PHÂN TÍCH bộ NHỚ NGOÀI của hệ DIỀU HÀNH WINDOWS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Bài tập lớn:MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH BỘ NHỚ NGỒI CỦA HỆ DIỀU HÀNH WINDOWS Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Phạm Tiến Dũng Trịnh Khương Duy Sái Vĩnh Hanh Trần Đức Giang Tạ Thế Dũng Lớp: ĐH KỸ THUẬT PHẦN MỀM - K8 Học Kỳ I Năm Học Thứ 2012-2013 LỜI NÓI ĐẦU : Mục tiêu hệ thống máy tính thi hành chương trình Những chương trình với liệu truy xuất phải đặt nhớ suốt q trình thi hành nhớ nhỏ bé để lưu trữ liệu chương trình , ngồi liệu bị khơng cịn cung cấp lượng hệ thống máy tính ngày cung cấp hệ thống lưu trữ phụ (bộ nhớ ngồi) Đa số máy tính sử dụng ổ đĩa để lưu trữ chương trình liệu quản lý hệ thống đĩa quan trọng cho hệ thống máy tính Vai trò hệ điều hành việc quản lý đĩa :  Quản lý vùng trống đĩa  Định vị việc lưu trữ liệu đĩa  Lập lịch cho đĩa Vì hệ thống đĩa sử dụng thường xuyên nên phải sử dụng hiệu Tốc độ toàn hệ thống phụ thuộc nhiều vào tốc độ truy xuất đĩa Để hiểu rõ viêc lý nhớ hệ điều hành , phân tích việc quản lý nhớ ngồi hệ điều hành windows MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU : A –HỆ THỐNG QUẢN LÝ TẬP TIN I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN a Tập tin thư mục b Hệ thống quản lý tập tin II MÔ HÌNH TỔ CHỨC VÀ QUẢN LÝ CÁC TẬP TIN .5 Tên tập tin : Cấu trúc tập tin : .6 Kiểu tập tin : Thuộc tính tập tin : III Thư mục : Hệ thống thư mục theo cấp bậc .8 Đường dẫn 10 B-CÁC PHƯƠNG PHÁP CÀI ĐẶT HỆ THỐNG QUẢN LÝ TẬP TIN .10 I.BẢNG QUẢN LÝ THƯ MỤC, TẬP TIN 11 Khái niệm 11 Cài đặt 11 IV QUẢN LÝ ĐĨA 11 a Kích thước khối 11 b Lưu khối trống 12 c Cấu hình đĩa lưu trữ 12 V ĐỘ AN TOÀN CỦA HỆ THỐNG TẬP TIN .15 Quản lý khối bị hỏng 15 Backup 15 Tính khơng đổi hệ thống tập tin 16 VI PHẦN CỨNG NHẬP/XUẤT 17 Thiết bị I/O 17 Tổ chức chức I/O 17 Bộ điều khiển thiết bị 18 DMA (Direct Memory Access) 19 VII PHẦN MỀM NHẬP/XUẤT .20 Kiểm soát ngắt 20 Điều khiển thiết bị (device drivers) .20 Phần mềm nhập/xuất độc lập thiết bị 21 Phần mềm nhập/xuất phạm vi người sử dụng .22 C-QUẢN LÝ HỆ THỐNG NHẬP XUẤT 23 I Quản lý hệ thống tập tin : 23 II Hệ thống bảo vệ : 24 D- GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG I/O 24 I HỆ THỐNG I/O ĐĨA 24 Phần cứng đĩa .24 Các thuật toán đọc đĩa 24 Quản lý lỗi 28 RAM Disks 29 Interleave 30 Quản lý nhớ hệ điều hành windows A –HỆ THỐNG QUẢN LÝ TẬP TIN I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Máy tính phải sử dụng thiết bị có khả lưu trữ thời gian dài (long-term) : Phải chứa lượng thơng tin lớn (giữ vé máy bay, ngân hàng ) Thông tin phải lưu giữ thời gian dài trước xử lý Nhiều tiến trình truy cập thơng tin lúc Giải pháp sử dụng thiết bị lưu trữ bên gọi nhớ a Tập tin thư mục Tập tin Tập tin đơn vị lưu trữ thông tin nhớ ngồi Các tiến