2. Phân loại OS theo nguyên lý điều khiển

Hệ thống khung lớn (Mainframe Systems)

Hệ thống để bàn (Desktop Systems)

Hệ thống đa bộ xử lý (Multiprocessor Systems)

Hệ thống phân tán (Distributed Systems)

Hệ thống bó (Clustered Systems)

Hệ thống thời gian thực (Real – Time Systems)

Hệ thống cầm tay (Handheld Systems)

Môi trường tính toán (Computing Environments)

2.1 Mainframe Systems

a) Nguyên lý điều khiển theo lô đơn giản

Lô (batch) là tập hợp công việc được sắp thứ tự

Chi phí cài đặt thấp bởi điều khiển đơn giản. Hàng đợi công việc tự động chuyển điều khiển từ công việc này đến công việc khác.

Hạt nhân là bộ giám sát

Khởi động công việc

Điều khiển chuyển đổi công việc

Khi công việc được hoàn thành việc điều khiển chuyển lại cho bộ giám sát

Sơ đồ bộ nhớ của một hệ thống theo lô đơn giản (Simple Batch System)

b) Hệ thống lô đa chương (Multiprogramming Systems)

Multiprogramming có các khả năng:

Một user đơn lẻ không được sử dụng CPU và thiết bị I/O toàn thời gian.

Khi các công việc được tổ chức đa chương (code and data) thì CPU luôn luôn thực thi một trong nó.

Một tập con của tất cả các công việc được lưu trữ trong bộ nhớ

Một trong những công việc đó được chọn và hoạt động theo job scheduling

Khi một công việc rơi vào trạng thái chờ (ví dụ chờ I/O), OS sẽ chuyển sang công việc khác

Hệ thống theo lô đa chương(Multiprogrammed Batch Systems)

Những đặc tính cần thiết để Multiprogramming

Hệ thống cung cấp các chương trình điều khiển I/O.

Quản trị bộ nhớ – hệ thống phải có khả năng đinh vị trong bộ nhớ một vài chương trình.

Lập lịch CPU – hệ thống phải lựa chọn một vài công việc sẵn sàng để chạy.

Định vị các thiết bị.

c) Hệ thống chia sẻ thời gian (Timesharing  Systems)

Timesharing (multitasking – đa nhiệm) là khái niệm mở rộng về mặt logic chỉ việc chuyển điều khiển giữa các công việc thường xuyên đến mức các users tương tác được đến mỗi công việc khi nó đang chạy, tạo ra máy tính tương tác.

Thời gian điều chuyển phù hợp < 1 second

Mỗi user có ít nhất một chương trình trong bộ nhớ tiến trình (process)

Nếu một vài công việc sẵn sàng chạy tại cùng một thời điểm CPU scheduling

Nếu các tiến trình không đặt vừa trong bộ nhớ, swapping sẽ được thực hiện.

Virtual memory cho phép thi hành các tiến trình không đặt trọn vẹn trong bộ nhớ.

2.2 Desktop Systems

Personal computers – hệ thống máy tính cho phép một người sử dụng.

Thiết bị I/O tiêu chuẩn – bàn phím, chuột, màn hình, máy in.

Người sử dụng dễ dàng và thuân lợi.

Có thể sử dụng công nghệ của các hệ thống lớn đã được cá nhân hóa cho người sử dụng nhưng không cần thiết các tính năng bảo vệ cao cấp.

Có thể chạy với một vài OS (Windows, MacOS, UNIX, Linux)

2.3 Parallel Systems

Multiprocessor systems có nhiều CPU trong một hệ thống liên lạc khép kín.

Tightly coupled system – các processor chia sẻ bộ nhớ và đồng hồ xung; truyền tin luôn luôn thông qua bộ nhớ được chia sẻ.

Các lợi ích của parallel system:

Gia tăng thông lượng truyền tin

Kinh tế

Gia tăng độ tin cậy

Parallel Systems (Cont.)

Symmetric multiprocessing (SMP)

Mỗi processor chạy độc lập trên một bản sao hệ điều hành như nhau.

Cho phép nhiều tiến trình cùng chạy đồng thời trên một hệ thống.

