Bài tập lớn: Nghiên cứu, tìm hiểu về quản lý bộ nhớ ngoài trên Hệ điều hành Windows.

LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ NGOÀI 2 1.1.Cấu trúc vật lý 2 1.1.1. Đĩa từ (Platter) 2 1.1.2. Các rãnh từ (Track) 3 1.1.3. Sector 3 1.1.4. Cylinder 3 1.1.5. Đầu đọcghi (Read Write Heads) 3 1.1.6. Cần di chuyển đầu đọcghi (Disk Controler) 3 CHƯƠNG 2: QUẢN LÝ BỘ NHỚ NGOÀI TRÊN WINDOWS 4 Vì sao phải quản lý bộ nhớ ngoài ? 4 2.1. Các dạng lưu trữ dữ liệu trên hệ điều hành Windows. 4 2.1.1. Lưu trữ cơ bản (Basic Storage). 4 2.1.2. Lưu trữ động (Dynamic Storage). 5 2.1.2.1. Spanned Volume 5 2.1.2.2. Simple Volume 6 2.1.2.3. Striped Volume (RAID0) 6 2.1.2.4. Mirror Volume (RAID1) 7 2.1.2.5. RAID5 Volume. 8 2.2. Chương trình quản lý bộ nhớ ngoài Disk Manager. 9 2.2.1. Xem thuộc tính của đĩa. 10 2.2.2. Xem thuộc tính của phân vùng hoặc đĩa cục bộ. 10 2.3. Quản lý không gian nhớ tự do trong hệ điều hành 12 2.3.1. Quản lý bộ nhớ bằng phương pháp liệt kê (free list) 12 2.3.2. Quản lý bộ nhớ bằng phương pháp lập nhóm(Grouping) 12 2.3.3. Phương pháp đếm (Counting) 13 2.4. Cấp phát không gian nhớ tự do trong hệ điều hành Windows 13 2.4.1. Cấp phát kề (Contiguous) 13 2.4.2. Cấp phát liên kết (Linked) 14 2.4.3. Cấp phát theo chỉ số (Index) 15 2.5. Lập lịch cho đĩa từ trong hệ điều hành Window 18 2.5.1. Khái niệm về lập lịch cho đĩa 18 2.5.2. Nguyên lý làm việc của đĩa từ 20 2.5.2.1. Giao tiếp với máy tính 20 2.5.2.2. Đọc và ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa 20 2.5.3. Các thuật toán lập lịch cho đĩa 21 2.5.3.1. First Come First Served (FCFS) 21 2.5.3.2. Shortest Remaining Time First (SRTF): 22 2.5.3.3. Scan 23 2.5.3.4. CScan 24 2.5.3.5. Clook 24 2.5.4. Quản lý lỗi 25 2.5.5. RAM Disks 26 2.5.6. Interleave 27

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH Đề tài: Nghiên cứu, tìm hiểu về quản lý bộ nhớ ngoài Hệ điều hành Windows Giảng viên: Nhóm thực hiện: Lớp: ThS Nguyễn Tuấn Tú Nhóm ĐH KHMT3-K9 -Hà Nội, 2016- TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH Đề tài: Nghiên cứu, tìm hiểu về quản lý bộ nhớ ngoài Hệ điều hành Windows Giảng viên: ThS Nguyễn Tuấn Tú Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Lan Phạm Thế Giang Phạm Ngọc Duy Đinh Thị Phương Trần Thị Lan Nhi Lớp: ĐH KHMT3-K9 -Hà Nội, 2016- MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ NGOÀI 1.1 Cấu trúc vật lý 1.1.1 Đĩa từ (Platter) 1.1.2 Các rãnh từ (Track) 1.1.3 Sector 1.1.4 Cylinder 1.1.5 Đầu đọc/ghi (Read Write Heads) 1.1.6 Cần di chuyển đầu đọc/ghi (Disk Controler) .3 CHƯƠNG 2: QUẢN LÝ BỘ NHỚ NGOÀI TRÊN WINDOWS Vì phải quản lý nhớ ? 