Hệ điều hành và phần mềm tiện ích
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| operating system/ˈɒpəreɪtɪŋ ˈsɪstəm/ | hệ điều hành |
| utility programs/juːˈtɪlɪti ˈprəʊɡræmz/ | chương trình tiện ích |
| device driver/dɪˈvaɪs ˈdraɪvə/ | trình điều khiển thiết bị |
| memory management/ˈmeməri ˈmænɪdʒmənt/ | quản lý bộ nhớ |
| memory protection/ˈmeməri prəˈtekʃn/ | bảo vệ bộ nhớ |
| virtual memory/ˈvɜːtʃuːəl ˈmeməri/ | bộ nhớ ảo |
| paging/ˈpeɪdʒɪŋ/ | phân trang |
| process/ˈprəʊses/ | tiến trình |
| process management/ˈprəʊses ˈmænɪdʒmənt/ | quản lý tiến trình |
| scheduling/ˈʃedjuːlɪŋ/ | lập lịch |
| time slice/taɪm slaɪs/ | thời gian slice |
| hardware interrupt/ˈhɑːdweə ˈɪntərʌpt/ | ngắt phần cứng |
| software interrupt/ˈsɒftweə ˈɪntərʌpt/ | ngắt phần mềm |
| interrupt handler/ˈɪntərʌpt ˈhændlə/ | xử lý ngắt |
| directory/daɪˈrektəri/ | thư mục |
| access rights/ˈækses raɪts/ | quyền truy cập |
| signatures/ˈsɪɡnɪtʃəz/ | chữ ký |
| incremental backups/ˌɪŋkrɪˈmentl ˈbækʌps/ | sao lưu tăng dần |
| fragmented/fræɡˈmentɪd/ | vỡ vụn |
Báo động 1202
- Ba phút trước lần hạ cánh đầu tiên lên Mặt Trăng, máy tính định hướng Apollo 11 đã hiển thị một mã mà phi hành gia chưa bao giờ thấy trong quá trình huấn luyện: 1202. Một radar được cấu hình sai đang tràn ngập máy tính với công việc mà nó không thể hoàn thành.
- Hệ điều hành cực nhỏ của máy tính đã làm đúng chức năng của một hệ điều hành. Nó xếp hạng tất cả các tác vụ theo mức độ ưu tiên, loại bỏ những thứ không quan trọng, và giữ cho các phép tính hạ cánh tiếp tục chạy. Việc hạ cánh vẫn diễn ra bình thường.
- Nếu không có bộ lập lịch đó, máy tính sẽ bị đóng băng và cuộc hạ cánh bị hủy bỏ. Every điện thoại và laptop ngày nay đều đưa ra những quyết định tương tự hàng nghìn lần mỗi giây.
- Bài học này giải thích tại sao máy tính cần hệ điều hành, năm nhiệm vụ quản lý được chương trình học nêu ra, và các tiện ích được đóng gói kèm theo.
Tại sao máy tính cần hệ điều hành
- Phần cứng đơn thuần chỉ có thể lấy và thực thi các lệnh. Nó không biết gì về tệp tin, chương trình, mạng lưới hay người dùng.
- Hệ điều hành cung cấp giao diện giữa người dùng và phần cứng, đồng thời che giấu sự phức tạp của phần cứng khỏi người dùng và các chương trình ứng dụng.
- Nó quản lý tài nguyên phần cứng, thời gian xử lý, bộ nhớ, lưu trữ và nhập/xuất, và chia sẻ chúng giữa các chương trình; nó tải phần mềm ứng dụng vào bộ nhớ và chạy chúng; và cung cấp bảo mật cùng tiện ích.
- Không có nó, mỗi chương trình sẽ cần driver thiết bị riêng và chỉ có một chương trình mới có thể chạy an toàn cùng lúc.