Nhiều hệ điều hành hiện đại hỗ trợ SMP

Asymmetric multiprocessing

Mỗi bộ xử lý được giao một nhiệm vụ riêng biệt; một bộ xử lý chủ (master) lập lịch và xác định công việc cho các bộ xử lý thành viên (slave)

Phổ biến trên những hệ thống lớn

Symmetric Multiprocessing Architecture

2.4 Distributed Systems

Phân tán sự tính toán trên một vài bộ xử lý vật lý.

Loosely coupled system – mỗi bộ xử lý có một bộ nhớ riêng của nó. Các bộ xử lý truyền thông tin cho nhau trên đường  truyền tốc độ cao.

Các lợi ích của distributed systems.

Chia xẻ tài nguyên

Tăng tốc độ tính toán

Đáng tin cậy

Communications

Distributed Systems (tiếp)

Đòi hỏi cơ sở hạ tầng mạng máy tính.

Local area networks (LAN) hoặc Wide area networks (WAN)

Có hai dạng hệ thống client-server hoặc hệ thống peer-to-peer.

Cấu trúc chung của Client-Server

2.5 Clustered Systems

Tập hợp hai hoặc nhiều hệ thống có bộ lưu trữ chia sẻ.

Cung cấp độ an toàn cao.

Asymmetric clustering: Một server chạy các ứng dụng trong khi các server khác dự phòng.

Symmetric clustering: Tất cả N host đều chạy ứng dụng.

2.6 Real-Time Systems

Luôn được sử dụng như những thiết bị điều khiển trong những ứng dụng chuyên biệt: Thí nghiệm khoa học,  hệ mô phỏng y học, điều khiển công nghiệp, ...

Phải hoàn thành công việc trong một thời gian xác định cưỡng bức.

Hệ thống Real-Time có thể là hard hoặc soft real-time.

Real-Time Systems (tiếp)

Hard real-time:

Bộ lưu trữ thứ cấp có giới hạn hoặc không có, dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ nhỏ hoặc trong ROM.

Trái ngược với hệ thống time-sharing và không hỗ trợ các hệ điều hành đa năng.

Soft real-time

Sử dụng điều khiển các robot công nghiệp.

Sử dụng trong các ứng dụng multimedia, thực tại ảo (virtual reality) đòi hỏi các tính năng cao cấp của hệ điều hành.

2.7 Handheld Systems

Personal Digital Assistants (PDAs)

Cellular telephones (điện thoại di động)

Một số đặc điểm:

Bộ nhớ giới hạn

Bộ xử lý tốc đô chậm

Màn hình nhỏ.

2.8 Computing Environments

Môi trường tính toán truyền thống (Traditional computing)

Môi trường tính toán dựa trên công nghệ Web (Web-Based Computing)

Môi trường tính toán nhúng (Embedded Computing)

Computing Environments

Traditional computer

Thời gian tính không đòi hỏi chặt chẽ

Môi trường cộng tác

PCs liên kết tới một mạng, terminal gắn với mainframe hoặc minicomputer xử lý theo khối và chia sẻ thời gian

Thông qua các cổng và hệ thống từ xa truy nhập đền nguồn tài nguyên như nhau.

Mạng gia đình

Sử dụng các máy tính đơn, kết nối modem

Không firewall, không kết nối mạng.

Computing Environments (tiếp)

Peer-to-Peer Computing

Một mô hình khác của hệ thống phân tán.

P2P không phân chia các máy thành client và server.

Coi tất cả các nút đều có vai trò như nhau.

Mỗi nút hoạt động như client, server hoặc đóng vai trò cả hai.

Mỗi nút phải kết nối bởi mạng P2P

Đăng kí dịch vụ với một trung tâm tra cứu dịch vụ trên mạng,

Quảng bá yêu cầu dịch vụ và đáp ứng các yêu cầu dịch vụ theo giao thức discovery protocol

Ví dụ: Napster và Gnutella

Web-Based Computing

Web đã trở thành phổ biến

Máy tính PC trở thành thiết bị thông dụng

Nhiều thiết bị được kết nối mạng và liên kết theo kiểu web.

Nhiều thiết bị loại mới quản lý truyền tải web tương đương server: load balancers.

Sử dụng các hệ điều hành Windows 95 kiểu client-side và phát triển thành Linux và Windows XP có thể phân chia thành clients và servers