Đề tài nghiên cứu tìm hiểu về quản lý bộ nhớ ngoài trong hđh windows

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - BÁO CÁO THỰC NGHIỆM MÔN HỌC : KTMT&HĐH Đề tài: “ Nghiên cứu tìm hiểu quản lý Bộ nhớ ngồi HĐH Windows ” Giáo viên : Ths Nguyễn Tuấn Tú Nhóm số : Lớp : IT6067.13-K17 Hà Nội, 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - BÁO CÁO THỰC NGHIỆM MƠN HỌC : KTMT&HĐH Đề tài: “ Nghiên cứu tìm hiểu quản lý Bộ nhớ HĐH Windows ” Giáo viên : Ths Nguyễn Tuấn Tú Sinh viên thực : Trần Thế Hải Đăng - 2022602340 Nguyễn Thành Đạt - 2022602910 Nguyễn Văn Đức - 2022602010 Trịnh Hoài Đức - 2022602824 Nguyễn Ngọc Tú - 2022602254 Hà Nội, 2023 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Mọi ứng dụng máy tính u cầu khơng xử lý thơng tin mà cịn lưu trữ liệu Trong q trình ứng dụng hoạt động, tiến trình lưu trữ phần thông tin không gian địa Tuy nhiên, giới hạn không gian địa ảo hệ thống đáp ứng nhu cầu số ứng dụng cần lưu trữ lượng liệu lớn Hơn nữa, việc mát liệu ứng dụng điều xảy khơng có phương tiện cách quản lý hợp lý Điều đặt ba thách thức chính: mở rộng khả lưu trữ, bảo tồn liệu sau tiến trình kết thúc hỗ trợ truy cập liệu đồng thời tiến trình mơi trường đa nhiệm hệ điều hành Trong Hệ điều hành Windows, để giải thách thức này, giải pháp thường sử dụng lưu trữ thông tin thiết bị nhớ đĩa cứng phương tiện lưu trữ khác Cách tiếp cận không cho phép tiến trình đọc ghi thơng tin mà đảm bảo liệu tồn sau tiến trình kết thúc Quản lý nhớ ngồi hệ điều hành Windows phần quan trọng việc quản lý hệ thống nhớ, không giải vấn đề lưu trữ mà quản lý cách thức hệ thống tương tác với nhớ ngoại Nó liên quan chặt chẽ đến việc điều phối quản lý khơng gian lưu trữ bên ngồi, đồng thời hỗ trợ truy cập hiệu từ tiến trình Trong phần tiếp theo, tìm hiểu chi tiết cấu trúc, quản lý hoạt động nhớ hệ điều hành Windows, tập trung vào cách hệ thống quản lý tối ưu hóa việc sử dụng nhớ bên để đáp ứng yêu cầu đa dạng ứng dụng Nhóm sinh viên thực hiện! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOWS VÀ BỘ NHỚ NGOÀI 1.1 Hệ điều hành Windows Windows hệ điều hành Microsoft phát triển trì Nó điều khiển hoạt động máy tính cung cấp giao diện người dùng cho người dùng tương tác với máy tính ứng dụng Hệ điều hành Windows thường cung cấp tính giao diện đồ họa, quản lý tập tin thư mục, hỗ trợ đa nhiệm, kết nối mạng, bảo mật môi trường cho ứng dụng hoạt động Hệ điều hành Windows cung cấp cho người dùng ứng dụng mặc định Task Manager, File Explorer, Disk Manager, Device Manager,… để quản lý tiến trình , duyệt tổ chức tệp tin, quản lý ổ đĩa phân vùng, kiểm soát thiết bị phần cứng kết nối với máy tính cách dễ dàng hiệu 1.2 Bộ nhớ 1.2.1 Khái niệm Bộ nhớ ngồi máy tính hay gọi nhớ thứ cấp ổ cứng gắn ngoài, thường nằm thiết bị lưu trữ riêng biệt ổ đĩa cứng thể rắn, đĩa CD/DVD Bộ nhớ tháo rời đồng nghĩa sử dụng cho máy tính khác 1.2.2 Cấu trúc vật lý a Đĩa từ (Platter) Trên bề mặt phủ lớp vật liệu từ tính nơi chứa liệu Số lượng đĩa nhiều Mỗi đĩa từ sử dụng hai mặt, đĩa cứng có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, tốc độ với hoạt động Hình 1.1 Cấu tạo đĩa từ b Các rãnh từ (Track) Mỗi mặt đĩa chia thành nhiều rãnh tròn đồng tâm gọi Track c Sector Trên Track chia thành phần nhỏ đoạn hướng tâm thành sector Các sector phần nhỏ cuối chia để chứa liệu Theo chuẩn thơng thường sector chứa dung lượng 512 byte d Cylinder Tập hợp track bán kính (cùng số hiệu trên) mặt đĩa khác thành cylinder e Đầu đọc/ghi (Read Write Heads) Mỗi mặt đĩa có đầu từ để đọc/ghi liệu mặt đĩa đó, để điều khiển đầu đọc/ghi liệu cần có trình điều khiển đĩa Đầu đọc đơn giản cấu tạo gồm lõi ferit cuộn dây Đầu đọc đĩa cứng có cơng dụng đọc liệu dạng từ hóa bề mặt đĩa từ từ hóa lên mặt đĩa ghi liệu Số đầu đọc ghi số mặt hoạt động đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hai lần số đĩa f Trình điều khiển đĩa (Disk controller) Là thiết bị mà đầu đọc/ghi gắn vào nó, sử dụng để điều khiển đầu từ đọc/ghi liệu 1.2.3 Thư mục thiết bị Master Boot Boot Sector (Gồm thành phần master boot record partition ) FAT or None FAT ROOT Directory Database (Là sector đầu (Bảng định vị quản (Cấu trúc thư mục (Vùng lưu trữ tiên ổ đĩa lý liệu đĩa) để tổ chức liệu sở liệu có nhiệm vụ đĩa) user) khởi động) Trên đĩa thơng thường có thư mục thiết bị(Device Directory) cho biết đĩa gồm thơng tin gì, độ dài, kiểu, người sở hữu, thời điểm khởi tạo, vị trí, phân bổ khơng gian nào… Thư mục thiết bị tạo đĩa vùng nhớ đặc biệt 1.2.4 Yêu cầu nhớ ngồi Windows a Quản lý khơng gian nhớ tự (Free Space Manager) Quản lý không gian nhớ tự hệ điều hành trình quản lý xếp vùng không gian trống đĩa để sử dụng cho việc lưu trữ liệu Khi người dùng xóa di chuyển tệp tin, vùng không gian trống xuất ổ đĩa.Việc quản lý nhằm tối ưu hóa việc sử dụng vùng không gian trống này, đảm bảo khơng gian cấp phát cách hiệu tránh tình trạng fragmentation (mảnh vụn) dẫn đến giảm hiệu suất Một số kỹ thuật quản lý không gian trống thường sử dụng: bitvector (bitmap), liệt kê (Free list), nhóm (Grouping), đếm (Counting) b Cấp phát không gian nhớ tự (Allocation Methods) Cấp phát không gian nhớ tự chiến lược thuật toán sử dụng để quản lý cấp phát không gian nhớ cho tệp tin trình hệ thống Có ba phương pháp cấp phát là: cấp phát liên kết (Contiguous Allocation), cấp phát liên kết (Linked), cấp phát theo số (Index) c Cung cấp khả định vị nhớ Để sử dụng nhớ ngoại cách hiệu quả, Windows cần có khả định vị nhận diện thiết bị lưu trữ bên ngồi Điều địi hỏi chức trình điều khiển (driver) giao diện phần cứng tích hợp để hệ thống nhận tương tác với thiết bị lưu trữ ngoại vi cách xác d Lập lịch cho nhớ (Disk Scheduling) Lập lịch cho đĩa xây dựng thuật toán dịch chuyển từ đầu đọc ghi cho thời gian truy nhập đĩa tối ưu Thời gian truy nhập phụ thuộc vào yếu tố: thời gian di chuyển đầu từ đọc/ghi đến track cylindercần thiết, thời gian định vị đầu đọc/ghi khối đĩa cần truy nhập thời gian truy nhập liệu Một số phương pháp lập lịch: First come first served, Shortest seek first, Scan, C-scan, look, C-look CHƯƠNG 2: QUẢN LÝ BỘ NHỚ NGOÀI TRONG HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOWS 2.1 Tương tác với nhớ ngồi 2.1.1 Trình điều khiển đĩa (Disk Driver) Hệ điều hành Windows định vị quản lý hoạt động nhớ ổ cứng cách sử dụng trình điều khiển đĩa (Disk Driver) Disk Driver phần mềm phần cứng cho phép hệ điều Windows tương tác quản lý thiết bị lưu trữ ổ cứng, ổ đĩa SSD, ổ đĩa CD/DVD loại ổ đĩa khác Cơng việc Disk Driver cung cấp giao diện chuẩn cho hệ điều hành để giao tiếp điều khiển hoạt động thiết bị lưu trữ Hình 2.1 Các trình điều khiển ổ đĩa Device Manager Theo hình 2.1, hệ thống Disk Driver cho phép hệ điều hành Windows tương tác với nhớ ngồi bao gồm bốn ổ cứng khác Nó hoạt động giống “người trung gian” Windows ổ cứng 2.1.2 Cách Windows giao tiếp với nhớ Khi bạn muốn thực thao tác đọc ghi liệu từ/đến ổ đĩa, hệ điều hành gửi yêu cầu tới Disk Driver Disk driver nhận yêu cầu này, dịch thành lệnh cụ thể mà thiết bị lưu trữ hiểu được, sau điều khiển hoạt động thiết bị để thực yêu cầu từ hệ điều hành Công việc Disk Driver: + Giao tiếp với thiết bị lưu trữ: Điều khiển việc truyền lệnh nhận liệu từ ổ đĩa cần thiết + Quản lý nhớ đệm: Sử dụng nhớ tạm để lưu trữ liệu chuyển đổi tốc độ truy cập ổ đĩa nhớ + Xử lý lỗi: Thực sửa chữa lỗi trình truy cập liệu, áp dụng kỹ thuật ECC để khắc phục lỗi + Quản lý truy cập đĩa: Điều chỉnh thực việc đọc/ghi liệu từ vị trí đĩa để đảm bảo hiệu suất truy cập liệu cao 2.2 Phân chia nhớ Hệ điều hành Windows phân chia ổ đĩa đơn thành hay nhiều phân vùng khác với dung lượng phân vùng khác tuỳ theo cách người dùng thiết lập chúng Phân vùng ổ cứng thực tế khối không trung ổ đĩa mà Windows quản trị riêng biệt Nếu phân vùng bị hỏng khơng có nghĩa phân vùng cịn lại Hình 2.2 Các phân vùng riêng biệt ổ đĩa Hệ điều hành Windows phân chia ổ đĩa phân vùng chính: + EFI System Partition: Đây số phân vùng đề cập trước mà khơng có kí tự ổ đĩa lại quan trọng Nơi chứa tập tin thiết yếu để khởi động Windows file khơng xóa + Recovery Partition: Phân giúp bạn khôi phục hệ thống phân vùng bị hỏng + Primary Partition: Đây phân vùng hệ điều hành Windows, cung cấp tệp tin để hệ điều hành hoạt động Và chứa liệu ứng dụng khác Khơng vậy, Windows cịn chia ổ đĩa nhiều phân vùng khác tuỳ theo nhu cầu người dùng để chứa liệu ứng dụng hệ điều hành, hay liệu người dùng nhập vào nhớ Hình 2.3 Phân vùng chứa liệu (Basic Data Partition) Dữ liệu nhớ hệ điều hành Windows tổ chức theo kiểu cấu trúc (Tree Directory) Hình 2.4 Tree Directory Trên ổ đĩa có thư mục gốc (root directory), thư mục gốc có thư mục cấp một, thư mục cấp tồn thư mục cấp hai,… Trong thư mục chứa tệp tin (file) Tập hợp thư mục đĩa tạo thành cấu trúc thư