Giáo trình Hệ điều hành - Chương 1: Giới thiệu về hệ điều hành

HỆ ĐIỀU HÀNH

Chương 1

GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH

1. Giới thiệu

1.1. Khái niệm hệ điều hành

Hệ điều hành là một chương trình quản lý phần cứng của máy tính.

Nó cũng cung cấp cơ sở cho các chương trình ứng dụng hoạt động và làm

việc như thành phần trung gian giữa người sử dụng với phần cứng máy

tính.

Hệ điều hành là một phần quan trọng của hầu hết các hệ thống

máy tính. Một hệ thống máy tính có thể chia thành 4 thành phần: phần

cứng, hệ điều hành, các chương trình ứng dụng và người sử dụng.

Phần cứng bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ và các thiết

bị vào ra - cung cấp các tài nguyên tính toán cơ bản. Các chương trình

ứng dụng như bộ xử lý từ, bảng tính, trình duyệt web - định nghĩa cách

mà tài nguyên sẽ được xử lý để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng. Hệ

điều hành điều khiển và phối hợp sử dụng phần cứng máy tính giữa các

chương trình ứng dụng khác nhau cho mỗi người sử dụng khác nhau.

Các thành phần của hệ thống máy tính là phần cứng, phần mềm,

dữ liệu. Hệ điều hành cung cấp phương thức để sử dụng một cách đúng

đắn, hợp lý các tài nguyên đó trong quá trình điều hành hệ thống. Hệ

điều hành cũng tương tự như một chính phủ. Nó không tự mình làm mọi

việc mà chỉ đơn giản là tạo ra môi trường để các chương trình ứng dụng

khác làm việc một cách có hiệu quả. Ta có thể khảo sát hệ điều hành theo

hai quan điểm: theo cách nhìn từ phía người sử dụng và theo quan điểm

hệ thống.

Theo quan điểm của người sử dụng: Hầu hết người sử dụng đều

ngồi trước một máy tính cá nhân bao gồm một màn hình, bàn phím, chuột

và bộ xử lý trung tâm. Trong trường hợp này, hệ điều hành được thiết kế

chủ yếu sao cho dễ sử dụng. Một số người dùng sử dụng các thiết bị đầu

cuối để kết nối tới các máy tính lớn (mainframe) hoặc máy tính nhỏ

Phạm Ngọc Hưng

1

Giới thiệu về hệ điều hành

(minicomputer), cùng chia sẻ tài nguyên và trao đổi dữ liệu thì hệ điều

hành được thiết kế sao cho khai thác được tối đa tài nguyên, đạt hiệu quả

cao nhất.

Theo quan điểm hệ thống, hệ điều hành là công cụ phân phối tài

nguyên. Một hệ thống máy tính có nhiều tài nguyên như: thời gian CPU,

bộ nhớ, thiết bị lưu trữ ngoài, thiết bị vào ra,... Hệ điều hành đóng vai trò

quản lý, phân phối các tài nguyên đó sao cho chúng được sử dụng một

cách hợp lý, tránh được các tranh chấp, ngăn ngừa các lỗi phát sinh.

Tóm lại, chúng ta chưa có một định nghĩa hoàn chỉnh về hệ điều

hành mà chỉ có thể định nghĩa hệ điều hành một cách tương đối theo các

quan điểm khác nhau. Lý do tồn tại của hệ điều hành là vì đó là cách để

giải quyết các vấn đề phát sinh để hệ thống máy tính trở nên hữu dụng.

Mục tiêu cơ bản của hệ điều hành là thực thi các chương trình của người

dùng và giúp người dùng giải quyết các vấn một cách dễ dàng hơn.

Các mục tiêu của hệ điều hành: Mục tiêu chính của một số hệ điều

hành là sự thuận tiện cho người sử dụng. Hệ điều hành tồn tại là vì nó hỗ

trợ cho việc tính toán được tiến hành dễ dàng hơn. Đây là cách nhìn từ

các hệ thống máy tính PCs nhỏ. Mục tiêu chính của một số hệ điều hành

khác lại là sự điều hành một cách hiệu quả hệ thống máy tính. Đây là các

hệ điều hành thiết kế cho các hệ thống lớn, chia sẻ tài nguyên và nhiều

người dùng.

1.2. Các hệ thống máy tính lớn

Các hệ thống Mainframe là các hệ thống máy tính đầu tiên được sử

dụng để giải quyết nhiều bài toán kinh tế, khoa học kỹ thuật.

1.2.1. Hệ thống xử lý gói

Đây là những hệ thống ra đời sớm, chúng có kích thước khổng lồ

và được điều khiển từ một bàn giao tiếp người máy (console). Thiết bị vào

cơ bản là các đầu đọc thẻ và ổ băng từ. Đầu ra là các máy in dòng, ổ

băng từ và thẻ đục lỗ. Người sử dụng không tương tác trực tiếp với hệ

thống máy tính. Người dùng chuẩn bị các chương trình, các nhiệm vụ và

chuyển đến người điều hành để nạp vào hệ thống qua băng đục lỗ.

2

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

Hệ điều hành cho các thế hệ máy này cũng thực sự đơn giản.

Nhiệm vụ chủ yếu của nó là chuyển đổi các điều khiển một cách tự động

từ công việc này đến công việc kế tiếp. Hệ điều hành luôn luôn thường

trực trong bộ nhớ.

Để tăng tốc độ xử lý, người điều hành thường gom các công việc

giống nhau thành nhóm và chạy nó một lượt.

Trong môi trường tính toán này, CPU thường nhàn rỗi, bởi vì tốc độ

nhập xuất chậm hơn rất nhiều so với tốc độ xử lý của CPU. Ngay cả với

một CPU chậm nó cũng xử lý khoảng thời gian mini giây (hàng nghìn lệnh

được thực hiện trong một giây), trong khi đó, một máy đọc thẻ nhanh

cũng chỉ có thể đọc được 1200 thẻ mỗi phút.

1.2.2. Hệ thống đa chương trình

Trong thực tế, nhìn chung một người dùng không thể làm cho bộ

xử lý và các thiết bị vào ra làm việc một cách liên tục được. Để khỏi lãng

phí tài nguyên của hệ thống (thời gian của CPU, thiết bị nhập xuất) ta cần

phải sắp xếp sao cho CPU và các thiết bị nhập xuất luôn luôn làm việc. Đa

chương trình là một giải pháp giúp gia tăng hiệu quả làm việc của máy

tính bằng cách tổ chức các công việc một cách hợp lý để CPU luôn luôn có

một chương trình thực hiện.

