Báo cáo bài tập lớn về quản lí thiết bị ngoại vi hệ điều hành Linux của môn nguyên lí hệ điều hành trường đại học công nghiệp hà nộiLinux hệ điều hành mã nguồn mở từ lâu đã không còn xa lạ với ngườidùng máy tính, nó thu hút được nhiều sự chú ý nhất trong vòng vài năm trở lại đây. Ngay từ khi xuất hiện, nó đã được lan rộng một cách nhanh chóng và biết tới như một hệ điều hành Unix với mã nguồn mở. Thật ngạc nhiên, sự thành công của Linux có được nhờ sự làm lại một trong những hệ điều hànhlâu đời nhất và hiện đang được sử dụng rộng rãi – hệ điều hành Unix.Linux bao gồm cả các công nghệ cũ và mới. Nhìn từ góc độ kỹ thuật,Linux chi là một nhân hệ điều hành, nó hỗ trợ đầy đủ các phục vụ cơ bản về quản lý tiến trình, bộ nhớ ảo, quản lý file và vào ra thiết bị. Nói cách khác, bản thân Linux là phần thấp nhất của hệ điều hành. Tuy nhên, còn khá nhiều rắc rối và bất cập khiến HĐH miễn phí này chưa thể thay thế hoàn toàn Window là nó khá rắc rối khi cài đặt, cực hình với những dòng lệnh, không thể sử dụng tất cả những ứng đụng có thể chạy trên win... và đặc biệt là không hỗ trợ hoàn toàn thiết bị ngoại vi. Hầu hết những thiết bị ngoại vi thông thường như modem, máy in, cạc mạng.... đều làm việc tốt dưới Linux. Tuy vậy có vài loại thiết bị ngoại vi làm việc kém, có loại lại không làm việc.Nhằm giới thiệu thêm những kiến thức cơ bản về cách quản lý thiết bị ngoại vi trong hệ điều hành Linux, Nhóm chúng tôi viết bài luận này muốn được chia sẻ với các bạn những gì chúng tôi biết về cách quản lý thiết bị ngoại vi trong hệ điều hành mã nguồn mở này.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN MƠN: NGUN LÍ HỆ ĐIỀU HÀNH ĐỀ TÀI Nghiên cứu tìm hiểu quản lý thiết bị ngoại vi HĐH Linux Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Hải Nhóm 08 Trần Viết Cường Phạm Văn Đức Hoàng Hữu Duy Nguyễn Đăng Huy Hoàng Đỗ Khánh Vinh Hà Nội, Ngày 24 tháng 12 năm 2021 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin MỤC LỤC Tìm hiểu thiết bị ngoại vi 1.1 Thiết bị ngoại vi gì? 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Một số thiết bị ngoại vi phổ biến 1.2 Nhận biết cổng khe cắm máy tính 1.2.1 Cổng gì? Chức chính? 1.2.2 Cổng nối tiếp cổng song song 1.2.3 Các cổng phổ biến Công dụng loại cổng, tốc độ truyền liệu 1.2.4 Khe cắm PCI, ISA Yêu cầu nguyên tắc xử lí thiết bị ngoại vi 2.1 Yêu cầu quản lý thiết bị ngoại vi 2.2 Nguyên tắc phân cấp quản lý thiết bị ngoại vi Các kĩ thuật quản lý thiết bị ngoại vi 3.1 Kỹ thuật vùng đệm 3.2 Kỹ thuật kết khối 3.3 Xử lí lỗi 3.4 SPOOL Kết luận Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thơng Tin LỜI NĨI ĐẦU Linux - hệ điều hành mã nguồn mở từ lâu khơng cịn xa lạ với người dùng máy tính, thu hút nhiều ý vòng vài năm trở lại Ngay từ xuất hiện, lan rộng cách nhanh chóng biết tới hệ điều hành Unix với mã nguồn mở Thật ngạc nhiên, thành cơng Linux có nhờ làm lại hệ điều hànhlâu đời sử dụng rộng rãi – hệ điều hành Unix Linux bao gồm công nghệ cũ Nhìn từ góc độ kỹ thuật, Linux chi nhân hệ điều