Một lớp trung gian giữa mỗi chương trình và phần cứng
Vị trí của hệ điều hành
Chạm vào mỗi lớp. OS là lớp giữa — nó nằm giữa ứng dụng của bạn và phần cứng, chia sẻ máy an toàn để chương trình không bao giờ chạm trực tiếp vào phần cứng.
Công việc cốt lõi nào là của hệ điều hành?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
OS quản lý phần cứng và cung cấp dịch vụ và UI, cho phép nhiều chương trình chạy an toàn trên phần cứng chung.
Hệ điều hành cho phép nhiều chương trình chia sẻ cùng phần cứng an toàn, vì vậy chúng không can thiệp lẫn nhau.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Chia sẻ CPU, bộ nhớ và thiết bị an toàn giữa nhiều chương trình chính xác là những gì OS dành cho.
Mục đích nào là của hệ điều hành? Chọn tất cả những câu áp dụng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Giao diện, ẩn độ phức tạp, quản lý và chia sẻ tài nguyên là công việc của OS. Dịch thuật là của trình biên dịch hoặc trình giải thích.
Quản lý bộ nhớ
- Quản lý bộ nhớ cấp phát bộ nhớ cho từng chương trình khi nó được tải và giải phóng khi chương trình kết thúc.
- Nó giữ bộ nhớ của mỗi chương trình tách biệt nhau, bảo vệ bộ nhớ, để một chương trình không thể ghi đè dữ liệu của chương trình khác.
- Nó swap (di chuyển) các trang giữa RAM và ổ đĩa, bộ nhớ ảo thông qua paging, để nhiều chương trình có thể mở hơn khả năng cho phép của bộ nhớ vật lý.
Mỗi tiến trình nhận được một khối bộ nhớ được rào chắn riêng
Bộ nhớ ảo (paging) cho phép OS:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Paging chuyển các khối giữa RAM và ổ đĩa để các chương trình có thể sử dụng nhiều bộ nhớ hơn số lượng được lắp đặt vật lý.
Quản lý tiến trình
- Một chương trình đang chạy là một tiến trình. Quản lý tiến trình tạo ra và kết thúc các tiến trình.
- Nó quyết định tiến trình nào sẽ nhận CPU tiếp theo, lập lịch, và trong bao lâu, tức là một thời lượng slice, sau đó lưu trạng thái của tiến trình và chuyển sang tiến trình kế tiếp.
- Nó giải quyết xung đột khi hai tiến trình muốn cùng một tài nguyên, và có thể kết thúc tiến trình nào đó nếu nó ngừng phản hồi.
Một chương trình đang chạy được gọi là:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Quản lý quá trình tải, lên lịch và chuyển đổi giữa các quá trình (các chương trình đang chạy).
Ví dụ giải: cách hệ điều hành tạo điều kiện cho đa nhiệm
- Giải thích cách quản lý bộ nhớ và quản lý tiến trình cho phép nhiều chương trình chạy cùng lúc. [4]
- Quản lý bộ nhớ tải nhiều chương trình vào bộ nhớ cùng lúc, mỗi chương trình nằm trong vùng bảo vệ riêng, và theo dõi địa chỉ nào thuộc về chương trình nào.
- Quản lý tiến trình chia sẻ bộ xử lý giữa chúng: mỗi tiến trình chạy trong một khoảng thời gian slice, OS lưu trạng thái của nó và chuyển sang tiến trình tiếp theo.
- Việc chuyển đổi diễn ra nhanh đến mức tất cả các chương trình dường như chạy cùng lúc, mặc dù bộ xử lý chỉ thực thi một chương trình tại bất kỳ thời điểm nào.
Sắp xếp thứ tự các bước cho phép nhiều chương trình trông giống như đang chạy cùng lúc.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
Quản lý bộ nhớ thực hiện bước đầu tiên; quản lý quá trình thực hiện phần còn lại.
Quản lý phần cứng và ngắt
- OS giao tiếp với từng thiết bị thông qua driver thiết bị, sắp xếp hàng đợi và đệm dữ liệu gửi đến các thiết bị chậm như máy in, và chia sẻ một thiết bị giữa nhiều chương trình.
