TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCMKHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ VIỄN THÁM
ĐỒ ÁN: HỆ ĐIỀU HÀNHĐỀ TÀI: QUẢN LÝ BỘ NHỚ
Giảng viên hướng dẫn : Huỳnh Luân
Sinh viên thực hiện : Phạm Sơn Tây Hoàng Trọng Toàn Huỳnh Nguyễn Duy Tiến
Mã số sinh viên : 169, 202, 195
TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2023
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCMKHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ VIỄN THÁM
ĐỒ ÁN: HỆ ĐIỀU HÀNHĐỀ TÀI: QUẢN LÝ BỘ NHỚ
Giảng viên hướng dẫn : Huỳnh Luân
Sinh viên thực hiện : Phạm Sơn Tây Hoàng Trọng Toàn Huỳnh Nguyễn Duy Tiến
Mã số sinh viên : 169, 202, 195
TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2023
Trang 3Chúng ta đang ở kỷ nguyên thông tin Ngày nay không còn ai nghi ngơ gì vai trò củathông tin trong đời sống, trong khoa học kỹ thuật, kinh doanh cũng như trong mọi mặtvận động của xã hội, dưới mọi quy mô, từ xí nghiệp công ty cho đến quốc gia và cả quốctế
Nhà quản lý, các nhà nghiên cứu, các nhà công nghệ, các nhà giáo dục, các nhà sản xuấtkinh doanh… không chỉ là người dùng tin mà còn là những người sản xuất ra thông tinmới Sự gia tăng nhanh chóng khối lượng tri thức khoa học tác động mạnh mẽ tới cáchoạt động của các cơ quan thông tin – thư viện như cơ cấu của kho tài liệu, làm cho sốlượng và chủng loại tài liệu tăng lên gấp bội.
Hẳn là nhiều người ít khi biết một chiếc máy tính hoạt động nhứ thế nào và theo quy trìnhquy trinh quy tắc nào, để giúp mọi người biết và hiểu hơn về các thiết bị máy cùng cáchhoạt động ra sao, nhóm chúng tôi xin được phép nói sâu về bộ nhớ máy chi tiết hơn đó làviệc quản lý bộ nhớ (memory management), ta lần lượt trình bày các thành phần cấu trúccũng như chức năng của bộ nhớ Tuy nhiên bài tiêu luận này cũng không tránh khỏinhững thiếu sót, chúng tôi mong nhận được sự góp ý từ độc giả để được trở nên hoànchỉnh hơn.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn trong nhóm Hệ Điều Hành đã đọc, góp ý vàchỉnh sửa chính tả cho ra phiên bản hoàn thiện nhất.
Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn Thầy Huỳnh Luân đã tạo điều kiện thuận lợi nhấtđể hoàn thanh bài tiểu luận.
Trang 4NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN
Trang 5III Các bước chuyển đổi file nguồn thành file thực thi 3
IV Nhu cầu bộ nhớ của tiến trình 4
VIII Các mô hình chuyển đổi địa chỉ 10
IX Quản lý bộ nhớ trong Windows 11
Tài liệu kham khảo 12
Trang 6
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 Quá trình trao đổi thông tin của bộ nhớ………2
Hình 2 Quá trình truy xuất bộ nhớ………6
Hình 3 Mô hình bộ nhớ liên tục………7
Hình 4 Mô hình bộ nhớ phân đoạn……… 8
Hình 5 Mô hình bộ nhớ trang……… 9
Hình 6 Chuyển đổi địa chỉ tĩnh……… 10
Hình 7 Phương pháp phân trang……….11
Trang 7Phần 1 MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài : nhiều người ít khi biết một chiếc máy tính hoạt động nhứ thế nào và theo quy trình quy trinh quy tắc nào, để giúp mọi người biết và hiểu hơnvề các thiết bị máy cùng cách hoạt động ra sao, chúng tôi chọn Quản lý bộ nhớ làmđề tài.
2 Mục đích : giúp mọi người mở rộng kiến thức cũng như có thêm tài liệu khamkhảo
về việc Quản lý bộ nhớ trong Hệ điều hành.