Hệ điều hành lưu trữ cùng lúc nhiều chương trình trong bộ nhớ sau

đó lần lượt thực hiện từng công việc. Trong khi một công việc được xử lý

thì công việc khác tạm chờ đến phiên mình. Trong quá trình thực hiện,

một công việc có thể tạm dừng để chờ một tác vụ vào ra nào đó được

hoàn tất, với các hệ thống không đa chương trình thì khoảng thời gian này

CPU sẽ ở trạng thái nhàn rỗi (lãng phí khả năng làm việc của CPU). Với hệ

thống đa chương trình, lúc này CPU có thể chuyển sang thực hiện một

nhiệm vụ khác, điều đó giúp khai thác tối đa khả năng của CPU hơn.

Hoạt động trong chế độ đa chương trình sẽ đặt ra cho hệ điều

hành nhiều vấn đề cần phải xử lý như nạp tất cả các chương trình vào bộ

nhớ hay phối hợp sử dụng đĩa và bộ nhớ. Khi có nhiều chương trình cùng

đồng thời tồn tại trong bộ nhớ thì chọn chương trình nào thực hiện. Tổ

chức quản lý bộ nhớ sao cho các chương trình cùng tồn tại trong bộ nhớ

Phạm Ngọc Hưng

3

Giới thiệu về hệ điều hành

không làm ảnh hưởng lẫn nhau... các vấn đề này sẽ được phân tích kỹ ở

các chương tiếp theo.

1.2.3. Hệ thống chia sẻ thời gian

Hệ thống đa chương trình, xử lý gói cung cấp một môi trường mà

các tài nguyên như CPU, bộ nhớ, thiết bị ngoại vi được khai thác một cách

hiệu quả nhưng lại không hỗ trợ cho người dùng tương tác với hệ thống

máy tính. Chia sẻ thời gian (hay đa nhiệm) là một sự mở rộng của đa

chương trình, ở đó CPU sẽ thực hiện nhiều nhiệm vụ cùng lúc bằng cách

chuyển đổi qua lại giữa các chúng. Trong quá trình chuyển đổi thực hiện

giữa các nhiệm vụ, người dùng có thể tương tác với từng chương trình

trong khi nó đang chạy.

Một hệ thống máy tính tương tác sẽ cung cấp khả năng trao đổi

trực tiếp giữa người dùng và hệ thống. Người dùng có thể trực tiếp ra các

chỉ thị để điều hành hệ thống hoặc các chương trình bằng cách sử dụng

bàn phím hay chuột và chờ kết qủa trả lại.

Một hệ thống chia sẻ thời gian cho phép nhiều người dùng cùng

chia sẻ một máy tính đồng thời. Trong hệ thống chia sẻ thời gian, các câu

lệnh thường ngắn, chiếm ít thời gian của CPU. Hệ thống chuyển đổi qua

lại một cách nhanh chóng giữa những người dùng khác nhau để luân

phiên phục vụ. Với mỗi người dùng, dường như họ được sở hữu riêng một

CPU, mọi yêu cầu đều được đáp ứng.

Một hệ điều hành chia sẻ thời gian sẽ sử dụng đa chương trình và

sự lập lịch cho CPU để cung cấp cho mỗi người dùng một khoảng thời gian

nhỏ trong thời gian được chia sẻ của máy tính. Mỗi người dùng có ít nhất

một chương trình trong bộ nhớ. Một chương trình được nạp vào bộ nhớ và

đang trong quá trình thực hiện được gọi là một tiến trình (process). Khi

một tiến trình thực hiện, nó thường chỉ thực thi trong một thời gian ngắn

rồi sẽ kết thúc hoặc chờ đợi tác vụ vào ra được hoàn tất. Tác vụ vào ra có

thể là một sự tương tác, khi đó có thể dữ liệu đang được hiển thị ra màn

hình hoặc đang đợi người dùng nhập dữ liệu vào từ bàn phím hay chuột.

Tác vụ vào ra thường chiếm nhiều thời gian, khi đó CPU sẽ rơi vào trạng

4

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

thái nhàn rỗi (idle), để tận dụng thời gian tính toán của CPU, hệ điều hành

sẽ chuyển CPU sang phục vụ cho người dùng khác.

1.3. Các hệ thống để bàn

Các máy tính cá nhân xuất hiện vào thập kỷ 70. Trong những thập

kỳ đầu, CPU của các máy tính PCs còn thiếu các tính năng bảo vệ hệ điều

hành khỏi các chương trình người dùng. Hệ điều hành các máy tính cá

nhân lúc đó chưa hỗ trợ đa chương trình hay đa người dùng. Mục tiêu của

các hệ điều hành cũng đã được thay đổi theo thời gian. Thay vì tăng hiệu

dụng của CPU và các thiết bị ngoại vi, hệ thống được cải tiến để tăng khả

năng đáp ứng và sự tiện lợi cho người dùng như các hệ thống PCs sử

dụng hệ điều hành Microsoft Windows và Apple Macintosh.

Các hệ điều hành cho các máy tính PCs đã thu được lợi nhuận bằng

nhiều cách, từ việc phát triển hệ điều hành cho các máy tính lớn. Máy vi

tính đã ngay lập tức thích ứng với một số công nghệ được phát triển cho

các hệ điều hành lớn. Mặt khác, giá của máy vi tính đã giảm, và người ta

cũng không cần phải quan tam nhiều đến việc phát huy tối đa hiệu quả

làm việc của CPU.

1.4. Các hệ thống đa xử lý

Hầu hết các hệ thống cho đến nay là các hệ có có một bộ xử lý,

nghĩa là trên mỗi máy chỉ có một chip CPU. Mặc dù vậy các hệ thống đa

xử lý (hay còn được gọi là các hệ thống song song - parallel systems hay

các hệ thống cặp đối - coupled systems) là một sự phát triển quan trọng.

Các hệ thống này có nhiều CPU cùng chia sẻ bus chung, đồng, bộ nhớ,

thiết bị ngoại vi và có khả năng liên lạc với nhau.

Các hệ thống nhiều CPU có 3 ưu điểm chính sau:

- Tăng khả năng thông suốt: bằng cách tăng số lượng CPU, chúng

ta có thể hy vọng sẽ có nhiều công việc được hoàn thành trong một thời

gian ngắn hơn nhưng không phải theo đúng tỷ lệ thời gian, nghĩa là không

phải có n bộ xử lý thì sẽ thực hiện được nhanh hơn n lần.