hành, hỗ trợ đầy đủ phục vụ quản lý tiến trình, nhớ ảo, quản lý file vào thiết bị Nói cách khác, thân Linux phần thấp hệ điều hành Tuy nhên, nhiều rắc rối bất cập khiến HĐH miễn phí chưa thể thay hồn tồn Window rắc rối cài đặt, cực hình với dịng lệnh, khơng thể sử dụng tất ứng đụng chạy win đặc biệt khơng hỗ trợ hồn tồn thiết bị ngoại vi Hầu hết thiết bị ngoại vi thông thường modem, máy in, cạc mạng làm việc tốt Linux Tuy có vài loại thiết bị ngoại vi làm việc kém, có loại lại khơng làm việc Nhằm giới thiệu thêm kiến thức cách quản lý thiết bị ngoại vi hệ điều hành Linux, Nhóm chúng tơi viết luận muốn chia sẻ với bạn biết cách quản lý thiết bị ngoại vi hệ điều hành mã nguồn mở Tìm hiểu thiết bị ngoại vi 1.1 Thiết bị ngoại vi gì? Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin 1.1.1 Khái niệm - Thiết bị ngoại vi tên chung nói đến số loại thiết bị bên thùng máy gắn kết với máy tính với tính nhập xuất (IO) mở rộng khả lưu trữ (như dạng nhớ phụ) - Các thiết bị ngoại vi: Màn hình Ổ đĩa mềm Ổ đĩa quang (CD, DVD) Ổ đĩa cứng USB, thẻ nhớ, Bàn phím Chuột Loa, tai nghe 1.1.2 Phân loại 1.1.2.1 Thiết bị nhập liệu - Thiết bị nhập liệu thiết bị chuyển đổi liệu người hiểu sang dạng liệu máy tính hiểu - Ví dụ: Bàn phím, chuột, thiết bị đọc thẻ từ… 1.1.2.2 Thiết bị xuất liệu - Thiết bị xuất: Chuyển đổi liệu máy tính xử lí sang dạng liệu mà người hiểu Dữ liệu hiển thị (bản mềm): biểu diễn hình thiết bị Dữ liệu in ấn (bản cứng): biểu diễn giấy - Ví dụ: Màn hình, máy in, … 1.1.2.3 Thiết bị vừa nhập vừa xuất - Ví dụ: Đĩa cứng, đĩa mềm, … 1.1.3 Một số thiết bị phổ biến - Màn hình máy tính: Là thiết bị điện tử gắn trực tiếp máy tính đảm nhận chức hiển thị giao tiếp người dùng với máy tính Máy tính cá nhân tách rời hình cịn máy tính xách tay khơng thể Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin - Chuột Chuột máy tính thiết bị ngoại vi dùng để điều khiển làm việc trực tiếp với máy tính thơng qua trỏ chuột hình hiển thị - Loa máy tính Là thiết bị phát âm tích hợp sẵn nhằm phục vụ cho việc giao tiếp giải trí Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin - Webcam loại máy quay phim kỹ thuật số chế tạo riêng cho máy tính cá nhân nhằm giúp người dùng thực gọi video, gửi thư hình ảnh, tải hình ảnh - Ổ cứng gắn ổ cứng di động Ổ cứng nhớ không bị liệu điện hay bị ngừng cấp điện Thiết bị ngoại vi dùng để lưu trữ liệu bề mặt đĩa hình trịn phủ vật liệu từ tính Ổ cứng lắp cố định máy tính nên khơng thể thay 1.2 Nhận biết cổng khe cắm máy tính 1.2.1 Khái niệm - Một cổng kết nối máy tính đóng vai trị giao diện hay đơn giản điểm kết giao tiếp máy tính thiết bị ngoại vi khác - Chức cổng máy tính điểm gắn kết, cáp từ thiết bị ngoại vi cắm vào thơng qua đó, cho phép liệu truyền đến thiết bị Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin 1.2.2 Cổng nối tiếp cổng song song 1.2.2.1 Cổng nối tiếp (Serial port) - cổng thơng dụng máy tính máy tính truyền thống dùng kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính như: bàn phím, chuột điều khiển, modem, máy qt, - Cổng nối tiếp cịn có tên gọi khác Cổng COM 1.2.2.2 Cổng song song - Cổng song song (chuẩn LPT) truyền nhiều bit thời điểm Cổng thường được dùng để kết nối máy in, máy vẽ, máy quét Cổng sử dụng chủ yếu loại đầu nối 25 chân chiều dài cap không 2m 1.2.3 Các loại cổng phổ biến 1.2.3.1 HDMI - HDMI (High-Definition Multimedia Interface) giao diện kỹ thuật số để kết nối thiết bị có độ nét cao siêu nét hình máy tính, HDTV, đầu đĩa Blu-Ray, thiết bị chơi game hay máy ảnh độ nét cao, … Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin 1.2.3.2 Cổng kết nối USB-Type C - USB-Type C cổng kết nối hệ thay cho USBType A trang bị cho số dịng laptop nay, chí cịn trang bị cho smartphone 1.2.3.3 Cổng kết nối USB-Type A (USB 2.0 3.0) Thông thường cổng USB 3.0 phân biệt với cổng 2.0 cách sơn xanh - Đây loại cổng kết nối phổ biến kế nối với Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin hầu hết thiết bị ngoại vi Bao gồm cổng USB 2.0 USB 3.0 1.2.3.4 Giao thức Thunderbolt - Thunderbolt xem giao thức kết nối laptop nhanh với tốc độ truyền tải lên đến gần 5GB/s, gấp lần cổng USB 3.1 1.2.3.5 Cổng kết nối VGA Cổng VGA lớn chút - Đây loại cổng kết nối xuất hình ảnh tương tự analog Mặc dù đời từ lâu loại cổng phổ biến loại laptop, TV máy chiếu 1.2.3.6 Cổng kết nối LAN RJ-45 Cổng kết nối ETHERNET hay gọi cổng LAN RJ-45 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin - Cổng LAN RJ-45 cổng hỗ trợ kết nối internet thiếu loại máy tính kể laptop PC Với ưu điểm tốc độ kết nối ổn định mạnh so với sử dụng wifi, loại cổng sử dụng thường xuyên ngày wifi phổ biến 1.2.4 Khe cắm PCI, ISA 1.2.4.1 PCI - PCI (Peripheral Component Interconnect) khái niệm để chuẩn giao tiếp linh kiện phần cứng máy tính với - Hiện có chuẩn khe cắm PCI bao gồm: PCI x1, PCI x4, PCI x8, PCI x16, PCI x32 Yêu cầu nguyên tắc xử lí thiết bị ngoại vi 2.1 Yêu cầu quản lý thiết bị ngoại vi - Chức thiết bị ngoại vi đảm nhiệm việc truyền thông tin qua lại phận hệ thống Do đó, yêu cầu Hệ điều hành tìm phương pháp tổ chức truy nhập thơng tin thiết bị 10 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin - Ngồi thiết bị ngoại vi có tính chất bắt buộc (màn hình, bàn phím, chuột, máy in, …) hệ thống máy tính phải có khả kết nối với số lượng tùy ý thiết bị ngoại vi bổ sung Các thiết bị ngoại vi khác chất nguyên lý hoạt động, Hệ điều hành cần phải tìm cách quản lý, điều khiển khai thác thiết bị cách có hiệu - CPU khơng làm việc trực tiếp với thiết bị ngoại vi cần phải tổ chức thiết bị cho CPU không phụ thuộc vào biến động thiết bị 2.2 Nguyên tắc phân cấp quản lý thiết bị ngoại vi 2.2.1 UCB Driver 2.2.2 Kênh vào • Máy tính hệ I II: Processor làm việc trực tiếp với thiết bị ngoại vi, • Hạn chế: Tốc độ - Số lượng - Chủng loại, • Từ hệ III trở lên: Phân kênh vào Bộ điều khiển kênh (Controllers) • • • • Phép trao đổi vào ra: thực theo nguyên lý Macroprocessor, Với máy vi tính: Thiết bị điều khiển vào I/O Card, Máy Card on Board Lập trình Card vào/ra: Viết TOOLS khởi tạo chương trình kênh, • Khái niệm kênh bó (Multiplex), Card Multimedia: 11 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin Processor TB điều khiển TB ngoại vi Các kĩ thuật áp dụng quản lí thiết bị 3.1 Kĩ thuật vùng đệm 3.1.1 Khái niệm - Vùng đệm vùng nhớ trung gian dùng làm nơi lưu trữ thông tin tạm thời thao tác vào/ra - Để thực thao tác vào/ra, hệ thống cần phải thực bước sau: Kích hoạt thiết bị Chờ thiết bị đạt trạng thái thích hợp Chờ thao tác vào/ra thực 3.1.2 Phân loại vùng đệm - Vùng đệm chung chuyển - Vùng đệm xử lí - Vùng đệm vịng trịn 3.1.3 Ví dụ: - Bàn phím hoạt động chip xử lý bàn phím, chúng liên tục kiểm tra trạng thái ma trận quét (scan matrix) để xác định công tắc tọa độ X, Y đóng hay mở ghi mã tương ứng vào đệm Sau khoảng thời gian định chức vùng đệm trao đổi cho vòng tròn tức vùng đệm vào thành vùng đệm xử lý, vùng đệm xử lý thành vùng đệm xuất hình - Máy chơi game cầm tay: 12 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin Máy chơi game cầm tay kết nối thông qua cổng USB bluetooth Khi nhận tín hiệu điều khiển, tín hiệu đưa đến vùng nhớ đệm Khi gặp lệnh đọc (read) xác định địa chi thơng tin, sau xử lí thơng tin vùng đệm trung chuyển đưa hình kết thơng qua lệnh write Cả việc vào tổ chức vùng đệm 3.2 Kĩ thuật kết khối - Để giảm số lần truy nhập vật lí, hệ thống cịn sử dụng kĩ thuật kết khối tức ghép nhiều ghi logic thành ghi vật lí việc trao đổi thơng tin phận tiến hành theo ghi vật lí - Hệ thống file XFS: phát triển công ty Silicon Graphic năm 1990 để khắc phục hạn chế hệ thống file hành kích thước số lượng partition directory file XFS hệ thống file 64 bits Kèm theo công cụ Volume Manager cho phép quản lý tới 128 Volume, Volume ghép lên tới 100 partition đĩa cứng vật lý, hỗ trợ chức journaling liệu Khả bảo đảm tốc độ truy cập liệu cho ứng dụng, cho phép ứng dụng trì tốc độ truy xuất liệu đĩa - Hệ thống file JFS: phát triển IBM, xây dựng cho internet file server với đặc điểm thời gian khởi động máy nhanh, dung lượng chứa liệu cao JFS hệ thống file 64 bits JFS hỗ trợ journaling cho liệu, dựa phương pháp thường sử dụng hệ sở liệu: ghi lại trình thao tác thay đổi file (transaction) Trong trường hợp có cố xảy hệ thống cần cho khơi phục lại transaction trước mà không cần phải đọc lại hết journal log, giúp cho trình phục hồi nhanh JFS hỗ trợ tính Logical Volumes cho phép nối partition vật lý thành partition logic với dung lượng cao 3.3 Xử lý lỗi 13 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin - Phương pháp chủ yếu áp dụng chống lỗi vào/ra giao trách nhiệm phát lỗi cho hệ thống Nếu hệ thống không tự khắc phục thông báo lỗi cho người dùng tự giải - Ổ cứng: Kiểm tra lỗi ổ cứng công cụ badblocks tool Terminal Công cụ giúp người dùng phát lỗi ổ cứng sửa chữa lỗi mã sửa lỗi hệ thống Hệ thống cung cấp cho người dùng công cụ để sửa lỗi mã sửa lỗi lập trình sẵn Cú pháp terminal: $ sudo badblocks -v /dev/sdb: kiểm tra hiển thị số lỗi ổ có địa sdb Nếu khơng có lỗi trả “0 bad blocks