3 Phạm vi đề tài : đề tài nói xung quanh các cách thức hoạt động các chi tiết việcQuản lý bộ nhớ.
1
Trang 8Phần 2 NỘI DUNG
I Tổng quan quản lý bộ nhớ
Quản lý bộ nhớ là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của hệ điều hành Bộnhớ chính là thiết bị lưu trữ duy nhất thông qua đó CPU có thể trao đổi thông tin với môitrường ngoài, do vậy nhu cầu tổ chức, quản lý bộ nhớ là một trong những nhiệm vụ trọngtâm hàng đầu của hệ điều hành.
2
Trang 9Lỗi: Các lỗi bộ nhớ, như lỗi truy cập bộ nhớ hoặc lỗi phân trang, có thể gây ra sựcố cho hệ thống và ảnh hưởng đến hiệu suất và ổn định.
Thiếu bộ nhớ: Khi không còn đủ không gian trong bộ nhớ để cấp phát cho cáctiến trình, hệ thống có thể gặp phải tình trạng thiếu bộ nhớ Điều này có thể yêucầu việc giải phóng không gian bằng cách đóng các tiến trình không cần thiết hoặcmở rộng dung lượng bộ nhớ.
III Các bước chuyển đổi file nguồn thành file thực thi
Để chuyển đổi ta cần thực hiện các bước :
Viết mã nguồn : Bước đầu tiên là viết mã nguồn cho chương trình của bạn Mãnguồn thường được viết bằng một ngôn ngữ lập trình như C, C++, Java, Python, v.v.
Biên dịch mã nguồn : Biên dịch mã nguồn: Sau khi viết mã nguồn, bạn cần biên dịchnó thành mã máy Quá trình này được thực hiện bởi một trình biên dịch.
Liên kết mã máy : Sau khi biên dịch mã nguồn, bạn cần liên kết nó với các thư việnvà các file khác cần thiết để chạy chương trình Quá trình này được thực hiện bởi mộttrình liên kết.
Chạy chương trình : Sau khi liên kết mã máy, bạn có thể chạy chương trình.Ví dụ cơ bản :
Trang 10std::cout << "Hello, world!" << std::endl; return 0;
Bước 3: Biên dịch mã nguồn.
Để biên dịch mã nguồn, hãy mở Visual Studio và mở file mã nguồn Sau đó, nhấp chuột phải vào file và chọn "Build".
Bước 4: Tạo file thực thi.
Sau khi biên dịch mã nguồn, Visual Studio sẽ tạo ra một file thực thi có tên là "hello_world.exe".
Bước 5: Chạy file thực thi.
Để chạy file thực thi, hãy nhấp đúp vào file hoặc sử dụng lệnh sau trong terminal:./hello_world.exe
Chương trình sẽ in ra dòng chữ "Hello, world!".
IV Nhu cầu bộ nhớ của tiến trình
Nhu cầu bộ nhớ tiến trình là lượng bộ nhớ cần thiết để lưu trữ dữ liệu và mã của tiến trình Nhu cầu bộ nhớ tiến trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
Kích thước của mã: Mã của một tiến trình bao gồm các lệnh mà CPU thực hiện.Mã này có thể rất nhỏ (vài KB) cho các chương trình đơn giản, hoặc lớn (MBhoặc GB) cho các chương trình phức tạp như hệ điều hành hoặc trò chơi video.
Kích thước của dữ liệu: Dữ liệu của một tiến trình bao gồm các biến, mảng, vàcấu trúc dữ liệu khác Kích thước của dữ liệu phụ thuộc vào số lượng và loại dữliệu mà tiến trình sử dụng.
Kiểu dữ liệu: Các kiểu dữ liệu khác nhau có thể chiếm không gian bộ nhớ khác nhau Ví dụ, một số nguyên chiếm ít không gian hơn so với một chuỗi ký tự.
4
Trang 11Khả năng sử dụng bộ nhớ: Một số tiến trình có thể sử dụng bộ nhớ hiệu quả hơnso với các tiến trình khác Ví dụ, một tiến trình có thể sử dụng các thuật toán vàcấu trúc dữ liệu hiệu quả để giảm bộ nhớ cần thiết.
V Truy xuất bộ nhớ
Truy xuất bộ nhớ là quá trình lấy dữ liệu từ bộ nhớ Trong máy tính, bộ nhớ có thể làRAM, ROM, ổ cứng, ổ SSD, v.v Dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ có thể là chươngtrình, dữ liệu, hoặc cả hai Quá trình này được thực hiện bởi CPU,quá trình truy xuất bộnhớ bao gồm các bước sau:
Định vị dữ liệu: CPU sử dụng địa chỉ bộ nhớ để định vị dữ liệu cần truy xuất.Gửi yêu cầu truy xuất: CPU gửi yêu cầu truy xuất đến bộ nhớ.