- Kinh tế hơn: các hệ thống đa CPU sẽ tiết kiệm chi phí hơn so với

hệ thống chỉ có một CPU bởi vì chúng có thể chia sẻ các thiết bị ngoại vi,

Phạm Ngọc Hưng

5

Giới thiệu về hệ điều hành

bộ lưu trữ chính, nguồn điện,... Nhiều chương trình có thể cùng làm việc

trên một tập hợp dữ liệu thay vì phải lưu trữ ở trên đĩa và sao chép cho

mỗi chương trình một bản.

- Tăng độ tin cậy: các chức năng được chia cho nhiều bộ xử lý, vì

vậy nếu có lỗi xảy ra cũng không làm ngưng hệ thống, nó chỉ làm cho hệ

thống bị chậm đi. Nếu ta có 10 CPU và có một CPU bị lỗi, khi đó các CPU

còn lại sẽ chia sẽ phần công việc của CPU bị hỏng. Tốc độ của hệ trống

lúc này chỉ bị chậm đi 10%, tuy nhiên hệ thống không bị ngưng do lỗi của

CPU đó.

Xử lý liên tục trong sự có mặt của lỗi đòi hỏi phải có kỹ thuật cho

phép phát hiện, chuẩn đoán và thậm chí là khắc phục lỗi. Hệ thống

Tandom sử dụng cả phần cứng và phần mềm để đảm bảo sự liên tục và

xử lý lỗi. Hệ thống bao gồm 2 bộ xử lý, mỗi bộ xử lý làm việc trong một

vùng nhớ riêng của nó. Các bộ xử lý được kết nối vào cùng một bus. Một

bộ xử lý làm việc chính, một bộ xử lý đóng vai trò dự phòng, nó sẽ chứa

bản sao của bộ xử lý chính. Nếu có lỗi xảy ra, bản sao sẽ được kích hoạt

từ điểm làm việc tốt nhất gần thời điểm xảy ra lỗi.

Hầu hết các hệ thống đa CPU hiện nay đều dùng đa xử lý đối xứng

(SMP-symetric multiprocessing), trong đó mỗi CPU chạy một bản sao của

hệ điều hành và mỗi bản sao đó có thể giao tiếp với bản sao khác nếu

cần. Một số hệ thống sử dụng đa xử lý bất đối xứng, trong đó mỗi bộ xử

lý gắn với một nhiệm vụ. Một bộ xử lý chính điều khiển hệ thống, các bộ

xử lý còn lại đợi bộ xử lý chính ra lệnh hoặc thực hiện một nhiệm vụ đã

được giao sẵn. Đây là mô hình làm việc theo kiểu chính phụ (chủ tớ). Bộ

xử lý chính sẽ lập lịch để phân phối công việc cho các bộ xử lý thứ cấp.

SMP là tất cả các bộ xử lý có vai trò ngang nhau, không tồn tại mỗi

quan hệ chính phụ. Mỗi bộ xử lý cùng chạy song song một bản sao của hệ

điều hành. Phiên bản Encore của Unix viết cho máy Multimax là một ví dụ

cho hệ thống xử lý đối xứng. Hệ thống này có hàng tá bộ xử lý, tất cả đều

chạy các bản sao của Unix. Lợi ích của mô hình này là có nhiều tiến trình

cùng chạy song song.

1.5. Các hệ thống phân tán

6

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

Các hệ thống phân tán được xây dựng trên cở sở hạ tầng mạng.

Các máy tính được kết nối với nhau thông qua hệ thống mạng. Các công

việc, và dữ liệu có thể được chia thành nhiều phần, mỗi máy tính trong hệ

thống đảm nhiệm một phần công việc. Kết quả các phần tiêng lẻ được

hợp lại để cho một kết quả lớn với hiệu quả làm việc vượt trội so với hệ

thông chỉ có một máy tính.

Hệ thống này cũng tương tự như hệ thống chia sẻ thời gian nhưng

các bộ xử lý không chia sẻ bộ nhớ và đồng hồ, thay vào đó mỗi bộ xử lý

có bộ nhớ cục bộ riêng. Các bộ xử lý thông tin với nhau thông qua các

đường truyền thông như những bus tốc độ cao hay đường dây điện

thoại.

Các bộ xử lý trong hệ phân tán thường khác nhau về kích thước và

chức năng. Nó có thể bao gồm máy vi tính, trạm làm việc, máy mini, và

những hệ thống máy lớn. Các bộ xử lý thường được gọi với nhiều tên khác

nhau như site, node, computer .... tùy thuộc vào trạng thái làm việc của

chúng.

Các ưu điểm chính của hệ thống phân tán là:

- Chia sẻ tài nguyên : Một người sử dụng A có thể sử dụng máy

in laser của người sử dụng B và người sử dụng B có thể truy xuất những

tập tin của A. Tổng quát, chia sẻ tài nguyên trong hệ thống phân tán cung

cấp một cơ chế để chia sẻ tập tin ở vị trí xa, xử lý thông tin trong một cơ

sở dữ liệu phân tán, in ấn tại một vị trí xa, sử dụng những thiết bị ở xa để

thực hiện các thao tác.

- Tăng tốc độ tính toán : Một thao tác tính toán được chia làm

nhiều phần nhỏ cùng thực hiện một lúc. Hệ thống phân tán cho phép

phân chia việc tính toán trên nhiều vị trí khác nhau để tính toán song

song.

- An toàn : Nếu một vị trí trong hệ thống phân tán bị hỏng, các vị

trí khác vẫn tiếp tục làm việc.

- Thông tin liên lạc với nhau: Có những lúc , chương trình cần

chuyển đổi dữ liệu từ vị trí này sang vị trí khác. Ví dụ trong hệ thống

Windows, thường có sự chia sẻ và chuyển dữ liệu giữa các cửa sổ. Khi các

Phạm Ngọc Hưng

7

Giới thiệu về hệ điều hành

vị trí được nối kết với nhau trong một hệ thống mạng, việc trao đổi dữ liệu

diễn ra rất dễ. Người sử dụng có thể chuyển tập tin hay các E-mail cho

nhau từ cùng vị trí hay những vị trí khác.

1.6. Các hệ thống Clustered

Tương tự một hệ thống làm việc song song. Hệ thống này liên kết

nhiều CPU với nhau để cùng làm việc. Sức mạnh của hệ thống là sức

mạnh tổng hợp của các CPU.

1.7. Các hệ thống thời gian thực

Hệ thống xử lý thời gian thực được sử dụng khi có những đòi

hỏi khắt khe về thời gian trên các thao tác của bộ xử lý hoặc dòng dữ liệu,

nó thường được dùng điều khiển các thiết bị trong một ứng dụng riêng

biệt. Máy tính phân tích dữ liệu và có thể chỉnh các điều khiển để thay đổi

các cảm biến vào.