trình đọc hay tạo tập tin cần thiết Thông tin tập tin vững bền không bị ảnh hưởng xử lý tạo hay kết thúc tiến trình, user thật muốn xóa Tập tin quản lý hệ điều hành Thư mục: Để lưu trữ dãy tập tin, hệ thống quản lý tập tin cung cấp thư mục, mà nhiều hệ thống coi tập tin b Hệ thống quản lý tập tin Các tập tin quản lý hệ điều hành với chế gọi hệ thống quản lý tập tin Bao gồm : cách hiển thị, yếu tố cấu thành tập tin, cách đặt tên, cách truy xuất, cách sử dụng bảo vệ tập tin, thao tác tập tin Cách tổ chức thư mục, đặc tính thao tác thư mục II MƠ HÌNH TỔ CHỨC VÀ QUẢN LÝ CÁC TẬP TIN Tên tập tin : Tập tin chế trừu tượng để quản lý đối tượng phải có tên Khi tiến trình tạo tập tin, đặt tên, tiến trình kết thúc tập tin tồn truy xuất tiến trình khác với tên tập tin Cách đặt tên tập tin hệ điều hành khác nhau, đa số hệ điều hành cho phép sử dụng chữ để đặt tên tập tin ctdl, caycb, tamhghau v.v…, thường thường ký tự số ký tự đặc biệt sử dụng baitap2…, Hệ thống tập tin có hay khơng phân biệt chữ thường chữ hoa Nhiều hệ thống tập tin hỗ trợ tên tập tin gồm phần phân cách dấu ‘.’ mà phần sau gọi phần mở rộng Ví dụ : vidu.txt Trên thực tế phần mở rộng có hữu ích số trường hợp, ví dụ có trình dịch C nhận biết tập tin có phần mở rộng C Cấu trúc tập tin : Gồm loại : Dãy byte không cấu trúc : hệ điều hành nội dung tập tin:MSDOS UNIX sử dụng loại Dãy record có chiều dài cố định Cấu trúc : gồm record, khơng cần thiết có độ dài, record có trường khóa giúp cho việc tìm kiếm nhanh Kiểu tập tin : Nếu hệ điều hành nhận biết loại tập tin, thao tác cách hợp lý tập tin Các hệ điều hành hỗ trợ cho nhiều loại tập tin khác bao gồm kiểu : tập tin thường, thư mục, tập tin có ký tự đặc biệt, tập tin khối Tập tin thường : tập tin text hay tập tin nhị phân chứa thông tin người sử dụng Thư mục : tập tin hệ thống dùng để lưu giữ cấu trúc hệ thống tập tin Tập tin có ký tự đặc biệt : liên quan đến nhập xuất thông qua thiết bị nhập xuất hình, máy in, mạng Tập tin khối : dùng để truy xuất thiết bị đĩa Tập tin thường chia làm hai loại tập tin văn tập tin nhị phân Tập tin văn chứa dịng văn cuối dịng có ký hiệu enter Mỗi dịng có độ dài khác Ưu điểm kiểu tập tin hiển thị, in hay soạn thảo với editor thơng thường.Đa số chương trình dùng tập tin văn để nhập xuất, dễ dàng làm đầu vào đầu cho chế pipeline Tập tin nhị phân :có cấu trúc khác tập tin văn Mặc dù mặt kỹ thuật , tập tin nhị phân gồm dãy byte , hệ điều hành thực thi tập tin có cấu trúc Truy xuất tập tin : Tập tin lưu trữ thông tin Khi tập tin sử dụng, thông tin đưa vào nhớ máy tính Có nhiều cách để truy xuất chúng Một số hệ thống cung cấp phương pháp truy xuất, số hệ thống khác, IBM chẳng hạn cho phép nhiều cách truy xuất Kiểu truy xuất tập tin đơn giản truy xuất Tiến trình đọc tất byte tập tin theo thứ tự từ đầu Các trình soạn thảo