Bộ nhớ trả về dữ liệu: Bộ nhớ trả về dữ liệu cho CPU.
Thời gian truy xuất bộ nhớ là thời gian cần thiết để CPU lấy dữ liệu từ bộ nhớ Thời gian truy xuất bộ nhớ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
Loại bộ nhớ: Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) có thời gian truy xuất nhanh hơnbộ nhớ truy cập tuần tự (ROM).
Khoảng cách giữa CPU và bộ nhớ: Khoảng cách giữa CPU và bộ nhớ càng gần thìthời gian truy xuất càng nhanh.
Công nghệ bộ nhớ: Công nghệ bộ nhớ mới hơn thường có thời gian truy xuất nhanh hơn
Dưới đây là một số ví dụ về truy xuất bộ nhớ:
Khi bạn mở một ứng dụng trên máy tính, hệ điều hành sẽ truy xuất dữ liệu ứng dụng từ bộ nhớ.
Khi bạn mở một tệp trên máy tính, hệ điều hành sẽ truy xuất dữ liệu tệp từ bộ nhớ.
5
Trang 12Hình 2 Quá trình truy xuất bộ nhớ
VI Yêu cầu quản lý bộ nhớ
Cấp phát bộ nhớ cần phải nhanh: Điều này đòi hỏi hệ điều hành phải có khảnăng quản lý bộ nhớ một cách linh hoạt và nhanh chóng Điều này có thể đượcthực hiện thông qua việc sử dụng các thuật toán cấp phát bộ nhớ hiệu quả, nhưFirst Fit, Best Fit hoặc Worst Fit Mục tiêu là giảm thiểu thời gian chờ và tối đahóa hiệu suất của hệ thống.
Thu hồi bộ nhớ phải hiệu quả: Khi một tiến trình không còn sử dụng một phầnbộ nhớ nào đó, hệ điều hành phải có khả năng thu hồi và tái sử dụng không gianđó Điều này đòi hỏi việc theo dõi và cập nhật liên tục trạng thái của bộ nhớ.
Ổn định: Hệ điều hành phải ngăn chặn việc một tiến trình truy cập vào vùng nhớcủa tiến trình khác Điều này đòi hỏi việc sử dụng các cơ chế bảo vệ bộ nhớ, nhưphân quyền truy cập và kiểm soát truy cập.
6
Trang 13Hiệu quả, linh hoạt: Hệ điều hành phải có khả năng điều chỉnh việc sử dụng bộnhớ theo nhu cầu của các tiến trình Điều này có thể được thực hiện thông qua việcsử dụng các kỹ thuật như phân trang và đoạn, cho phép việc sử dụng bộ nhớ mộtcách linh hoạt và hiệu quả.
Mô hình bộ nhớ liên tục là mô hình đơn giản nhất để thực hiện Tuy nhiên, nó có một số hạn chế, bao gồm:
Thiếu hiệu quả: Các tiến trình thường không cần tất cả bộ nhớ được cấp phát cho chúng.Thiếu bảo mật: Các tiến trình có thể truy cập dữ liệu của các tiến trình khác.
Hình 3 Mô hình bộ nhớ liên tục
7
Trang 142 Mô hình bộ nhớ phân đoạn
Trong mô hình bộ nhớ phân đoạn, bộ nhớ được tổ chức thành các đoạn Mỗi đoạn có kích thước và địa chỉ bắt đầu riêng.
Mô hình bộ nhớ phân đoạn khắc phục một số hạn chế của mô hình bộ nhớ liên tục Nócho phép các tiến trình chỉ được cấp phát bộ nhớ mà chúng cần, và nó giúp ngăn chặn cáctiến trình truy cập dữ liệu của các tiến trình khác.
Tuy nhiên, mô hình bộ nhớ phân đoạn cũng có một số hạn chế, bao gồm:
Phức tạp: Quản lý bộ nhớ phân đoạn đòi hỏi nhiều tài nguyên và thời gian hơn so với quản lý bộ nhớ liên tục.
Hình 4 Mô hình bộ nhớ phân đoạn
Trang 15giúp ngăn chặn các tiến trình truy cập dữ liệu của các tiến trình khác giảm thiểu lãng phíbộ nhớ.