Một hệ điều hành xử lý thời gian thực phải được định nghĩa tốt,

thời gian xử lý nhanh. Hệ thống phải cho kết quả chính xác trong khoảng

thời gian bị thúc ép nhanh nhất. Có hai hệ thống xử lý thời gian thực là hệ

thống thời gian thực cứng và hệ thống thời gian thực mềm.

Hệ thống thời gian thực cứng là công việc được hoàn tất đúng lúc.

Khi đó dữ liệu thường được lưu trong bộ nhớ ngắn hạn hay trong ROM.

Việc xử lý theo thời gian thực sẽ xung đột với tất cả hệ thống đã nói đến ở

trên.

Dạng thứ hai là hệ thống thời gian thực mềm, mỗi công việc có một

độ ưu tiên riêng và sẽ được thi hành theo độ ưu tiên đó. Có một số lĩnh

vực áp dụng hữu hiệu phương pháp này là multimedia hay thực tại ảo.

1.8. Các hệ thống cầm tay

Hệ thống cầm tay bao gồm các máy trợ giúp kỹ thuật số cá nhân

(PDAs-Personal Digital Assistants) như Palm-Pilots hay cellular telephone

với sự kết nối đến một mạng như mạng Internet. Sự phát triển của các hệ

thống cầm tay và các ứng dụng của nó đang đối mặt với nhiều thách

thức, hầu hết đang thực hiện trong sự hạn chế về kích thước của các thiết

8

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

bị. Vị sự hạn chế về kích thước mà các hệ thống cầm tay thường có bộ

nhớ nhỏ, tốc độ của bộ xử lý thấp, màn hình hiển thị nhỏ.

Nhiều các thiết bị cầm tay có bộ nhớ chỉ trong khoảng từ 512KB

đến 8MB, trong khi đó các máy PCs hay các trạm làm việc có đến hàng

trăm MB bộ nhớ. Đây là một lý do đò hỏi hệ điều hành cũng như các

chương trình ứng dụng phải quản lý và sử dụng bộ nhớ một cách có hiệu

quả nhất.

Vấn đề thứ hai ảnh hưởng tới sự phát triển của các hệ thống cầm

tay là tốc độ của các bộ xử lý trong mỗi thiết bị thường không cao. Bộ xử

lý của hầu hết các hệ thống cầm thay chỉ chạy bằng một phần lẻ tốc độ

của bộ xử lý trong một máy PC.

Vấn đề thứ ba là màn hình hiển thị có kích thước nhỏ. Trong khi

màn hình cho các máy tính PCs có lên đến 21 inches thì màn hình của các

máy cầm tay không vượt quá 3 inches vuông. Với các nội dung lớn,

thường được thể hiện một cách dễ dàng trên các máy PCs thì giờ đây phải

chi ra và thể hiện từng phần trên màn hình của máy cầm tay.

Một số máy tính cầm tay sử dụng công nghệ không dây như

BlueTooth, cho phép truy cập từ xa tới thư điện tử và duyệt web.

1.9. Lịch sử phát triển của hệ điều hành

Thế hệ 1 (1945 – 1955)

Vào khoảng giữa thập niên 1940, Howard Aiken ở Havard và John

von Neumann ở Princeton, đã thành công trong việc xây dựng máy tính

dùng ống chân không (đèn điện tử). Những máy này rất lớn với hơn

10000 ống chân không nhưng chậm hơn nhiều so với máy rẻ nhất ngày

nay.

Mỗi máy được một nhóm thực hiện tất cả từ thiết kế, xây dựng lập

trình, thao tác đến quản lý. Lập trình bằng ngôn ngữ máy tuyệt đối,

thường là bằng cách dùng bảng điều khiển để thực hiện các chức năng cơ

bản. Ngôn ngữ lập trình chưa được biết đến và hệ điều hành cũng chưa

nghe đến.

Vào đầu thập niên 1950, phiếu đục lổ ra đời và có thể viết chương

trình trên phiếu thay cho dùng bảng điều khiển.

Phạm Ngọc Hưng

9

Giới thiệu về hệ điều hành

Thế hệ 2 (1955 – 1965)

Sự ra đời của thiết bị bán dẫn vào giữa thập niên 1950 làm thay đổi

bức tranh tổng thể. Máy tính trở nên đủ tin cậy hơn. Nó được sản xuất và

cung cấp cho các khách hàng. Lần đầu tiên có sự phân chia rõ ràng giữa

người thiết kế, người xây dựng, người vận hành, người lập trình, và người

bảo trì.

Để thực hiện một công việc (một chương trình hay một tập hợp các

chương trình), lập trình viên trước hết viết chương trình trên giấy (bằng

hợp ngữ hay FORTRAN) sau đó đục lỗ trên phiếu và cuối cùng đưa phiếu

vào máy. Sau khi thực hiện xong nó sẽ xuất kết quả ra máy in.

Hệ thống xử lý theo lô ra đời, nó lưu các yêu cầu cần thực hiện lên

băng từ, và hệ thống sẽ đọc và thi hành lần lượt. Sau đó, nó sẽ ghi kết

quả lên băng từ xuất và cuối cùng người sử dụng sẽ đem băng từ xuất đi

in.

Hệ thống xử lý theo lô hoạt động dưới sự điều khiển của một

chương trình đặc biệt là tiền thân của hệ điều hành sau này. Ngôn ngữ lập

trình sử dụng trong giai đoạn này chủ yếu là FORTRAN và hợp ngữ.

Thế hệ 3 (1965 – 1980)

Trong giai đoạn này, máy tính được sử dụng rộng rãi trong khoa

học cũng như trong thương mại. Máy IBM 360 là máy tính đầu tiên sử

dụng mạch tích hợp (IC). Từ đó kích thước và giá cả của các hệ thống

máy giảm đáng kể và máy tính càng phỗ biến hơn. Các thiết bị ngoại vi

dành cho máy xuất hiện ngày càng nhiều và thao tác điều khiển bắt đầu

phức tạp.

Hệ điều hành ra đời nhằm điều phối, kiểm soát hoạt động và giải

quyết các yêu cầu tranh chấp thiết bị. Chương trình hệ điều hành dài cả

triệu dòng hợp ngữ và do hàng ngàn lập trình viên thực hiện.