hay trình biên dịch truy xuất tập tin theo cách Hai thao tác chủ yếu tập tin đọc ghi Thao tác đọc đọc mẫu tin tập tin tự động tăng trỏ tập tin Thao tác ghi tương tự Tập tin tự khởi động lại từ vị trí số hệ thống tập tin cho phép di chuyển trỏ tập tin tới lui n mẫu tin Truy xuất kiểu thuận lợi cho loại băng từ cách truy xuất thông dụng Truy xuất cần thiết cho nhiều ứng dụng Có hai cách truy xuất Cách truy xuất thứ thao tác đọc bắt đầu vị trí đầu tập tin, cách thứ hai có thao tác đặc biệt gọi SEEK cung cấp vị trí thời làm vị trí bắt đầu Sau tập tin đọc tuần tựtừ vị trí bắt đầu Một kiểu truy xuất khác truy xuất trực tiếp Một tập tin có cấu trúc mẫu tin logic có kích thước nhau, cho phép chương trình đọc ghi nhanh chóng mà khơng cần theo thứ tự Kiểu truy xuất dựa mơ hình đĩa Đĩa cho phép truy xuất ngẫu nhiên khối liệu tập tin Truy xuất trực tiếp sử dụng trường hợp phải truy xuất khối lượng thông tin lớn sở liệu chẳng hạn Ngồi cịn có số cách truy xuất khác dự kiểu truy xuất truy xuất theo mục Thuộc tính tập tin : Ngoài tên liệu, hệ điều hành cung cấp thêm số thông tin cho tập tin gọi thuộc tính Các thuộc tính thơng dụng số hệ thống tập tin : Tên thuộc tính Ý nghĩa Bảo vệ Ai truy xuất cách Mật Mật cần thiết để truy xuất tập tin Người tạo Id người tạo tập tin Người sở hữu Người sở hữu Chỉ đọc đọc ghi, đọc An bình thường, khơng hiển thị liệt kê Hệ thống bình thường, tập tin hệ thống Lưu trữ đuợc backup, cần backup ASCII/binary tập tin văn bản, tập tin nhị phân Truy xuất ngẫu nhiên truy xuất tuần tự, truy xuất ngẫu nhiên Temp bình thường, bị xóa tiến trình kết thúc Khóa khơng khóa, khác khóa Độ dài record Số byte record Vị trí khóa Offset khóa record Giờ tạo Ngày tạo tập tin Thời gian truy cập cuối Ngày truy xuất tập tin gần Thời gian thay đổi cuối Ngày thay đổi tập tin gần Kích thước thời Số byte tập tin Kích thước tối đa Số byte tối đa tập tin Hình 8.3 Một số thuộc tính thơng dụng tập tin III Thư mục : Hệ thống thư mục theo cấp bậc Một thư mục thường thường chứa số entry, entry cho tập tin Mỗi entry chứa tên tập tin, thuộc tính địa đĩa lưu liệu entry chứa tên tập tin trỏ, trỏ tới cấu trúc, có thuộc tính vị trí lưu trữ tập tin Khi tập tin mở, hệ điều hành tìm thư mục tìm thấy tên tập tin mở Sau xác định thuộc tính địa lưu trữ đĩa đưa vào bảng nhớ Những truy xuất sau thực nhớ Số lượng thư mục hệ thống khác Thiết kế đơn giản hệ thống có thư mục đơn(còn gọi thư mục cấp), chứa tất tập tin tất người dùng, cách dễ tổ chức khai thác dễ gây khó khăn có nhiều người sử dụng có nhiều tập tin trùng tên Ngay trường hợp có người sử dụng, có nhiều tập tin việc đặt tên cho tập tin khơng trùng lắp vấn đề khó Cách thứ hai có thư mục gốc có nhiều thư mục con, thư mục chứa tập tin người sử dụng (còn gọi thư mục hai cấp), cách tránh trường hợp xung đột tên cịn khó khăn