Chương 13 Quản lý thiết bị nhập xuất

BÀI TẬP LỚN MÔN LÝ THUYẾT HỆ ĐIỀU HÀNH Thành viên nhóm:  Bùi Khắc Hoài Nam  Nguyễn Hữu Hoài Nhân  Tạ Quang Vinh  Nguyễn Vũ Hoàng  Nguyễn Tăng Trường  Lê Đình Trung  Trần Ngọc Toàn  Trần Thị Mỹ Kiều  Mai Viết Việt  Trần Phúc Thịnh  Lê Minh Thắng Chương 13: Quản Lý Nhập Xuất  Tổng Quát  Phần Cứng I/O  Ứng Dụng Giao Diện I/O  Hệ Thống Con I/O Của Nhân  Chuyển Đổi I/O Đến Phần Cứng  Streams  Năng Lực  Tóm tắt Mục Đích  Nắm được các cơ sở của phần cứng I/O.  Biết được các dịch vụ I/O được cung cấp bởi hệ điều hành.  Hiểu cách hệ điều hành làm cầu nối giữa giao diện phần cứng và giao diện ứng dụng.  Biết các khía cạnh về chức năng của I/O và các nguyên lý thiết kế hệ điều hành để cải tiến chức năng I/O. Tổng Quát  Máy tính có 2 công việc chính : nhập xuất và xử lý.  Vai trò của hệ điêu hành trong máy tính là quản ly, điều khiển nhập xuất và hoạt động nhập xuất  Cách điều khiển các thiết bị được nối kết tới máy tính là mối quan tâm chủ yếu của người thiết kế hệ điều hành.  Công nghệ thiết bị I/O thể hiện hai xu hướng trái ngược nhau:  Tăng sự chuẩn hoá phần mềm và giao diện phần cứng.  Tăng sự đa dạng của các thiết bị I/O. − Device drive(trình điều khiển) Để hợp nhất các thiết bị mới vào máy tính và hệ điều hành Phần cứng nhập xuất  Phần cứng I/O được chia làm 3 loại phổ biến  Thiết bị giao diện người dùng (màn hình, bàn phím, chuột, máy in )  Thiết bị lưu trữ ( đĩa, băng từ, card giao tiếp )  Thiết bị truyền : như modem )  Các thiết bị giao tiếp với máy bằng một điểm nối kết (cổng-port) ví dụ : cổng tuần tự,usb…  Một bus là một tập hợp dây dẫn truyền thông tin giữa máy tính và các thiết bị nhập xuất. Ví dụ: PCI bus, SCSI bus Kiến trúc PC thông thường I/O hardware  Các lệnh vào ra điều khiển các thiết bị vào ra  Môt cổng I/O thông thường có 4 thanh ghi, đó là status, control,data-in, và thanh ghi data-out.  Địa chỉ các cổng thiết bị nhập xuất trên PC Polling( thăm dò)  Polling giúp CPU xác định được trạng thái cua thiết bi  Busy bit : bít bận  Command-ready bit : bit sẵn sàng nhận lệnh  Là một vòng lặp byte đợi vào ra từ thiết bị: Nó ở trong một vòng lặp, đọc thanh ghi trang thái cho đến khi bit bận. Ví dụ đọc trạng thanh ghi trạng thái của cổng tuần tự( serial port đê tránh tràn bộ đệm gây ra việc mất dữ liệu).  Nếu bộ điều khiên và thiết bị nhanh thì phương pháp này là một phương pháp phù hợp nhưng nếu chờ đợi lâu nó sẽ chuyển sang một tác vụ khác. polling sẽ không hiệu quả khi được lặp lại nhiều lần, hiếm khi tìm một thiết bị sẳn sàng trong lần thăm dò đầu tiên, trong khi cần dùng CPU để xử lý cho các công việc khác ( bộ điều khiển phần cứng nên có một cơ chế báo trạng thái lỗi cho bus). Interrupts (ngắt)  Khái niêm: ngắt là Cơ chế phần cứng cho phép một thiết bị thông báo tới CPU  Phần cứng CPU có một dây dẫn gọi là dòng yêu cầu ngắt (interrupt-request line) chứa các ngắt đến  Khi xuất hiên thông báo yêu cầu ngắt:  CPU lưu một lượng nhỏ trạng thái như giá trị hiện hành của con trỏ lệnh và nhảy tới thủ tục của bộ quản lý ngắt(interrupt-handler) tại địa chỉ cố định trong bộ nhớ  Bộ quản lý ngắt xác định nguyên nhân gây ra ngắt, thực hiện xử lý cần thiết, thực thi chỉ thị từ ngắt để trả về CPU trạng thái thực thi trước khi ngắt. Hinh 2 Chu kỳ nhập/xuất xử lý ngắt [...]... truyền dữ liệu của DMA Ứng dụng giao diên nhập/ xuất Sự khác nhau của các thiết bị nhâp xuất được lưu trong kermel module được gọi là device driver.