Sau đó, hệ điều hành ra đời khái niệm đa chương. CPU không phải

chờ thực hiện các thao tác nhập xuất. Bộ nhớ được chia làm nhiều phần,

mỗi phần có một công việc (job) khác nhau, khi một công việc chờ thực

hiện nhập xuất CPU sẽ xử lý các công việc còn lại. Tuy nhiên khi có nhiều

công việc cùng xuất hiện trong bộ nhớ, vấn đề là phải có một cơ chế bảo

10

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

vệ tránh các công việc ảnh hưởng đến nhau. Hệ điều hành cũng cài đặt

thuộc tính spool.

Giai đoạn này cũng đánh dấu sự ra đời của hệ điều hành chia sẻ

thời gian như CTSS của MIT. Đồng thời các hệ điều hành lớn ra đời như

MULTICS, UNIX và hệ thống các máy mini cũng xuất hiện như DEC PDP-1.

Thế hệ 4 (từ 1980)

Giai đoạn này đánh dấu sự ra đời của máy tính cá nhân, đặc biệt là

hệ thống IBM PC với hệ điều hành MS-DOS và Windows sau này. Bên

cạnh đó là sự phát triển mạnh của các hệ điều hành tựa Unix trên nhiều

hệ máy khác nhau như Linux. Ngoài ra, từ đầu thập niên 90 cũng đánh

dấu sự phát triển mạnh mẽ của hệ điều hành mạng và hệ điều hành phân

tán.

1.10. Môi trường tính toán

- Môi trường tính toán truyền thống

- Môi trường tính toán dựa trên cở sở Web

- Môi trường tính toán nhúng

1.11. Câu hỏi và bài tập

1. Ba mục tiêu chính của hệ điều hành là gì?

2. Liệt kê 4 bước cần thiết để thực hiện một chương trình trên một

hệ thống riêng biệt hoàn thiện.

3. Các ưu điểm chính của đa chương trình là gì?

4. Sự khác nhau cơ bản giữa các hệ điều hành cho các máy tính

Mainframe và các máy PCs

5. Hãy chỉ ra các đặc điểm cơ bản của các hệ điều hành sau: Gói

(Batch), Tương tác (Interactive), Chia sẻ thời gian (Time sharing), Thời

gian thực (Real time), Mạng (Network), Song song (Parallel), Phân tán

(Distributed), Cụm (Clustered), cầm tay (HandHeld).

6. Hãy chỉ ra các khó khăn chính trong việc phát hệ điều hành cũng

như chương trình ứng dụng cho các hệ thống cầm tay.

7. Chỉ ra các ưu điểm chính của hệ thống đa chương trình, hệ

thống phân tán và hệ thống có nhiều bộ xử lý.

Phạm Ngọc Hưng

11

Giới thiệu về hệ điều hành

2. Cấu trúc hệ thống máy tính

2.1. Điều hành hệ thống máy tính

Một máy tính thông thường bao gồm một CPU và một số các trình

điều khiển thiết bị kết nối với nhau thông qua một bus chung, nó hỗ trợ

cho việc truy nhập đến bộ nhớ được chia sẻ. Mỗi trình điều khiển thiết bị

tương ứng với một kiểu thiết bị (ví dụ như trình điều khiển đĩa, âm thanh,

màn hình). CPU và các trình điều khiển có thể làm việc song song, tính

toán trong các vòng bộ nhớ. Để đảm bảo cho việc truy cập một cách đúng

đắn vào bộ nhớ chia sẻ, một trình điều khiển bộ nhớ sẽ cung cấp chức

năng đồng bộ hoá việc truy nhập bộ nhớ.

Một máy tính lúc bắt đầu chạy (khi bật công tắc nguồn hoặc khởi

động lại), nó cần phải có một chương trình khởi động. Chương trình khởi

động này (chương trình bootstrap) thông thường được lưu trong ROM

hoặc EEPROM trong phần cứng của máy tính. Nó khởi động tất cả các bộ

phận của hệ thống, từ các thanh ghi, đến các bộ điều khiển thiết bị, đến

bộ nhớ. Chương trình khởi động phải biết làm thế nào để nạp hệ điều

hành và bắt đầu đưa hệ thống vào hoạt động. Để đáp ứng yêu cầu này,

chương trình khởi động phải tìm và nạp nhân của hệ điều hành vào bộ

nhớ. Nhân hệ điều hành sẽ bắt đầu các xử lý của mình và chờ đợi các sự

kiện xuất hiện.

Các sự kiện thường xuất hiện dưới dạng một tín hiệu ngắt từ phần

cứng hoặc phần mềm. Phần cứng có thể làm phát sinh một ngắt bằng

cách gửi một tín hiệu đến CPU thông qua bus hệ thống. Phần mềm phát

sinh ngắt bằng cách thực hiện một điều khiển đặc biệt được gọi là lời gọi

hệ thống (system call).

Trong hệ thống có nhiều ngắt, tương ứng với mỗi ngắt là một số

đoạn mã lệnh thực hiện công việc tương ứng với ngắt được kích hoạt.

Khi CPU bị ngắt, nó sẽ ngưng công việc đang làm ngay lập tức và

chuyển sang thực hiện chương trình phục vụ ngắt tương ứng. Sau khi

12

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

thực hiện xong yêu cầu ngắt, CPU lại thực hiện tiếp công việc đang thực

hiện dở tại vị trí gián đoạn bởi ngắt.

Ngắt là một phần quan trọng trong kiến trúc của một máy tính. Với

mỗi máy tính đều được thiết kế sẵn một số ngắt, ngoài ra các ngắt còn

được định nghĩa bởi hệ điều hành và các chương trình ứng dụng. Khi có

ngắt, hệ thống phải ngay lập tức chuyển điều khiển đến chương trình xử

lý ngắt tương ứng càng nhanh càng tốt. Để thuận lợi trong quản lý cũng

như xác định các chương trình xử lý tương ứng với mỗi ngắt người ta định

nghĩa ra một bảng chứa địa chỉ các chương trình xử lý ngắt tương ứng với

từng ngắt. Bảng này được gọi là bảng vector ngắt (Interrupt table). Bảng

vector ngắt gồm nhiều phần tử, mỗi phần tử là một con trỏ, trỏ đến địa

chỉ bắt đầu của chương trình xử lý tương ứng với ngắt đó. Các ngắt được

đại diện bởi một con số (gọi là số hiệu ngắt). Số hiệu ngắt là chỉ số để trỏ

đến một phần tử trong bảng vector ngắt. Bảng vector ngắt thường được

lưu ở vùng nhớ thấp. Trong khí đó, các chương trình xử lý tương ứng lại

được lưu ở vùng nhớ cao.