với người dùng có nhiều tập tin Người sử dụng ln muốn nhóm ứng dụng lại cách logic Từ đó, hệ thống thư mục theo cấp bậc (cịn gọi thư mục) hình thành với mơ hình thư mục chứa tập tin thư mục tiếp tục hình thành thư mục hệ điều hành DOS, Windows, v v Đường dẫn Khi hệ thống tập tin tổ chức thành thư mục, có hai cách để xác định tên tập tin Cách thứ đường dẫn tuyệt đối, tập tin gán đường dẫn từ thư mục gốc đến tập tin Ví dụ : /usr/ast/mailbox Dạng thứ hai đường dẫn tương đối, dạng có liên quan đến khái niệm thư mục hành hay thư mục làm việc Người sử dụng quy định thư mục thư mục hành Khi đường dẫn khơng thư mục gốc mà liên quan đến thư mục hành Ví dụ, thư mục hành /usr/ast tập tin với đường dẫn tuyệt đối /usr/ast/mailbox dùng đơn giản mailbox Trong phần lớn hệ thống, tiến trình có thư mục hành riêng, tiến trình thay đổi thư mục làm việc kết thúc, khơng có thay đổi để lại hệ thống tập tin Nhưng hàm thư viện thay đổi đường dẫn sau khơng đổi lại có ảnh hưởng đến tiến trình Hầu hết hệ điều hành hỗ trợ hệ thống thư mục theo cấp bậc với hai entry đặc biệt cho thư mục "." " " "." thư mục hành, " " thư mục cha B-CÁC PHƯƠNG PHÁP CÀI ĐẶT HỆ THỐNG QUẢN LÝ TẬP TIN Hệ thống tập tin cài đặt đĩa Để gia tăng hiệu việc truy xuất, đơn vị liệu truy xuất gọi khối Một khối liệu bao gồm nhiều sector Bộ phận tổ chức tập tin quản lý việc lưu trữ tập tin khối vật lý cách sử dụng bảng có cấu trúc 10 Tính khơng đổi hệ thống tập tin Một vấn đề độ an toàn tính khơng đổi Khi truy xuất tập tin, q trình thực hiện, có xảy cố làm hệ thống ngừng hoạt động đột ngột, lúc hàng loạt thơng tin chưa cập nhật lên đĩa Vì lân khởi động ,hệ thống thực việc kiểm tra hai phần khối tập tin Việc kiểm tra thực , phát lỗi tiến hành sữa chữa cho trường hợp cụ thể: Hình 9.8 Trạng thái hệ thống tập tin 16 VI PHẦN CỨNG NHẬP/XUẤT Hình ảnh số loại ổ cứng Thiết bị I/O Các thiết bị nhập xuầt chia tương đối thành hai loại thiết bị khối thiết bị Thiết bị khối thiết bị mà thơng tin lưu trữ khối có kích thước cố định định vị địa Kích thước thơng thường khối khoảng từ 128 bytes đến 1024 bytes Đặc điểm thiết bị khối chúng truy xuất (đọc ghi) khối riêng biệt, chương trình truy xuất khối Đĩa ví dụ cho loại thiết bị khối Một dạng thiết bị thứ hai thiết bị Ở dạng thiết bị này, việc gửi nhận thông tin dựa chuỗi bits, khơng có xác định địa thực thao tác seek Màn hình, bàn phím, máy in, card mạng, chuột, loại thiết bị khác dạng đĩa thiết bị Việc phân chia lớp khơng hồn tồn tối ưu, số thiết bị khơng phù hợp với hai lớp trên, ví dụ : đồng hồ, nhớ hình v.v khơng thực theo chế bits Ngoài ra, người ta phân loại thiết bị I/O tiêu chuẩn khác : Thiết bị tương tác với người : dùng để giao tiếp người máy Ví dụ : hình, bàn phím, chuột, máy in Thiết bị tương tác hệ thống máy tính thiết bị giao tiếp với Ví dụ : đĩa, băng từ, card