Các câu hỏi và lời giải chương 1

1.1. Mục tiêu, ý nghĩa và cấu trúc môn học “Hệ điều hành”.
Giải:
Ý nghĩa:
- Hiểu sâu nguyên lý hoạt động của Phần cứng và Phần mềm máy tính.
- Học phương pháp phân tích, thiết kế và lập trình một hệ thống lớn để áp dụng cho công tác nghiệp vụ sau này.
Mục tiêu: Cung cấp các khái niệm cơ bản về cấu trúc và hoạt động của HĐH.
Mô tả vắn tắt:
- Khái niệm chung, Lịch sử, Phân loại HĐH.
- Nguyên lý và hoạt động các khối chức năng.
- Giới thiệu dòng HĐH Windows NT/2000/XP/2003

1.2. Một số quan niệm sai về môn học “Hệ điều hành”.
Giải:
 Môn học đơn giản, không có gì mới, không có gì đặc biệt.
 Môn học chủ yếu là lý thuyết, chẳng tác dụng gì.
 Môn học rất khó, không có cách nào làm chủ được.

1.3. Phân tích Định nghĩa “Hệ điều hành là Máy tính mở rộng (Extended Machine) hay Máy tính ảo (Virtual Machine)”.
Giải:
 Ẩn các chi tiết của phần cứng để máy tính dễ sử dụng hơn.
 Người sử dụng và người lập trình được cung cấp một giao diện đơn giản, dễ hiểu và không phụ thuộc vào thiết bị cụ thể.
 Thực tế, HĐH là một hệ thống bao gồm nhiều máy tính trừu tượng xếp thành nhiều lớp chồng lên nhau. Máy tính mức dưới phục vụ cho máy tính mức trên.
 Bản thân chương trình ứng dụng cũng là một máy tính trừu tượng và phải dễ sử dụng nhất.
 Công việc của người lập trình là liên tục xây dựng các máy tính trừu tượng như vậy (cho người khác sử dụng và cho cả chính mình).

1.4. Phân tích Định nghĩa “Hệ điều hành là bộ quản lý tài nguyên (Resource Manager)”.
Giải:
 Đáp ứng các yêu cầu sử dụng tài nguyên thiết bị như: CPU, Bộ nhớ trong, Ổ đĩa, Ổ băng, Máy in, Card mạng, ...
 Trong trường hợp nhiều chương trình, nhiều người dùng cùng chia sẻ các tài nguyên chung như vậy, HĐH phải giải quyết tranh chấp có thể xảy ra và đứng ra làm trung gian điều phối sao cho tài nguyên được sử dụng đúng thứ tự, dùng xong lại được cấp cho đối tượng khác sử dụng.
 Hình dung tình huống: 3 chương trình cùng in ra một máy in duy nhất. Khó chấp nhận trường hợp 1 trang in xen kẽ nhiều kết quả từ nhiều nguồn khác nhau. HĐH giải quyết bằng cách đưa kết quả in của mỗi chương trình tạm thời ra đĩa cứng, sau đó lần lượt in từ đĩa vào thời điểm thích hợp.

1.5. Trình bày cấu trúc khái quát của hệ thống máy tính và liên hệ với cấu trúc trong thực tế.
Giải:



1.6. Bốn thế hệ phát triển của hệ điều hành là những thế hệ nào? Nền tảng Phần cứng và Phần mềm tương ứng ra sao?
Giải:
 Thế hệ 1 (1945 -1955): Đèn điện tử - Bảng điều khiển (Plugboards)
 Thế hệ 2 (1955 -1965): Bóng bán dẫn - Hệ xử lý lô (Batch Systems)
 Thế hệ 3 (1965 -1980): Mạch IC - Hệ đa chương (Multiprogramming Systems), Hệ chia thời gian (Time-Sharing Systems)
 Thế hệ 4 (1980 - đến nay): Mạch LSI (Large Scale Integration) và Các hệ điều hành hiện đại.
1.7. Lịch sử và tình hình sử dụng hệ điều hành ở Việt Nam.
Giải:
 Máy tính Minsk-32 ( Liên Xô ) với HĐH đơn chương Dispatcher tại Trung tâm Toán - Máy tính, BQP (từ 1974 - 1990)
 Máy tính ES-1022 ( Liên Xô ) với HĐH đa chương OS/ES (tương đương với OS/360 của IBM) tại Đại học Bách khoa Hà Nội (từ 1986 - 1996)
 Máy tính IBM 360/50 với HĐH đa chương OS/360 tại Trung tâm Điện toán tiếp vận của Quân đội Sài Gòn ( từ 1974 )
 Các HĐH cho máy vi tính: PC-DOS, MS-DOS, MacOS, OS/2, Windows 9x, Windows NT/2000/XP/VISTA, RedHat Linux, Linux VN 1.0, VietKey Linux 3.0, ...