Khi một ngắt được gọi, chương trình xử lý tương ứng với nó sẽ

được thực hiện. trong quá trình thực hiện, chương trình này có thể làm

thay đổi trạng thái hiện tại của hệ thống (trạng thái của chương trình

đang bị gián đoạn) như thay đổi các thanh ghi, ngăn xếp,... Để đảm bảo

cho chương trình bị ngắt có thể thực hiện tiếp sau khi xử lý ngắt xong,

trước khi chương trình xử lý ngắt được thực hiện, trạng thái của hệ thống

cần được cất giữ và chúng sẽ được khôi phục lại trước khi thực hiện tiếp

chương trình bị gián đoạn.

2.2. Kiến trúc vào ra

Như đã đề cập ở phần trước, một máy tính thông thường bao gồm

một CPU và các bộ điều khiển thiết bị được kết nối với nhau thông qua

một bus chung. Mỗi bộ điều khiển thiết bị sẽ đảm nhiệm một thiết bị cụ

thể. Trên mỗi trình điều khiển thiết bị có thể có nhiều thiết bị được nối

Phạm Ngọc Hưng

13

Giới thiệu về hệ điều hành

vào. Ví dụ một trình điều khiển giao diện máy tính nhỏ SCSI (Small

Computer System Interface) có thể có đến 7 hoặc là nhiều hơn nữa các

thiết bị nối vào. Một trình điều khiển thiết bị duy trì một số vùng lưu trữ

trung gian (buffer storage) riêng và một tập các thanh ghi công dụng

chung. Thiết bị điều khiển này đáp ứng cho việc di chuyển dữ liệu giữa

các thiết bị ngoại vi. Kích thước bộ nhớ đệm là khác nhau tuỳ thuộc vào

thiết bị sẽ được điều khiển. Ví dụ kích thước cùng nhớ đệm của thiết bị

điều khiển đĩa là một hoặc nhiều vùng nhớ nhỏ nhất được đánh địa chỉ

trên đĩa được gọi là sector, thông thướng là 512 byte.

Các ngắt vào ra

Để bắt đầu một điều khiển vào ra, CPU nạp các thanh ghi tương

ứng với bộ điều khiển thiết bị. Bộ điều khiển thiết bị sẽ kiểm tra nội dung

các thanh ghi để xác định hành động cần thực hiện.

Khi một ngắt xuất hiện, trước hết hệ điều hành xác định xem thiết

bị nào gây ra ngắt. Sau đó nó được lập chỉ mục vào trong bảng các ngắt

thiết bị vào ra để xác định trạng thái của thiết bị đó và thay đổi điểm truy

nhập để phản ánh sự xuất hiện của ngắt. Với hầu hết các thiết bị, một tín

hiệu ngắt hoàn thiện một yêu cầu vào ra. Nếu có thêm các yêu cầu trong

hàng đợi cho thiết bị này, hệ điều hành sẽ tiến hành xử lý các yêu cầu kế

tiếp.

Cấu trúc DMA

Việc chuyển đổi dữ liệu từ các thiết bị vào ra thông thường đều qua

xử lý của CPU, điều này làm cho việc truyền dữ liệu diễn ra chậm vì để

truyền dữ liệu cần phải phát sinh ngắt để yêu cầu CPU. CPU phải mất

nhiều thời gian để thực hiện hết các quy trình trong xử lý ngắt. Hơn thế

nữa, việc CPU phải dừng lại để chuyển sang phục vụ việc chuyển dữ liệu

sẽ làm giảm hiệu quả tính toán của CPU.

Để giải quyết vấn đề này, gải pháp truy nhập trực tiếp bộ nhớ DMA

(Direct Memory Access) được sử dụng để tăng tốc độ cho các hoạt động

chuyển dữ liệu vào ra, nhất là đối với các thiết bị vào ra tốc độ cao. Sau

khi thiết lập bộ đệm, con trỏ và bộ đếm cho thiết bị vào ra, bộ điều khiển

thiết bị sẽ chuyển một khối dữ liệu trực tiếp đến bộ nhớ mà không ngắt

14

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

CPU, không cần tới xử lý của CPU. Chỉ một ngắt duy nhất được tạo ra cho

mỗi khối chứ không phải cho từng byte hay từng word như ở các thiết bị

tốc độ thấp.

Các hoạt động cơ bản của CPU cũng tương tự. Một chương trình

người dùng, hoặc bản thân hệ điều hành có thể yêu cầu truyền dữ liệu.

Hệ điều hành phải tìm một bộ đệm (bộ bộ đệm rỗng cho hoạt động vào

hoặc đầy cho hoạt động ra). Kế đến, một bộ phận của hệ điều hành được

gọi là một bộ điều khiển thiết bị sẽ thiết lập các thanh ghi điều khiển DMA

để sử dụng tương ứng với địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và độ dài truyền.

Tiếp theo bộ điều khiển DMA ra lệnh bắt đầu hoạt động vào ra. Trong khi

DMA thực hiện việc truyền dữ liệu thì CPU được tự do để thực hiện các

nhiệm vụ khác.

2.3. Kiến trúc lưu trữ

Một chương trình máy tính để thực hiện được, nó cần phải được

nạp vào trong bộ nhớ chính (RAM). Bộ nhớ chính là một vùng lưu trữ lớn

mà bộ xử lý có thể truy nhập trực tiếp. Bộ nhớ này là một mảng các từ

nhớ (Word). Mỗi từ nhớ có địa chỉ riêng của nó. Các lệnh được chuyển từ

bộ nhớ chính vào trong các thanh ghi của CPU để thực hiện.

Một cách lý tưởng, chúng ta mong muốn chương trình và dữ liệu

được nạp cố định vào bộ nhớ chính, nhưng điều này là không khả thi vì

các lý do sau:

- Bộ nhớ chính luôn luôn quá nhỏ so với tất cả các chương trình

vào dữ liệu cần thiết.

- Dữ liệu sẽ bị mất khi ngắt điện.

Vì vậy, hầu hết các hệ thống máy tính đều cung cấp thiết bị lưu trữ

thứ cấp (Secondary Storage) để mở rộng bộ nhớ chính. Yêu cầu chính đối

với thiết bị lưu trữ thứ cấp là nó có thể lưu trữ được một khối lượng lớn

dữ liệu lâu dài.