2.1 Các dạng lưu trữ dữ liệu hệ điều hành Windows 2.1.1 Lưu trữ bản (Basic Storage) 2.1.2 Lưu trữ đôông (Dynamic Storage) 2.1.2.1 Spanned Volume 2.1.2.2 Simple Volume 2.1.2.3 Striped Volume (RAID-0) 2.1.2.4 Mirror Volume (RAID-1) 2.1.2.5 RAID-5 Volume .8 2.2 Chương trình quản lý nhớ Disk Manager .8 2.2.1 Xem thuôôc tính của đĩa 2.2.2 Xem thuôôc tính của phân vùng hoăôc đĩa cục bôô .10 2.3 Quản lý không gian nhớ tự hệ điều hành 11 2.3.1 Quản lý nhớ phương pháp liệt kê (free list) .11 2.3.2 Quản lý nhớ phương pháp lập nhóm(Grouping) .11 2.3.3 Phương pháp đếm (Counting) 12 2.4 Cấp phát không gian nhớ tự hệ điều hành Windows 12 2.4.1 Cấp phát kề (Contiguous) 13 2.4.2 Cấp phát liên kết (Linked) 14 2.4.3 Cấp phát theo số (Index) 15 2.5 Lập lịch cho đĩa từ hệ điều hành Window 17 2.5.1 Khái niệm lập lịch cho đĩa 17 2.5.2 Nguyên lý làm việc của đĩa từ 19 2.5.2.1 Giao tiếp với máy tính 19 2.5.2.2 Đọc ghi dữ liệu bề mặt đĩa 19 2.5.3 Các thuật toán lập lịch cho đĩa 20 2.5.3.1 First Come First Served (FCFS) .20 2.5.3.2 Shortest Remaining Time First (SRTF): 21 2.5.3.3 Scan 22 2.5.3.4 C-Scan 23 2.5.3.5 C-look .23 2.5.4 Quản lý lỗi 24 2.5.5 RAM Disks 25 2.5.6 Interleave 26 LỜI NÓI ĐẦU T ất các ứng dụng máy tính đều cần lưu trữ đọc lại thông tin mà nó nhận vào xử lý Trong tiến trình chạy, nó có thể lưu trữ lượng giới hạn thông tin phạm vị không gian địa chỉ sở hữu của nó Tuy nhiên khả lưu trữ bị giới hạn bởi kích thước không gian địa chỉ ảo của hệ thống Đối với vài ứng dụng không gian vừa đủ, với số ứng dụng khác nó quá nhỏ Mặt khác lưu giữ thông tin không gian địa chỉ của tiến trình thông tin sẽ bị tiến trình kết thúc Vấn đề thứ ba phải đáp ứng việc truy cập thông tin đồng thời giữa các tiến trình môi trường hệ điều hành đa nhiệm Những vấn đề có thể dễ dàng tìm hiểu thông qua quản lý tiến trình quản lý nhớ của máy tính Để giải những vấn đề hệ điều hành buộc phải thiết kế hệ thông lưu trữ thông tin cho: Thứ phải lưu trữ được khối lượng lớn thông tin Thứ hai thông tin phải được bảo toàn mà tiến trình sử dụng nó kết thúc Và cuối cùng có thể có nhiều tiến trình truy xuất thông tin đồng thời Trên hệ điều hành Windows, giải pháp cho tất vấn đề lưu trữ thông tin đĩa cứng các thiết bị media khác các đơn vị dữ liệu được gọi các file (tập tin) Các tiến trình có thể đọc thông tin của tập tin rồi ghi thông tin vào tập tin đó cần thiết Thông tin được lưu trữ tập tin phải không bị tác động bởi việc tạo kết thúc tiến trình Các tập tin được quản lý bởi hệ điều hành Thành phần hệ điều hành tham gia trực tiếp vào quá trình quản lý các tập tin đĩa được gọi hệ thống file Hệ điều hành phải xây dựng cấu trúc tổ chức hoạt động của hệ thống tập tin Một những nhiệm vụ quan trọng của hệ thống tập tin theo dõi việc lưu trữ tập tin đĩa, theo dõi điều hành việc truy cập vào tập tin của các tiến trình, bảo vệ tập tin nội dung của nó,… Cấu trúc, tổ chức, hoạt động những nhiệm vụ của nhớ Hệ điều hành Windows sẽ được trình bày các phần Nhóm sinh viên thực hiện! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ NGOÀI Bộ nhớ (RAM) không thể dùng để lưu giữ dữ liệu dữ liệu sẽ bị ngững cung cấp nguồn điện cho nhớ Thay vào đó, người ta sử dụng nhớ ngoài, mà chủ yếu đĩa từ để thay Ổ đĩa cứng, hay gọi ổ cứng (HDD-Hard Disk Drive) thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu bề mặt các đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính Ổ đĩa cứng loại nhớ "không thay đổi" (non-volatile), có nghĩa chúng không bị dữ liệu ngừng cung cấp nguồn điện cho chúng