1.8. Trên các máy lớn thời kỳ đầu, Hệ Xử lý lô hoạt động thế nào?
Giải:
 Thiết bị I/O : card reader, tape drives
 Cần có người vận hành: operator (user  operator)
Giảm setup time  ghép nhóm công việc (batching jobs)
Ví dụ: ghép 2 công việc cùng dùng trình biên dịch Fortran,  tiết kiệm được thời gian load trình biên dịch Fortran.
 Là hệ điều hành sơ khai nhất chỉ có Resident Monitor, trong đó chứa các phần điều khiển quá trình xử lý, tính toán như:
Loader, job sequencing, control card interpreter, device drivers.

 Tại mỗi thời điểm chỉ có một tiến trình hay một tác vụ trong bộ nhớ.


1.9. Nguyên lý hoạt động của Hệ điều hành Đa chương.
Giải:
Hệ điều hành đa chương (Multiprogramming System): Đây là hệ cho phép nhiều công việc cùng chạy một lúc. Cùng chia sẻ quyền sử dụng CPU theo một thuật toán nào đó. Ví dụ như Windows 3.1, Windows 9x… Nhìn chung:
1. Có nhiều tác vụ (tiến trình) cùng một lúc được nạp đồng thời vào bộ nhớ chính.
2. Thời gian xử lý của CPU được phân chia giữa các tác vụ đó.
3. Tận dụng được thời gian rảnh tăng hiệu suất sử dụng CPU (CPU utilization)
4. Và khi một một tác vụ không cần đến CPU (do phải thực hiện I/O với thiết bị ngoại vi), thì tác vụ khác được thi hành.
5. Yêu cầu:
 Đồng thời công việc (job scheduling): chọn job trong job pool trên đĩa và nạp nó vào bộ nhớ để thực thi.
 Quản lý bộ nhớ (memory management).
 Định thời CPU (CPU scheduling).
 Cấp phát tài nguyên (đĩa, máy in,…).
 Bảo vệ.



1.10. Nguyên lý hoạt động của Hệ điều hành Chia thời gian (Time – Sharing System).
Giải:
 Là loại hệ điều hành đa chương (Multi-programmed systems) nhưng không cung cấp khả năng tương tác với users
 CPU luân phiên chuyển đổi thực thi giữa các công việc
 Quá trình chuyển đổi xảy ra thường xuyên hơn, mỗi công việc chỉ được chia một phần nhỏ thời gian CPU
 Cung cấp sự tương tác giữa hệ thống với user
Khi kết thúc thực thi một lệnh, OS sẽ chờ lệnh kế tiếp từ bàn phím chứ không phải từ card reader
 Một công việc chỉ được chiếm CPU để xử lý khi nó nằm trong bộ nhớ chính
 Khi cần thiết, một công việc nào đó có thể được chuyển từ bộ nhớ chính ra thiết bị lưu trữ, nhường bộ nhớ chính cho công việc khác.
 Yêu cầu đối với OS trong Time-Sharing Systems
 Định thời công việc (job scheduling)
 Quản lý bộ nhớ (Memory Management)
o Các công việc được hoán chuyển giữa bộ nhớ chính và đĩa
o Virtual memory: cho phép một công việc có thể được thực thi mà không cần phải nạp hoàn toàn vào bộ nhớ chính
 Quản lý các process (Process Management)
o Định thời CPU (CPU scheduling)
o Đồng bộ các công việc (synchronization)
o Tương tác giữa các công việc (process communication)
o Tránh Deadlock
 Quản lý hệ thống file, hệ thống lưu trữ (disk management)
 Phân bổ các thiết bị, tài nguyên
 Cơ chế bảo vệ (protection)




1.11. Nêu 1 ví dụ từ đời thường minh hoạ chế độ phục vụ chia thời gian.
Giải:
Ví dụ từ đời thường: Trong nhà hàng, người bồi bàn (CPU) phục vụ mỗi bàn ăn (Chương trình người dùng) trong 1 khoảng thời gian ngắn (chẳng hạn trong 10 giây), sau đó chuyển sang bàn khác.

