông tin của các thiết bị liên quan
        
        gắn kết, xóa gắn kết các thiết bị điều khiển từ xa
    - - Hầu hết người dùng nhìn hệ điều hành thông qua chtr hệ thống, không thông qua lời gọi hệ thống
        
        Cung cấp mỗi trường thuận tiện cho việc phát triển và thực thi chtr
      - Thao tác tập tin
      - Trạng thái thông tin
      - Điều chỉnh tập tin
      - Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình
      - Nạp và thực thi chtr
      - Giao tiếp giữa các quá trình, người dùng, máy tính
    - - Phân tầng
        
        HĐH chia thành các tầng/lớp, mỗi tầng xây dựng trên nền tảng tầng thấp hơn. Tầng dưới cùng là phần cứng. Tầng trên cùng là giao diện người dùng. Mỗi tầng được sử dụng chức năng và dịch vụ của tầng thấp hơn
        
        Thuận lợi
        
        Tính module -> dễ thiết kế, cài đặt, cải tiến, bảo hành - từng tầng k ảng hưởng đến tầng khác
        
        Khó khăn
        
        Khó xác định số lượng tần với mỗi HĐH và chức năng - nv của mỗi tầng. Giao tiếp không trực tiếp mà phải thông qua các tầng trung gian
      - Vi nhân
        
        Di chuyển nhiều chức năng lên mức người dùng chỉ giữ lại phần chính yếu: quản lý quá trình, bộ nhớ, giao tiếp giữa các quá trình -> nhân nhỏ hơn -> ít tốn bộ nhớ khi nạp
        
        Khó khăn
        
        Chi phí hiệu suất của không gian người dùng tới không gian giao tiếp nhân
        
        Thuận lợi
        
        Dễ dàng mở rộng HĐH như các dịch vụ mới, đưa vào không gian người dùng. Dễ dàng chuyển đôi HĐH sang kiến trúc mới do nhân nhỏ hơn. Tin cậy và an toàn do ít mã lệnh chạy ở nhân
        
        Chuyển thông điệp gián tiếp thông qua nhân -> khuyết điểm về mặt hiệu xuất
        
        2 ấn bản của UNIX theo cấu trúc vi nhân: Mach và FreeBSD
      - Máy ảo
        
        Sử dụng mô hình phân tầng. xem phần cứng và nhân HĐH đều là phần cứng. Cung cấp giao diện đồng nhất cho phần cứng cơ bản bên dưới.
        
        HĐH chủ tạo ảo giác nhiều quá trình, mỗi cái sử dụng phần CPU và bộ nhớ ảo của nó giống như hệ thống truyền thống
        
        Ưu nhược điểm
        
        Cơ chế bảo vệ tuyệt đối các tài nguyên hệ thống -> các máy ảo tách biệt khỏi nhau -> k chia sẽ tài nguyên trực tiếp
        
        hoàn hảo dể nghiên cứu, kiểm thử, phát triển phần mềm ,hđh
        
        Khó cài đặt do yêu cầu đặt ra là phải cung cấp bản soa chính xác phần cứng của máy thật
        
        Tương tự mã hõa/zone mang đến hệ thống tương tự nhưng k giống phần cứng khác với máy ảo: được sử dụng cho người chuyên nghiệp để tiết kiệm tài nguyên. phải điều chỉnh, không cho toàn bộ đặc tính
      - Module
        
        Tiên tiến nhất. triển khai các mô Module kernel loadable
        
        Tận dụng ưu và giải quyết khuyết điểm của vi nhân và phân tầng
        
        Theo hướng đối tượng. Chỉ nạp phần cốt lõi. các module bổ xung k nạp từ ban đầu -> chỉ nạp khi cần thiết
        