- Ngắt phần cứng đến từ một thiết bị: nhấn phím, máy hết giấy, truyền dữ liệu ổ đĩa hoàn tất, mất điện. Ngắt phần mềm đến từ một chương trình: chia cho 0, lệnh không hợp lệ, yêu cầu dịch vụ OS.
- Bộ xử lý ngắt lưu trạng thái của tiến trình hiện tại, xử lý ngắt, sau đó khôi phục tiến trình và tiếp tục.
Máy in hết giấy và gửi tín hiệu đến bộ xử lý. Đây là:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Nó đến từ một thiết bị. Ngắt phần mềm đến từ một chương trình, chẳng hạn như phép chia cho không.
Quản lý tệp và quản lý bảo mật
- Quản lý tệp: tạo, đặt tên, sao chép, di chuyển và xóa tệp cùng thư mục; duy trì cấu trúc thư mục và bản ghi vị trí của từng tệp trên ổ đĩa; phân bổ không gian lưu trữ; áp dụng quyền truy cập cho từng người dùng.
- Quản lý bảo mật: tài khoản và mật khẩu người dùng, quyền truy cập, mã hóa dữ liệu được lưu trữ, tường lửa, bản cập nhật bảo mật tự động, và nhật ký ghi lại ai đã làm gì.
- Một câu hỏi "mô tả" yêu cầu giải thích điều mà hệ điều hành thực sự làm dưới mỗi tiêu đề, một hành động tương ứng với mỗi điểm số.
Gắn mỗi nhiệm vụ quản lý OS với những gì nó làm.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
OS điều phối bốn tài nguyên cốt lõi — CPU (quá trình), RAM (bộ nhớ), lưu trữ (tệp) và thiết bị ngoại vi (thiết bị).
Phần mềm tiện ích
- Các chương trình tiện ích là phần mềm hệ thống có nhiệm vụ bảo trì, sửa chữa hoặc tối ưu hóa máy tính thay vì thực hiện các tác vụ của người dùng.
- Định dạng ổ đĩa: chuẩn bị ổ đĩa để sử dụng bằng cách thiết lập hệ thống tệp, xóa bỏ mọi dữ liệu hiện có. Trình kiểm tra virus: so sánh tệp với cơ sở dữ liệu các dấu hiệu nhận biết đã biết, theo dõi hành vi, cách ly những gì phát hiện được; cần phải được cập nhật.
- Phần mềm sắp xếp lại ổ đĩa: gom các khối dữ liệu bị phân tán của mỗi tệp lại gần nhau. Phân tích và sửa chữa nội dung ổ đĩa: hiển thị những thứ đang chiếm dụng không gian; tìm và khắc phục các sector lỗi cũng như lỗi hệ thống tệp.
- Nén tệp: thu nhỏ kích thước tệp để lưu trữ và truyền tải. Phần mềm sao lưu: sao chép tệp sang phương tiện khác theo lịch trình cố định; bắt đầu bằng bản sao đầy đủ, sau đó thực hiện sao lưu tăng tiến đối với phần dữ liệu đã thay đổi.
Mỗi chương trình chỉ thực hiện một công việc bảo trì đơn lẻ
Các chương trình bảo trì hệ thống như phần mềm diệt virus, sao lưu và giải nén được gọi là ______ phần mềm.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Phần mềm tiện ích duy trì hệ thống; trình soạn thảo văn bản và trình duyệt là phần mềm ứng dụng.
Ví dụ minh họa: cách sắp xếp lại ổ đĩa cải thiện hiệu suất
- Giải thích cách sắp xếp lại ổ đĩa có thể cải thiện hiệu suất của máy tính. [3]
- Ổ cứng lưu trữ một tệp vào bất kỳ khối trống nào nó tìm thấy, do đó theo thời gian tệp sẽ trở nên phân mảnh, bị rải rác trên đĩa từ, và việc đọc tệp đòi hỏi nhiều lần di chuyển đầu đọc/ghi.