giao tiếp Thiết bị truyền thồng : modem Những điểm khác thiết bị I/O gồm : Tốc độ truyền liệu , ví dụ bàn phím : 0.01 KB/s, chuột 0.02 KB/s Công dụng Đơn vị truyền liệu (khối ký tự) Biểu diễn liệu, điều tùy thuộc vào thiết bị cụ thể Tình trạng lỗi : nguyên nhân gây lỗi, cách mà chúng báo Tổ chức chức I/O Có ba cách để thực I/O : 17 Một là, xử lý phát sinh lệnh I/O đến đơn vị I/O, sau đó, chờ trạng thái "busy" thao tác hoàn tất trước tiếp tục xử lý Hai là, xử lý phát sinh lệnh I/O đến đơn vị I/O, sau đó, tiếp tục việc xử lý nhận ngắt từ đơn vị I/O báo hồn tất, tạm ngưng việc xử lý để chuyển qua xử lý ngắt Ba là, sử dụng chế DMA (như đề cập sau) Các bước tiến hóa chức I/O : Bộ xử lý kiểm soát trực tiếp thiết bị ngoại vi Hệ thống có thêm điều khiển thiết bị Bộ xử lý sử dụng cách thực nhập xuất thứ Theo cách xử lý tách rời khỏi mô tả chi tiết thiết bị ngoại vi Bộ xử lý sử dụng thêm chế ngắt Sử dụng chế DMA, xử lý truy xuất liệu I/O trực tiếp nhớ Bộ điều khiển thiết bị Một đơn vị bị nhập xuất thường chia làm hai thành phần thành phần thành phần điện tử Thành phần điện tử gọi phận điều khiển thiết bị hay tương thích, máy vi tính thường gọi card giao tiếp Thành phần thân thiết bị Một phận điều khiển thường có phận kết nối chúng để gắn thiết bị lên Một phận điều khiển quản lý hai, bốn hay chí tám thiết bị khác Nếu giao tiếp thiết bị phận điều khiển chuẩn ANSI, IEEE hay ISO nhà sản xuất thiết bị điều khiển phải tuân theo chuẩn đó, ví dụ : điều khiển đĩa theo chuẩn giao tiếp IBM Giao tiếp điều khiển thiết bị giao tiếp mức thấp Chức điều khiển giao tiếp với hệ điều hành hệ điều hành khơng thể truy xuất trực tiếp với thiết bị Việc thông tin thông qua hệ thống đường truyền gọi bus Công việc điều khiển chuyển đổi dãy bit khối byte thực sửa chửa cần thiết Thông thường khối byte tổ chức thành bit đặt buffer điều khiển Sau thực checksum nội dung buffer chuyển vào nhớ Ví dụ : điều khiển cho hình đọc 18 byte ký tự để hiển thị nhớ tổ chức tín hiệu để điều khiển tia CRT để xuất ảnh cách qt tia dọc ngang Nếu khơng có điều khiển, lập trình viên hệ điều hành phải tạo thêm chương trình điều khiển tín hiệu analog cho đèn hình Với điều khiển , hệ điều hành cần khởi động chúng với số tham số số ký tự dòng, số dòng hình điều khiển thực điều khiển tia Mỗi điều khiển có số ghi để liên lạc với CPU Trên số máy tính, ghi phần nhớ địa xác định gọi ánh xạ nhớ nhập xuất Hệ máy PC dành vùng địa đặc biệt gọi địa nhập xuất chia làm nhiều đoạn, đoạn cho loại thiết bị sau : Bộ điều khiển nhập/xuất Địa nhập/xuất Vectơ ngắt Đồng hồ 040 - 043 Bàn phím 060 - 063 RS232 phụ 2F8 - 2FF 11 Đĩa cứng 320 - 32F 13 Máy in 378 - 37F 15 Màn hình mono 380 - 3BF - Màn hình màu 3D0 - 3DF - Đĩa mềm 3F0 - 3F7 14 RS232 3F8 - 3FF 12 Hệ điều hành thực nhập xuất cách ghi lệnh lên ghi điều khiển Ví dụ : điều