Hầu hết các thiết bị lưu trữ thứ cấp là đĩa từ. Nó cung cấp khả

năng lưu trữ cả chương trình và dữ liệu. Hầu hết các chương trình ứng

dụng (trình duyệt, chương trình dịch, bộ xử lý từ, bảng tính,...) đều được

lưu trên đĩa cho đến khi nó được nạp vào bộ nhớ. Nhiều các chương trình

Phạm Ngọc Hưng

15

Giới thiệu về hệ điều hành

sau đó coi đĩa như là nguồn và đích để nạp và lưu trữ thông tin trong quá

trình xử lý.

Dù sao đi nữa thì các thiết bị lưu trữ chúng ta vừa mô tả (bao gồm

các thanh ghi, bộ nhớ chính, đĩa từ) chỉ là một trong số nhiều hệ thống

lưu trữ. Các thiết bị lưu trữ này còn có thể là Cache, CD-ROM, băng từ,...

Mỗi hệ thống lưu trữ đều cung cấp các chức năng lưu trữ dữ liệu cho đến

khi chúng được dùng trở lại. Sự khác nhau cơ bản giữa chúng là giá

thành, tốc độ, kích thước và độ ổn định.

Bộ nhớ chính

Bộ nhớ chính và các thanh ghi được thiết kế trong bộ xử lý là thiết

bị lưu trữ chính duy nhất mà bộ xử lý có thể truy nhập trực tiếp đến. Các

lệnh máy lấy địa chỉ bộ nhớ như các tham số chứ không lấy địa chỉ đĩa. Vì

vậy, bất cứ câu lệnh nào cần thực hiện cũng như dữ liệu trước khi được

xử lý, chúng phải ở một trong các thiết bị lưu trữ có thể truy nhập trực

tiếp này. Nếu chúng không ở trong bộ nhớ thì cần phải được nạp vào

trước khi CPU cần đến chúng.

Trong trường hợp vào ra, mỗi bộ điều khiển thiết bị sẽ có các thanh

ghi để chứa các câu lệnh và dữ liệu sẽ được truyền. Thông thường, các

lệnh vào ra đặc biệt sẽ cho phép chuyển dữ liệu giữa các thanh ghi và bộ

nhớ. Để tăng hiệu quả truy cập tới các thiết bị vào ra, nhiều kiến trúc máy

cung cấp một ánh xạ (bản đồ) vào ra. Khi đó, một khoảng địa chỉ sẽ được

dành riêng để ánh xạ tới các thành ghi của bộ điều khiển. Đọc và ghi vào

địa chỉ bộ nhớ đó sẽ khiến cho dữ liệu được truyền đến hoặc đi khỏi các

thanh ghi của bộ điều khiển thiết bị. Phương pháp này thích hợp cho các

thiết bị có thời gian trả lời nhanh như bộ điều khiển màn hình. Việc hiển

thị văn bản trên màn hình nói chung chỉ đơn giản là ghi văn bản vào vị trí

tương ứng trong bộ nhớ.

Bộ nhớ ánh xạ vào ra còn mang lại hiệu quả cho nhiều các thiết bị

khác như các cổng nối tiếp và song song dùng để kết nối tới modem và

máy in với máy tính. Để chuyển dữ liệu qua các thiết bị này, CPU tiến

hành ghi hay đọc một số thanh ghi được gọi là cổng vào ra.

16

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

Đĩa từ

Đĩa từ là phương tiện lưu trữ cho phép ta lưu trữ lâu dài một khối

lượng lớn thông tin, khi cần có thể đọc lại một cách nhanh chóng nhờ khả

năng truy nhập ngẫu nhiên.

Đĩa từ có nhiều lợi ích khác nhau thể qua các đặc điểm như: cấu

tạo, giá thành, dung lượng, tốc độ ghi đọc, chất liệu,...

Băng từ

Là những thiết bị lưu trữ lâu dài dự trên tính chất nhiễm từ của kim

loại phủ bề mặt băng. Đây là thiết bị có khả năng lưu trữ khối lượng lớn

thông tin nhưng tốc độ truy nhập chậm, phải truy nhập tuần tự, khó bảo

quản. Các bộ điều khiển băng từ thường được phân loại theo độ rộng, bao

gồm 4, 8 và 19 milimeters, 1/4 và 1/2 inch.

Bộ nhớ Cache

Là bộ nhớ đệm nằm ở vị trí trung gian giữa bộ nhớ chính và CPU.

Chúng có tốc độ truy nhập cao, dung lượng nhỏ dùng cho mục đích lưu lại

những dữ liệu đã được truy nhập để có thể dùng lại ở lần sau mà không

cần phải truy nhập bộ nhớ thêm lần nữa. Cách tổ chức này làm gia tăng

đáng kể tốc thực hiện chương trình.

2.4. Phân cấp lưu trữ

Các thiết bị lưu trữ có thể phân cấp theo trật tự dưới đây dựa vào

tốc độ và giá cả.

Thanh ghi

Cache

Bộ nhớ

Đĩa quang từ

Đĩa từ

Đĩa quang

Băng từ

Hình 2.1: Kiến trúc thiết bị lưu trữ

Phạm Ngọc Hưng

17

Giới thiệu về hệ điều hành

Trình tự và sự nối kết các hệ thống nhớ thể hiện như sau:

Bộ nhớ

chính

Thanh

ghi

Đĩa từ

Cache

Hình 2.2: Trình tự kết nối các thiết bị

2.5. Bảo vệ phần cứng

Các thế hệ máy tính thời kỳ đầu thiết kế cho một người dùng,

người lập trình và điều hành hệ thống. Khi những người lập trình điều

hành máy tính từ một bàn điều khiển (console), họ phải hoàn thành tất cả

các điều khiển thông qua hệ thống. Khi hệ điều hành được phát triển,

chúng thay con người điều hành hệ thống. Chúng giám sát hoạt động của

hệ thống và thực hiện nhiều các chức năng, đặc biệt là hoạt động vào ra

(là hoạt động vất vả và đầy các khó khăn đối với người lập trình cũng như

người điều khiển hệ thống trước đó).

Thêm vào đó, để cải tiến các tiện ích của hệ thống, hệ điều hành

bắt đầu chia sẻ các tài nguyên hệ thống cho một số các chương trình thực

hiện một cách song song. Một chương trình thực hiện việc tính toán, trong

khi chương trình khác lại thực hiện việc vào ra.

Việc chia sẻ này vừa là sự cải tiến nhưng cũng đồng thời làm nảy

sinh các vấn đề. Khi hệ thống chạy mà không chia sẻ tài nguyên thì một

lỗi phát sinh trong một chương trình chỉ làm ảnh hưởng đến bản thân

chương trình đó. Nhưng với sự chia sẻ, nhiều chương trình có thể bị ảnh

hưởng bởi lỗi do một chương trình gây ra.