found” Nếu có lỗi hệ thống có cung cấp cho người dùng công cụ sửa lỗi e2fsck (dành cho ext2 / ext3 / ext4) fsck với tệp badsectors.txt để hướng dẫn hệ điều hành không ghi vào bad sector Tuy nhiên trước sử dụng câu lệnh e2fsck đảm bảo ổ not mounted: chưa liên kết (lệnh mount để thông báo cho hệ thống có tồn thiết bị Do để sử dụng thiết bị lưu trữ Linux cần đến lệnh mount) Ví dụ với ổ đĩa có địa sda: Cú pháp: $ sudo e2fsck -l badsectors.txt /dev/sda 14 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin $ sudo fsck -l badsectors.txt /dev/sda - USB Khi cắm USB vào xuất lỗi “device not found” tức thiết bị chưa kết nối đến máy tính Hệ thống tự sửa lỗi mà gửi thông báo đến người dùng để người dùng biết cắm lại làm cách để giải 3.4 SPOOL (hệ thống mô phép trao đổi ngoại vi chế độ trực tiếp) - Nhiệm vụ SPOOL tạo hiệu ứng sử dụng song song, thị phép khai thác chế độ Việc mô thiết bị ngoại vi xuất thiết bị ảo Mỗi thiết bị ngoại vi cộng với chương trình mơ tạo thiết bị hoàn toàn khác tay người sử dụng - Bàn phím: Khi khơng có bàn phím gắn vào máy tính bạn muốn có tùy chọn đại hơn, bạn sử dụng tính bàn phím ảo hệ điều hành Linux Sử dụng lênh Terminal với câu lệnh: $ onboard hình bàn phím để người dùng thao tác sử dụng song song với bàn phím Thơng tin thiết bị ảo chuyển đến thiết bị thật 15 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thông Tin - Máy in (Printer) Các tài liệu in lưu trữ SPOOL sau thêm vào hàng đợi để in Trong thời gian này, nhiều quy trình thực hoạt động chúng sử dụng CPU mà không cần chờ đợi máy in thực quy trình in tài liệu Nhiều tính thêm vào trình in Spooling, đặt mức độ ưu tiên thơng báo q trình in hồn thành chọn loại giấy, cỡ giấy khác để in theo lựa chọn người dùng 16 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội – Khoa Công Nghệ Thơng Tin KẾT LUẬN Như ta thấy từ đời đến này, tính đến thời điểm tại, Linux có nhiều biến thể phiên khác nhau, xây dựng phát triển riêng biệt công ty phần mềm cá nhân Hiện nay, sau 20 năm tồn phát triển, Linux sử dụng rộng rãi tồn giới, máy tính cá nhân, máy chủ, đến thiết bị di động, máy nghe nhạc, máy tính bảng, máy ATM chí siêu máy tính Ngày nay, Linux xem biểu tượng chia sẻ cộng đổng, phát triển cộng đồng ủng hộ hồn tồn miễn phí Với tính ngày tiên tiến, hệ thống File nâng cấp, hoàn thiện đáp ứng nhu cầu người sử dụng Hệ điều hành Linux ngày phát triển tương lai 17 ... ISA Yêu cầu nguyên tắc xử lí thiết bị ngoại vi 2.1 Yêu cầu quản lý thiết bị ngoại vi 2.2 Nguyên tắc phân cấp quản lý thiết bị ngoại vi Các kĩ thuật quản lý thiết bị ngoại vi 3.1 Kỹ thuật vùng đệm... quản lý thiết bị ngoại vi hệ điều hành Linux, Nhóm vi? ??t luận muốn chia sẻ với bạn chúng tơi biết cách quản lý thiết bị ngoại vi hệ điều hành mã nguồn mở Tìm hiểu thiết bị ngoại vi 1.1 Thiết bị. .. hoàn toàn thiết bị ngoại vi Hầu hết thiết bị ngoại vi thông thường modem, máy in, cạc mạng làm vi? ??c tốt Linux Tuy có vài loại thiết bị ngoại vi làm vi? ??c kém, có loại lại khơng làm vi? ??c Nhằm giới