khiển đĩa mềm IBMPC chấp nhận 15 lệnh khác như: READ, WRITE, SEEK, FORMAT, RECALIBRATE, số lệnh có tham số tham số nạp vào ghi Khi lệnh chấp nhận, CPU rời điều khiển để thực công việc khác Sau thực xong, điều khiển phát sinh ngắt để báo hiệu cho CPU biết đến lấy kết lưu giữ ghi DMA (Direct Memory Access) Cơ chế DMA giúp cho CPU khơng bị lãng phí thời gian Khi sử dụng, CPU gửi cho điều khiển số thông số địa đĩa khối, địa nhớ nơi định vị khối, số lượng byte liệu để chuyển Sau điều khiển đọc toàn liệu từ thiết bị vào buffer kiểm tra checksum Bộ điều khiển chuyển byte vào nhớ địa mô tả 19 địa nhớ DMA Sau tăng địa DMA giảm số bytes phải chuyển Quá trình lập số bytes phải chuyển 0, điều khiển tạo ngắt Như không cần phải copy khối vào nhớ, hữu nhớ VII PHẦN MỀM NHẬP/XUẤT Mục tiêu chung thiết bị logic dể biểu diễn Thiết bị logic tổ chức thành nhiều lớp Lớp giao tiếp với phần cứng, lớp giao tiếp tốt, thân thiện với người sử dụng Khái niệm then chốt thiết bị logic độc lập thiết bị, ví dụ : viết chương trình truy xuất file đĩa mềm hay đĩa cứng mà không cần phải mơ tả lại chương trình cho loại thiết bị Ngồi ra, thiết bị logic phải có khả kiểm soát lỗi Thiết bị logic tổ chức thành bốn lớp : Kiểm soát lỗi, điều khiển thiết bị, phần mềm hệ điều hành độc lập thiết bị, phần mềm mức người sử dụng Kiểm soát ngắt Ngắt tượng phức tạp Nó phải cần che dấu sâu hệ điều hành, phần hệ thống biết chúng Cách tốt để che dấu chúng hệ điều hành có tiến trình thực thao tác nhập xuất hoàn tất tạo ngắt Tiến trình tự khóa lại cách thực lệnh WAIT theo biến điều kiện RECEIVE theo thông điệp Khi ngắt xảy ra, hàm xử lý ngắt khởi tạo tiến trình để xử lý ngắt Nó thực tín hiệu biến điều kiện gửi thông điệp đến cho tiến trình bị khóa Tổng qt, chức ngắt làm cho tiến trình bị khóa thi hành trở lại Điều khiển thiết bị (device drivers) Tất đoạn mã độc lập thiết bị chuyển đến device drivers Mỗi device drivers kiểm sốt loại thiết bị, có tập hợp thiết bị liên quan mật thiết với Device drivers phát thị kiểm tra xem thị có thực xác khơng Ví dụ, driver đĩa phần hệ điều hành kiểm soát điều khiển đĩa Nó quản lý sectors, tracks, cylinders, head, chuyển động, interleave, thành phần khác giúp cho thao tác đĩa thực tốt 20 ... tốc độ truy xuất đĩa Để hiểu rõ viêc lý nhớ hệ điều hành , phân tích việc quản lý nhớ hệ điều hành windows MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU : A –HỆ THỐNG QUẢN LÝ TẬP TIN I... lượng hệ thống máy tính ngày cung cấp hệ thống lưu trữ phụ (bộ nhớ ngoài) Đa số máy tính sử dụng ổ đĩa để lưu trữ chương trình liệu quản lý hệ thống đĩa quan trọng cho hệ thống máy tính Vai trị hệ. .. quản lý hệ điều hành Thư mục: Để lưu trữ dãy tập tin, hệ thống quản lý tập tin cung cấp thư mục, mà nhiều hệ thống coi tập tin b Hệ thống quản lý tập tin Các tập tin quản lý hệ điều hành với