( điều khiển thiết bị)  Điều khiển thiết bị là để che đi sự khác biệt giữa các bộ điều khiển thiết bị từ hệ thống I/O con của nhân  Một thiết bị được cho có thể có nhiều loại khác nhau:  Dòng ký tự hay khối  Truy xuất tuần tự hay ngẫu nhiên  Đồng bộ hay... cho mỗi thiết bị  Chức năng  Có thể cải tiến hiệu năng hệ thống  Có thể chia sẻ truy xuất thiết bị đồng đều giữa các quá trình  Giảm thời gian chờ đợi Hệ thống con nhập xuất của nhân (tiếp) Vùng đệm: Vùng đệm là một vùng bộ nhớ lưu trữ dữ liệu trong khi chúng được chuyển giữa hai thiết bị hay giữa thiết bị và ứng dụng 3 lý do để thực hiện vùng đệm:  Không khớp tốc độ giữa các thiết bị  Làm... chỉ ghi Hình 4: Các đặc điểm của các thiết bị nhập xuất Thiết bị vào ra theo khối và ký tự  Thiết bị I/O theo khối giữ lại tất cả các khía cạnh cần thiết cho việc điều khiển đĩa truy cập và khối khác theo định hướng thiết bị  Các lệnh read (),write() và seek()  Dạng nguyên bản của I/O hay truy cập tập tin hệ thông  Truy nhâp file theo Phân vùng bộ nhớ  Thiết bị ký tự bao gồm keybroards, chuôt,... thiết bị  Làm thích ứng giữa các thiết bị có kích thước truyền dữ liệu khác nhau  Bảo vệ “ngôn ngữ sao chép” cho nhập/ xuất ứng dụng Hệ thống con nhập xuất của nhân (tiếp)  Vùng lưu trữ: (cache) là một vùng bộ nhớ nhanh quản lý các bản sao dữ liệu Vùng lưu trữ giữ vừa đủ một bản sao trên thiết bị lưu trữ  Vùng chứa: là một vùng đệm giữ dữ liệu xuất cho một thiết bị như máy in (mà không thể chấp... thủ tục này:  Quản lý các không gian tên cho tập tin và các thiết bị  Kiểm soát truy cập vào các file và các thiết bị  Hoạt động kiểm soát (ví dụ, một modem không thể tìm kiếm ())  Hồ sơ-hệ thống phân bổ không gian Thiết bị phân bổ  Đệm, bộ nhớ đệm, và cuộn  I / O lập lịch trình  Tình trạng thiết bị giám sát, xử lý lỗi, và phục hồi thất bại Chuyển yêu cầu vào ra tới hoạt động nhâp xuất • • • •... đọc môt tâp tin từ đĩa Xác định thiết bị chứa file Dịch tên tương ứng với thiết bị Đọc dữ liệu từ đĩa vào bộ đệm Trả điêu khiên cho tiên trình Chuyển phần nhập xuất tới hoạt động phần cứng STREAMS • Cho phép có thể giữ và nhân cùng một lúc giưa môt tiến trình người sử dụng với môt thiết bị • Streams head giao tiếp với quá trình sử dụng • Driver end để điều khiển thiết bị • Streams moduler năm giữa 2... liệu vào bộ đệm ( nhâp du liêu từ bàn fim, xử lý trên màn hình  Một thay thế cho lời gọi nonblocking là ansynchronous- trả về giá trị ngay lâp tức mà không cần I/O kết thúc Hình 5 Hệ thống con nhâp xuất của nhân  Phần nhân cung cấp nhiều tiện ích liên quan đến nhập xuất: định biểu thời gian nhâp xuất vùng đệm, vùng lưu trữ, vùng chứa, đặt trước thiết bị và quản lí lỗi  Định biểu tập hợp các yêu cầu... đan xen nhau.)  Đặt trước thiết bị:  Phân phối và thu hồi các thiết bị cho tiến trình  Ngăn chặn deaklock( tắc ngẽn)  Quản lí lỗi:  Hệ điều hành cung cấp sử dung bộ nhớ bảo vệ có thể chống lai nhiều lỗi phân cứng  Trả về một mã lỗi khi yêu cầu vào ra lỗi Hệ thống con nhập xuất của nhân (tiếp)  Sự bảo vệ I/O : Lỗi liên quan chặt chẽ đến vấn đề bảo vệ  Để làm I/O cho một chương trình người dùng... Read queue và write queue Kiến trúc STREAMS Năng Lực  Nhập/ xuất là một yếu tố quan trọng trong năng lực hệ thống  Chúng ta có thể tận dụng nhiều nguyên tắc để cải tiến tính hiệu quả của nhập/ xuất:  Cắt giảm số lượng chuyển ngữ cảnh  Cắt giảm số lần dữ liệu phải được chép vào bộ nhớ trong khi truyền giữa thiết bị và ứng dụng  Cắt giảm tần số xuất hiện ngắt bằng cách dùng sự truyền lớn, bộ điều khiển... gánh nặng chép dữ liệu đơn giản từ CPU  Di chuyển các hàm xử lý cơ bản vào phần cứng, để cho phép họat động của chúng trong các bộ điều khiển thiết bị đồng hành với các thao tác CPU và bus  Cân bằng CPU, hệ con bộ nhớ, bus và năng lực nhập/ xuất vì quá tải trong một vùng bất kỳ sẽ gây rảnh rỗi trong vùng khác Tiến trình mô tả chức năng thiết bị THE END . các thiết bị nhập xuất Thiết bị vào ra theo khối và ký tự  Thiết bị I/O theo khối giữ lại tất cả các khía cạnh cần thiết cho việc điều khiển đĩa truy cập và khối khác theo định hướng thiết. Ứng dụng giao diên nhập/ xuất Sự khác nhau của các thiết bị nhâp xuất được lưu trong kermel module được gọi là device driver.( điều khiển thiết bị)  Điều khiển thiết bị là để che đi sự khác. lý thiết kế hệ điều hành để cải tiến chức năng I/O. Tổng Quát  Máy tính có 2 công việc chính : nhập xuất và xử lý.  Vai trò của hệ điêu hành trong máy tính là quản ly, điều khiển nhập xuất