Tuy nhiên, mô hình bộ nhớ trang cũng có một số nhược điểm, nó phức tạp hơn mô hìnhbộ nhớ liên tục và mô hình bộ nhớ phân đoạn, nó có thể dẫn đến thời gian truy xuất bộnhớ chậm hơn.
Mô hình bộ nhớ trang cũng là mô hình tổ chức bộ nhớ phổ biến nhất được sử dụng trongcác hệ điều hành hiện đại.
Hình 5 Mô hình bộ nhớ trangQuy trình truy xuất bộ nhớ trang bao gồm các bước sau:
1 CPU cần truy cập dữ liệu trong bộ nhớ.2 CPU sử dụng địa chỉ trang của dữ liệu.
3 Bộ nhớ quản lý chuyển đổi địa chỉ trang thành địa chỉ vật lý.4 Bộ nhớ quản lý tìm dữ liệu tại địa chỉ vật lý.
5 Bộ nhớ quản lý gửi dữ liệu trở lại CPU.
9
Trang 16VIII Các mô hình chuyển đổi địa chỉ
Chuyển đổi địa chỉ tĩnh: Trong mô hình này, địa chỉ logic được chuyển đổi thànhđịa chỉ vật lý ngay tại thời điểm biên dịch hoặc liên kết Điều này có nghĩa là, mộtkhi tiến trình được nạp vào bộ nhớ, nó phải ở cố định ở một vị trí nhất định Môhình này đơn giản và dễ hiểu, nhưng không linh hoạt và có thể gặp khó khăn trongviệc tận dụng hiệu quả không gian bộ nhớ.
Hình 6 Chuyển đổi địa chỉ tĩnh
Chuyển đổi địa chỉ động: Trong mô hình này, việc chuyển đổi từ địa chỉ logicsang vật lý được thực hiện tại thời gian chạy Điều này cho phép tiến trình dichuyển trong bộ nhớ trong suốt thời gian thực thi, giúp tối ưu hóa việc sử dụngkhông gian bộ nhớ Tuy nhiên, mô hình này yêu cầu các cơ chế phức tạp hơn đểtheo dõi vị trí của các tiến trình và quản lý việc chuyển đổi địa chỉ.
10
Trang 17IX Quản lý bộ nhớ trong Windows
Trong Windows, hệ điều hành quản lý bộ nhớ bằng cách sử dụng một phương pháp gọi làphân trang Với phân trang, hệ điều hành chia bộ nhớ vật lý thành các trang nhỏ Mỗi chương trình được cấp phát một không gian địa chỉ ảo, lớn hơn bộ nhớ vật lý của nó Khi chương trình cần truy cập một trang dữ liệu, hệ điều hành sẽ tải trang đó từ ổ cứng vào bộnhớ vật lý.
Hình 7 Phương pháp phân trang
Để quản lý bộ nhớ trong Windows, người dùng có thể sử dụng các công cụ tích hợp sẵn hoặc phần mềm của bên thứ ba.
Công cụ tích hợp sẵn :Task ManagerPerformance MonitorDisk Defragmenter
Có rất nhiều phần mềm của bên thứ ba có sẵn để quản lý bộ nhớ trong Windows Một số phần mềm phổ biến bao gồm:
11
Trang 18Một cách khác để quản lý bộ nhớ trong Windows là sử dụng các kỹ thuật quảnlý bộ nhớ thủ công Các kỹ thuật này bao gồm:
Tắt các chương trình không sử dụng: Khi bạn không sử dụng một chương trình,hãy tắt nó Điều này sẽ giải phóng bộ nhớ mà chương trình đang sử dụng.
Tắt các dịch vụ không cần thiết: Windows khởi động một số dịch vụ khi máy tínhkhởi động Nếu bạn không sử dụng dịch vụ, hãy tắt nó Điều này sẽ giải phóng bộnhớ mà dịch vụ đang sử dụng.
Xóa các tập tin tạm thời: Các tập tin tạm thời được tạo ra bởi các chương trình vàdịch vụ Nếu bạn không cần các tập tin tạm thời, hãy xóa chúng Điều này sẽ giảiphóng bộ nhớ mà các tập tin đang sử dụng.
Tài liệu kham khảo
1, monhoc.vn
https://monhoc.vn/tai-lieu/mon-he-dieu-hanh/ 2, Stdocu
12