mục 2.3 Phần mềm quản lý nhớ 2.2.1 Disk Management Disk Management cơng cụ tích hợp sẵn hệ điều hành Windows Nó cho phép người dùng quản lý dễ dàng ổ đĩa có máy tính mình, cung cấp giao diện trực quan giúp người dùng dễ dàng theo tác sử dụng Hình ảnh cho thấy giao diện tổng quan Disk Management quản lý số ổ đĩa Hình 2.5 Giao diện phần mềm Disk Management Cơng cụ có giao diện đơn giản, phù hợp với người dùng Windows giúp người dùng nhanh chóng quản lý nhớ Các chức Disk Management: Hình 2.6 Chức tạo phân vùng - New simple volume: Người dùng dễ dàng tạo phân vùng để chứa liệu từ ô nhớ cịn trống ổ đĩa Hình 2.7 Các chức khác - Mark Partition as Active: Đánh dấu phân vùng phân vùng hoạt động, áp dụng cho phân vùng chứa hệ điều hành sử dụng khởi động máy tính - Change Drive Letter and Paths : Thay đổi chữ ổ đĩa đường dẫn phân vùng Điều cho phép bạn thay đổi cách mà hệ thống gán chữ hay đường dẫn cho phân vùng - Format : Chuẩn bị ổ đĩa phân vùng cách xóa tồn liệu có chuẩn bị cho việc sử dụng lại Định dạng xóa thơng tin lưu trữ phân vùng - Extend Volume : Mở rộng dung lượng phân vùng cách sử dụng khơng gian trống cịn lại ổ đĩa - Shrink Volume : Giảm dung lượng phân vùng cách thu hẹp không gian không sử dụng phân vùng để tạo khơng gian trống - Delete Volume : Xóa phân vùng khỏi ổ đĩa Lưu ý việc xóa phân vùng xóa tất liệu phân vùng 2.2.2 File Explorer Windows Explorer ứng dụng tích hợp sẵn hệ điều hành Windows Microsoft Nó sử dụng để quản lý duyệt tệp tin thư mục máy tính bạn Windows Explorer cho phép bạn thực thao tác chép, di chuyển, xóa đổi tên tệp tin thư mục Ngồi ra, bạn tạo, xếp tìm kiếm tệp tin thư mục cách sử dụng giao diện trực quan dễ sử dụng Đây phần quan trọng giao diện người dùng Windows, giúp bạn dễ dàng quản lý tìm kiếm liệu lưu nhớ Hình 2.8 Phần mềm File Explorer File Explorer có thành phần giúp người dùng quản lý hệ thống tệp tin: - Thanh tiêu đề: Hiển thị tên thư mục đường dẫn đầy đủ Dùng để di chuyển đến thư mục khác - Thanh địa chỉ: Cho phép nhập đường dẫn tìm kiếm thư mục - Khung thư mục: Hiển thị thư mục, giúp duyệt chọn thư mục - Khung chứa tệp: Hiển thị danh sách tệp thư mục thư mục xem - Thanh công cụ: Các biểu tượng tùy chọn cho tác vụ chép, di chuyển, xóa, v.v - Khung xem trước: Hiển thị nội dung tệp thư mục chọn - Thanh trạng thái: Hiển thị thông tin thư mục số tệp tin dung lượng - Phân cấp thư mục: Mở đóng thư mục thư mục - Nút điều hướng quốc tế: Nút "Quay lại", "Tiến lên", "Thư mục mới" giúp thực tác vụ nhanh chóng 2.4 Quản lý khơng gian nhớ tự 2.5 Cấp phát không gian nhớ tự 2.6 Lập lịch cho nhớ DANH MỤC THAM KHẢO: Tiếng Anh https://www.lenovo.com/us/en/glossary/disk-driver/ https://learn.microsoft.com/en-us/windows-server/storage/disk-management/ overview-of-disk-management Tiếng Việt https://fptcloud.com/partition-la-gi/ https://nguyencongpc.vn/windows-explorer-la-gi-cac-thanh-phan-vacach-de-mo-cong-cu-nay