Hệ điều hành, từ bên trong
Máy bạn đang mở 300 tiến trình trên 8 lõi. Không tiến trình nào biết mình sẽ được chạy tiếp lúc nào, mỗi tiến trình vẫn tin rằng mình có 16 GB bộ nhớ riêng, và cả 300 cùng đọc một đĩa SSD theo thứ tự do kernel quyết định. Khoá này giải thích cơ chế nào tạo ra ba ảo giác đó, và cái giá phải trả cho từng cơ chế.
Bạn sẽ tự tay làm được
- Tính bằng giấy rồi kiểm bằng code: waiting time trung bình của FCFS, SJF, SRTF, RR trên cùng 5 tiến trình — và chỉ ra quantum nào làm response time giảm gần 10 lần mà waiting time chỉ tăng 14%.
- Dịch một địa chỉ ảo 32-bit thành địa chỉ vật lý qua bảng trang hai cấp, rồi đối chiếu với
/proc/<pid>/mapstrên máy mình. - Đếm page fault của FIFO, LRU, OPT trên cùng một chuỗi tham chiếu trang và giải thích bất thường Belady.
- Gây ra một race condition, đo số lần mất cập nhật, rồi sửa bằng mutex và đo lại.
- Tính kích thước file tối đa của một inode 12 direct + single/double/triple indirect với block 4 KiB.
- Viết 20 dòng C gây stack overflow để thấy vì sao return address bị ghi đè.
Khoá học dành cho ai
Sinh viên CNTT đã học C và kiến trúc máy tính; kỹ sư backend cần hiểu vì sao service của mình bị context switch; người làm an toàn thông tin cần đọc được bộ nhớ tiến trình và cơ chế bảo vệ của kernel.
Cần có trước
C (con trỏ, mảng), khái niệm CPU/RAM/I/O, một máy Linux hoặc VM Ubuntu — mọi bài thực hành chạy trên đó.
Cấu trúc
9 phần · 21 bài · 15 tuần · 3 bài kiểm tra. Mỗi bài 60–120 phút, gồm 1 trace có số, 1 demo chạy được và 1 lệnh đo trên máy thật. Bài tập ba tầng: tính tay ra số, sửa một lỗi, thiết kế dưới một ràng buộc.
Giáo trình tham chiếu
Operating System Concepts, 10th ed. (Silberschatz, Galvin, Gagne, 2018) — dùng để tra cứu sâu thêm; bài giảng được viết lại độc lập, không phải bản tóm tắt chương.
Features
- 21 bài giảng chi tiết tương ứng 21 chương sách Operating System Concepts 10th Edition
- Hệ thống bài kiểm tra trắc nghiệm (Quizzes) đánh giá năng lực theo từng chủ đề
- Ví dụ minh họa thực tế với POSIX API, Pthreads, Linux Kernel Modules và Windows 10 internals
- Kiến thức nền tảng quan trọng cho Kỹ sư Hệ thống, An toàn thông tin (Cybersecurity) và Phát triển Phần mềm
Target audiences
- Sinh viên ngành Khoa học Máy tính, Kỹ thuật Phần mềm, An toàn Thông tin
- Lập trình viên muốn hiểu sâu về cách hệ điều hành quản lý tiến trình, đa luồng và bộ nhớ
- Chuyên viên An ninh mạng / Reverse Engineer cần nắm vững kiến trúc Kernel, Process, Memory và Security/Protection của Linux & Windows
Requirements
- Kiến thức cơ bản về ngôn ngữ lập trình C hoặc Java
- Hiểu biết cơ bản về Kiến trúc máy tính (CPU, RAM, I/O)
- Môi trường thực hành Linux (Ubuntu/Debian hoặc máy ảo) để chạy thử các ví dụ hệ thống
Curriculum
- 9 Sections
- 21 Lessons
- 10 Weeks
Expand all sectionsCollapse all sections
- Phần 1: Tổng quan về Hệ điều hành (Part One: Overview)2 ItemsGiới thiệu tổng quan về chức năng của hệ điều hành, tổ chức hệ thống máy tính, kiến trúc đa nhân, chế độ hoạt động (Dual-Mode), System Calls và cấu trúc thiết kế Kernel.
- Phần 2: Quản lý Tiến trình & Đa luồng (Part Two: Process Management)4 ItemsNghiên cứu khái niệm Tiến trình (Process), lập lịch tiến trình, truyền thông liên tiến trình (IPC), lập trình đa luồng (Threads & Concurrency) và các giải thuật định thời CPU (CPU Scheduling).
- 2.1Chương 3: Tiến trình và Truyền thông Liên tiến trình (Processes & IPC)120 minutes
- 2.2Chương 4: Luồng và Xử lý Đồng thời (Threads & Concurrency)105 minutes
- 2.3Định thời CPU: chọn tiến trình nào chạy tiếp120 minutes
- 2.4Bài kiểm tra số 1: Tổng quan HĐH, Tiến trình, Đa luồng & Định thời CPU20 minutes4 Questions
- Phần 3: Đồng bộ hóa Tiến trình & Deadlocks (Part Three: Process Synchronization)3 ItemsGiải quyết bài toán tranh chấp dữ liệu (Race Condition), vùng găng (Critical Section), các công cụ đồng bộ hóa phần cứng/phần mềm (CAS, Mutex, Semaphore, Monitor), các bài toán đồng bộ kinh điển và xử lý Deadlocks.
- Phần 4: Quản lý Bộ nhớ (Part Four: Memory Management)3 ItemsQuản lý bộ nhớ vật lý (Main Memory), cơ chế phân trang (Paging), bảng trang (Page Table), TLB, Swapping và Bộ nhớ ảo (Virtual Memory: Demand Paging, Copy-on-Write, Page Replacement, Thrashing).
- Phần 5: Quản lý Lưu trữ & Hệ thống I/O (Part Five: Storage Management)2 ItemsCấu trúc lưu trữ thứ cấp (HDD, NVM/SSD), thuật toán lập lịch đĩa (Disk Scheduling), cấu hình RAID, phần cứng I/O và phân hệ Kernel I/O Subsystem.
- Phần 6: Hệ thống Tập tin (Part Six: File System)3 ItemsGiao diện hệ thống tập tin (File-System Interface), cấu trúc thư mục, phương pháp cấp phát khối dữ liệu, quản lý vùng trống, Virtual File System (VFS), Journaling và hệ thống tập tin mạng (NFS).
- Phần 7: An toàn và Bảo vệ Hệ thống (Part Seven: Security and Protection)2 ItemsBảo mật hệ thống trước các mối đe dọa chương trình và mạng (Buffer Overflow, Code Injection, Malware), mật mã học, xác thực người dùng, cùng các cơ chế bảo vệ nội tại (Protection Rings, Access Matrix, RBAC, MAC, Capabilities).
- Phần 8: Chủ đề Nâng cao - Ảo hóa & Phân tán (Part Eight: Advanced Topics)2 ItemsCông nghệ ảo hóa (Virtual Machines, Hypervisors Type 0/1/2, Hardware Assistance), Containers (Docker, Kubernetes) và kiến trúc Mạng & Hệ thống Phân tán (Distributed Systems).
- Phần 9: Nghiên cứu Thực tế - Linux & Windows 10 (Part Nine: Case Studies)3 ItemsPhân tích chuyên sâu kiến trúc thực tế của hai hệ điều hành phổ biến nhất thế giới: Hệ điều hành Linux (Kernel 4.x+) và Microsoft Windows 10.
Instructor