1.12. Các dòng hệ điều hành trên máy tính để bàn là các dòng nào? Hãy trình bày sự khác biệt giữa dòng Windows 9X với dòng Windows NT/2000/XP/2003.

° Dòng DOS: PC-DOS, MS-DOS
° Dòng UNIX: XENIX, Linux
° Dòng Windows:
– Windows 3.X: Windows 3.1
– Windows 9X: Windows 95/98/ME
– Windows NT: Windows NT/2000/XP/2003/Vista.

1.13. Điền tên thích hợp vào chỗ có dấu hỏi chấm:
Windows 95  Windows 98  Windows 98 SE  ?
1.14. Điền tên thích hợp vào chỗ có dấu hỏi chấm:
?  Windows 2000  Windows XP  ?
1.15. Điền tên thích hợp vào chỗ có dấu hỏi chấm:
Windows 2000 Server (4 CPU)  Windows 2000 Advanced Server (8 CPU)  ? (? CPU)
1.16. Đa xử lý đối xứng khác với Đa xử lý phi đối xứng ở điểm nào? Cho các ví dụ về hệ điều hành đa xử lý đối xứng.
Giải:
 Hệ đa xử lý đối xứng:
o Có nhiều bộ vi xử lý cùng vận hành và sử dụng chung bộ nhớ và thiết bị I/O, ngang hàng về chức năng
o Các hệ điều hành hỗ trợ:
-Solaris, OS/2, Linux
-Windows NT/2000/XP/2003/Vista
Windows 2000 Professional: 2 CPU
Windows 2000 Server: 4 CPU
Windows 2000 Advanced Server : 8 CPU
Windows 2000 Datacenter Server: 32 CPU
……………………………………………….


 Hệ đa xử lý phi đối xứng:
o Các CPU chung bộ nhớ và thiết bị
o Mỗi CPU được ấn định chức năng riêng:
• Có CPU chủ (Master) kiểm soát toàn hệ thống
• Các CPU khác đóng vai trò phụ thuộc (Slaves), chuyên trách công việc nào đó
• Master điều phối và cấp phát công việc cho các Slaves
o Hệ điều hành hỗ trợ: SunOS 4.x

1.17. Phân loại các hệ phân tán theo khoảng cách và theo phương thức phục vụ. Phân biệt File Server với Client-Server.
Giải:
 Phân loại theo khoảng cách:
• LAN (Local-Area Network): Nội bộ
• WAN (Wide-Area Network): Diện rộng
• MAN (Metropolitan-Area Network): Đô thị
 Phân loại theo phương thức phục vụ:
• File-Server: Máy chủ không tính toán, chỉ làm dịch vụ tập tin cho các máy khác
• Peer-to-Peer: Mạng các máy ngang hàng
• Client-Server: Máy khách (Client) gửi yêu cầu, Máy chủ (Server) tính toán và gửi trả lại kết quả.

1.18. Gom cụm đối xứng khác với Gom cụm phi đối xứng ở điểm nào?
Giải:
 Gom cụm đối xứng (Symmetric Clustering): Các máy ngang hàng về chức năng, Mỗi máy thực hiện phần việc của mình và giám sát lẫn nhau.
 Gom cụm phi đối xứng (Asymmetric Clustering): Một máy chạy trong Hot Standby Mode, nghĩa là chỉ giám sát công việc các máy khác nhưng sẽ đảm đương công việc của máy gặp sự cố.

1.19. Định nghĩa của IEEE về Hệ thời gian thực.
Giải:
o Hệ thống thời gian thực (Real-Time Systems)
 Thường dùng trong các thiết bị chuyên dụng như điều khiển các thử nghiệm khoa học, điều khiển trong y khoa, dây chuyền công nghiệp.
 Ràng buộc tương đối chặt chẽ về thời gian: hard và soft real-time.
o Hard real-time:
 Hạn chế (hoặc không có) bộ nhớ phụ, tất cả dữ liệu nằm trong bộ nhớ chính (RAM) hoặc ROM
 Yêu cầu thời gian đáp ứng, xử lý rất nghiêm ngặt, thường sử dụng trong điều khiển công nghiệp, công nghệ robotics.
o Soft real-time:
 Thường xuất hiện trong lĩnh vực multimedia, thực tế ảo (virtual reality) với yêu cầu mềm dẻo hơn về thời gian.