        Giao tiếp trực tiếp thông qua các giao diện/cổng đã định nghĩa trước
- - - - Tải hđh Kernel và bắt đầu thực thi
      - Một số ht trình tải bootstrap đơn giản sẽ tim và nạp chtr phức tạp hơn từ đĩa, sau đó tải Kernel
- - - - Đảm bảo các tác vụ tới hạn phải hoàn thành đúng giờ → các trì hoãn phải bị hạn chế.
      - Hạn chế hoặc không dùng các thiết bị lưu trữ thứ cấp, dữ liệu được trữ trong bộ nhớ ngắn kỳ (short-term) hoặc ROM
      - Mâu thuẫn với các hệ thống chia thời gian → không được hỗ trợ bởi các hệ điều hành đa năng
    - - Tác vụ thời thực tới hạn có độ ưu tiên hơn và được duy trì cho đến khi hoàn thành
      - Có thể được dùng trong các hệ điều hành đa năng
      - Không hỗ trợ tốt cho thời điểm tới hạn → dễ rủi ro → ít được dùng trong điều khiển công nghiệp hoặc robotics
      - Hữu dụng trong các ứng dụng yêu cầu các tính năng cao cấp của hệ điều hành (đa phương tiện, thực tại ảo).
  - - - Bộ nhớ giới hạn
      - Các bộ xử lý chậm
      - Màn hình nhỏ
      - Giảm chức năng của hđh
      - hạn chế nhập xuất
- - - - Bộ nhớ chính
        
        Các ô nhớ RAM điều được đánh địa chỉ -> CPU có thể truy cập trực tiếp
        
        Truy cập ngẫu nhiên , thường biến động
      - Bộ nhớ thứ cấp
        
        Mở rộng của bộ nhớ chính, cung cấp dung lượng lưu trữ lớn, không biến đổi
      - Đĩa từ
        
        Đĩa kim loại/đĩa từ phủ bở lớp vật liệu từ tính
        
        Bề mặt chia thành các Track, mỗi Track chia thành mỗi Sector
        
        Bộ điều khiển đĩa quyết định sự tương tác hợp lý giữa thiết bị và máy tính
      - Phân cấp
        
        Tổ chức theo thứ bậc
        
        Tốc độ
        
        Giá thành
        
        Biến động
        
        thanh ghi, cache, bộ nhớ chính -> Bay hơi
        
        Bộ nhớ đệm
        
        sao chép thông tin vào hệ thống lưu trữ nhanh hơn; bộ nhớ chính thành cache cho bộ nhớ thứ cấp
        
        Sử dụng cho nhiều cấp khác nhau
        
        Tăng tốc độ xử lý 1 cách tạm thời
        
        Bộ nhớ nhanh hơn ( cache) được kiểm tra trước để quyết định thông tin có đó hay k
        
        Nếu có thì truy cập trực tiếp
        
        Nếu không thì dữ liệu sẽ được sao chép vào cache và sử dụng
        
        Cache(bộ đệm) nhỏ nhơn so với bộ nhớ mà là bộ đệm
    - - Cấu trúc
        
        CPU bắt đầu vận hành nhập/xuất bằng cách tải các thanh ghi tích hợp bên trong bộ điều khiển thiết bị
        
        Bộ điều khiển thiết bị xác định hành động nào cần thực hiện bằng cách kiểm tra các thanh ghi này
        
        I/O không đồng bộ
        
        Sau khi I/O khỏi động điều khiển sẽ quay lại chtr người dùng mà không cần đợi hoàn thành I/O
        
        TIến trình vận hành song song với việc nhập xuất. Không cần chờ hoàn tát mà thực hiện lệnh kế
        
        Lời gọi hệ thống
        
        Bảng trạng thái thiết bị
        
        I/O đồng bộ
        
        Sau khi I/O khỏi động điều khiển chỉ quay lại chtr khi người dùng hoàn thành I/O
        
        Tối đa 1 yêu cầu I/O được xử lý, chờ nhập xuất xong rồi -> nhận kết quả rồi mới chạy tiếp
    - - Là bộ não của máy tính - điều khiển tất cả các chức năng của ht máy tính
- - - - CPU di chuyển dữ liệu từ/tới bộ nhớ chính tới/từ các bộ đệm cục bộ
    - - Ngắt
        
        Cứng
        
        Từ các thiết bị nhập xuất
        
        Mềm
        
        Từ các Chtr phần mềm
        
        Tạo bởi error hoặc yêu cầu người dùng
        
        trap/exception
        
        Các ngắt được quản lý thông qua bảng vector ngắt
        
        Hệ thống phải lưu lại địa chỉ của lệnh ngắt
        
        Khi 1 ngắt đang được thực thi, các ngắt khác đến sẽ bị vô hiệu hoán -> ngăn ngắt mất
        
        HĐH là ngắt điều hướng
        
        Xử lý ngắt
        
        Xác định loại ngắt xảy ra
        
        Polling
        
        Vector interupt system
        
        2 cách
        
        FLIH
        
        SLIH