- Công cụ sắp xếp lại di chuyển các khối của mỗi tệp nằm liền kề nhau, giúp chúng được lưu trữ liên tục, đồng thời gom khoảng trống thành một vùng duy nhất.
- Khi đó, các tệp được đọc với ít lần di chuyển đầu hơn, giúp tải nhanh hơn, và các tệp mới có thể được ghi vào một không gian liên tục. Ổ SSD không có đầu cơ khí di chuyển nên không hưởng lợi từ quy trình này.
Giải nén ổ cứng hữu ích trên ổ cứng nhưng KHÔNG HỮU ÍCH trên SSD vì:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Giải nén giảm thời gian di đầu đọc ghi (seek) trên đĩa quay; SSD không có đầu đọc ghi, nên không thu lợi gì (và các ghi thêm sẽ làm hao mòn nó).
Ví dụ minh họa: một dòng từ mỗi tiện ích đến mục đích của nó
| Tiện ích | Mục đích |
|---|---|
| Sắp xếp lại ổ đĩa | tệp tải nhanh hơn vì các khối dữ liệu của chúng nằm liền kề |
| Sửa chữa ổ đĩa | một ổ đĩa có sector lỗi hoặc lỗi hệ thống tệp hoạt động trở lại |
| Phân tích nội dung ổ đĩa | giải phóng không gian bằng cách tìm ra các tệp lớn, trùng lặp và tạm thời |
| Nén tệp | chứa được nhiều dữ liệu hơn trên ổ đĩa và truyền tải nhanh hơn |
| Trình kiểm tra virus | phát hiện và cách ly mã độc |
| Phần mềm sao lưu | khôi phục dữ liệu sau khi mất mát, hư hỏng hoặc ransomware |
- Hiệu suất nằm ở nửa bên trái, bảo mật nằm ở nửa bên phải. Mỗi tiện ích khớp chính xác với một mục đích duy nhất.
Gắn mỗi tiện ích với mục đích của nó.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Mỗi tiện ích, một mục đích. Các câu hỏi vẽ đường của giám khảo được chấm điểm chính xác theo cách này.
Điểm số dễ mất
- "Quản lý bộ nhớ" là tiêu đề, không phải là câu trả lời. Hãy nói rõ nó làm gì: cấp phát, bảo vệ, giải phóng, phân trang lên đĩa.
- Một tiện ích không phải là hệ điều hành và cũng không phải là phần mềm ứng dụng. Nó chỉ thực hiện một tác vụ bảo trì.
- Sắp xếp lại ổ đĩa chỉ hữu ích cho ổ cứng; nó không mang lại lợi ích gì cho ổ SSD.
- Trình kiểm tra virus chỉ tốt bằng bản cập nhật cuối cùng của nó; sao lưu là phương pháp duy nhất để khắc phục hậu quả của ransomware.
Bạn đã nắm vững
- Hệ điều hành là giao diện giữa người dùng và phần cứng: nó ẩn đi sự phức tạp, quản lý và chia sẻ bộ xử lý, bộ nhớ, bộ lưu trữ và I/O, đồng thời tải và chạy các chương trình.
- Năm tác vụ quản lý: bộ nhớ (phân bổ, bảo vệ, chuyển trang), thủ tục (lên lịch theo lát cắt thời gian, chuyển đổi), phần cứng (trình điều khiển, bộ đệm, ngắt), tệp (thư mục, không gian, quyền truy cập), bảo mật (tài khoản, mã hóa, tường lửa, nhật ký).
- Đa nhiệm = các khu vực bộ nhớ được bảo vệ + khả năng chuyển đổi theo lát cắt thời gian đủ nhanh để trông giống như diễn ra đồng thời.
- Các tiện ích: định dạng, trình kiểm tra virus, công cụ sắp xếp lại, phân tích và sửa chữa ổ đĩa, nén, sao lưu, mỗi cái đều có một mục đích riêng.