Nếu không có cơ chế bảo vệ chống lại một số lỗi, hệ thống phải

làm việc trong chế độ chỉ một chương trình được thực hiện trong một thời

điểm hoặc tất cả các dữ liệu đầu ra đều không đáng tin cậy. Một hệ điều

hành được thiết kế để đảm bảo cho một lỗi của chương trình này không

gây ra các sai sót cho các chương trình khác.

Nhiều các lỗi chương trình đã được phát hiện bởi phần cứng. Các

lỗi này bình thường được hệ điều hành xử lý. Nếu một chương trình của

người sử dụng gây lỗi vì một lý do nào đó - như thực hiện một lệnh sai,

truy nhập đến địa chỉ vùng nhớ không thuộc phạm vi của chương trình -

18

Phạm Ngọc Hưng

HỆ ĐIỀU HÀNH

phần cứng sẽ bẫy lỗi đó và chuyển nó cho hệ điều hành thông qua vector

ngắt. Khi một chương trình gây lỗi, hệ điều hành phải kết thúc bất thường

chương trình đó. Vấn đề này được xử lý như một yêu cầu kết thúc bất

thường của người dùng. Một thông báo lỗi thích hợp sẽ được tạo ra, và

vùng nhớ của chương trình được ghi lại (dump). Thông thường được ghi

vào một file để người dùng hoặc người lập trình có thể kiểm tra, qua đó

có thể khắc phục và khởi động lại chương trình.

Chế độ thực thi kép (Dual Mode Operation)

Để đảm bảo cho các hoạt động bình thường, ta phải bảo vệ hệ điều

hành, các chương trình ứng dụng và dữ liệu khỏi bất cứ chương trình bị lỗi

nào. Hướng giải quyết đưa ra bởi nhiều hệ điều hành là cung cấp các hỗ

trợ phần cứng cho phép nhiều chế độ xử lý khác nhau.

Ít nhất chúng ta cần 2 chế độ xử lý: chế độ người dùng và chế độ

giám sát. Một bit được gọi bit chế độ (mode bit) được thêm vào phần

cứng để xác định chế độ hiện hành: giám sát (0), người dùng (1). Nhờ

vào bit chế độ, chúng ta có thể phân biệt giữa một nhiệm vụ phía người

dùng và một nhiệm vụ phía quản trị hệ thống.

Ở thời điểm khởi động, phần cứng bắt đầu bằng chế độ giám sát.

Hệ điều hành được nạp vào và sau đó khởi động các xử lý của người dùng

trong chế độ người dùng. Khi một bẫy lỗi hoặc ngắt xuất hiện, hệ thống

sẽ chuyển từ chế độ người dùng sang chế độ giám sát (thay đổi bit chế

độ). Vì thế mà hệ điều hành nắm được quyền điều khiển máy tính. Hệ

điều hành luôn luôn chuyển sang chế độ người dùng trước khi nó trao

quyền điều khiển cho một chương trình người dùng.

Chế độ thực hiện kép (dual mode of operation) cung cấp khả năng

bảo vệ hệ điều hành khỏi những lỗi do người sử dụng gây ra. Chúng ta có

thể thực hiện được các bảo vệ này bởi việc thiết kế một số lệnh đặc

quyền. Phần cứng chỉ cho phép các lệnh đặc quyền này được thực hiện

trong chế độ giám sát. Nếu cố thử thực hiện một lệnh đặc quyền trong

chế độ người dùng, phần cứng sẽ không chấp nhận, coi như một lệnh sai

và bẫy nó để chuyển cho hệ điều hành xử lý.

Phạm Ngọc Hưng

19

Giới thiệu về hệ điều hành

Bảo vệ vào ra

Để tránh cho người dùng thực hiện các lệnh vào ra gây lỗi, chúng

ta phải định nghĩa tất cả các lệnh vào ra đều là những lệnh đặc quyền,

chúng phải được thực hiện thông qua hệ điều hành. Để hoàn thành được

nhiệm vụ bảo vệ vào ra, chúng ta phải đảm bảo người dùng không bao

giờ có thể có được quyền điều khiển máy tính trong chế độ giám sát.

Khi xem xét một chương trình thực hiện trong chế độ người dùng,

ta thấy nó vẫn có thể chuyển sang chế độ giám sát khi một ngắt hoặc một

bẫy lỗi xuất hiện. Nếu chương trình người dùng thay đổi địa chỉ vector

ngắt để nó trỏ đến phần xử lý của chương trình người dùng thì khi ngắt

được đáp ứng, quyền điều khiển sẽ được chuyển cho chương trình người

dùng ngay trong chế độ giám sát. Trong thực tế, có nhiều cách để chương

trình người dùng chiếm được quyền điều khiển hệ thống trong chế độ

giám sát. Thêm vào đó, nhiều lỗ hổng đã bị phát hiện và chúng có thể là

lý do khiến cho việc bảo vệ hệ thống bị vô hiệu hoá. Như vậy, để thực

hiện vào ra, một chương trình người dùng phải thực hiện một lời gọi hệ

thống để yêu cầu hệ điều hành thực hiện tác vụ vào ra. Hệ điều hành

thực hiện trong chế độ giám sát, kiểm tra nếu yêu cầu của người dùng là

được phép thì sẽ thực hiện. Sau đó hệ điều hành sẽ đưa hệ thống trở lại

chế độ người dùng.

Bảo vệ bộ nhớ

Để các đảm bảo cho các xử lý đúng, chúng ta phải bảo vệ các

vector ngắt khỏi sự thay đổi của chương trình người dùng. Thêm vào đó,

chúng ta cũng phải bảo vệ các dịch vụ ngắt của hệ điều hành khỏi những

thay đổi.

Chúng ta đều thấy sự cần thiết phải phải bảo vệ bộ nhớ, ít nhất là

cho các vector ngắt và các lệnh phục vụ ngắt của hệ điều hành. Thông

thường thì chúng ta muốn bảo vệ hệ điều hành khỏi các truy nhập của

người dùng và bảo vệ chương trình của người dùng khỏi sự sâm phạm

của những chương trình khác. Sự bảo vệ này phải được hỗ trợ bằng phần

cứng. Nó có thể được thực hiện bằng nhiều cách (chi tiết sẽ được thảo

20

Phạm Ngọc Hưng

Giáo trình Hệ điều hành - Chương 1: Giới thiệu về hệ điều hành - Phạm Ngọc Hưng