Ổ đĩa cứng thiết bị quan trọng hệ thống bởi chúng chứa dữ liệu thành của quá trình làm việc của những người sử dụng máy tính Những hư hỏng của các thiết bị khác hệ thống máy tính có thể sửa chữa thay được, dữ liệu bị yếu tố hư hỏng phần cứng của ổ đĩa cứng thường khó lấy lại được 1.1 Cấu trúc vật lý 1.1.1 Đĩa từ (Platter) Trên bề mặt được phủ lớp vật liệu từ tính nơi chứa dữ liệu Số lượng đĩa có thể nhiều Mỗi đĩa từ có thể sử dụng hai mặt, đĩa cứng có thể có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với hoạt động Hình 1.1 Cấu tạo đĩa từ 1.1.2 Các rãnh từ (Track) Trên mặt làm việc của đĩa từ chia nhiều vòng tròn đồng tâm thành các track 1.1.3 Sector Trên track chia thành những phần nhỏ các đoạn hướng tâm thành các sector Các sector phần nhỏ cuối cùng được chia để chứa dữ liệu Theo chuẩn thông thường sector chứa dung lượng 512 byte 1.1.4 Cylinder Tập hợp các track cùng bán kính (cùng số hiệu trên) ở các mặt đĩa khác thành các cylinder 1.1.5 Đầu đọc/ghi (Read Write Heads) Đầu đọc đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit (trước lõi sắt) cuộn dây Đầu đọc đĩa cứng có công dụng đọc dữ liệu dạng từ hoá bề mặt đĩa từ từ hoá lên các mặt đĩa ghi dữ liệu Số đầu đọc ghi số mặt hoạt động được của các đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hai lần số đĩa (nhỏ trường hợp ví dụ hai đĩa chỉ sử dụng mặt) 1.1.6 Cần di chuyển đầu đọc/ghi (Disk Controler) Cần di chuyển đầu đọc/ghi các thiết bị mà đầu đọc/ghi gắn vào nó Cần có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với các đĩa từ ở khoảng cách định, dịch chuyển định vị xác đầu đọc các vị trí từ mép đĩa đến vùng phía của đĩa (phía trục quay) CHƯƠNG 2: QUẢN LÝ BỘ NHỚ NGOÀI TRÊN WINDOWS Vì phải quản lý nhớ ?  Khi cần lưu trữ các chương trình dữ liệu, các hệ thống máy tính cần sử dụng nhớ ngoài( đĩa từ , băng từ…)  Nhiêm vụ của hệ điều hành phải đảm bảo được các chức sau :  Quản lý không gian nhớ tự nhớ (Free space mange)  Cấp phát không gian nhớ tự do( Allocation methods)  Cung cấp các khả định vị nhớ  Lập lịch cho nhớ ( Disk scheduling ) 2.1 Các dạng lưu trữ dữ liệu hệ điều hành Windows Hệ điều hành Windows hỗ trợ hai loại đĩa lưu trữ chủ yếu Basic (cơ bản) Dynamic (động) 2.1.1 Lưu trữ (Basic Storage) Gồm có các phân vùng (Partition Primary), hay gọi phân vùng chính, phân vùng mở rộng (Extended Partition) Phân vùng tạo đĩa được gọi phân vùng toàn không gian cấp cho phân vùng sẽ được sử dụng trọn vẹn Mỗi ổ đĩa vật lý có thể tạo tối đa bốn phân vùng ba phân vùng phân vùng mở rộng Với phân vùng mở rộng, ta có thể tạo tùy ý số phân vùng logic khác Trên ổ cứng có vùng nhỏ dùng để ghi bảng phân vùng ổ đĩa (Disk Partition Table) Đây nơi hệ điều hành sẽ đọc để theo dõi cách thức phân chia tồn ổ đĩa Bảng phân vùng ổ đĩa có độ lớn 64 byte chia làm mục, các thông tin về phân vùng được ghi mục chiếm 16 Byte, ổ cứng vật lý chỉ có thể chia làm phân vùng lý đó Tại thời điểm chỉ có phân vùng được nhận quyền khởi động, đó phân vùng chứa hệ điều hành dùng để khởi động máy Để vượt qua giới hạn chỉ chia được phân vùng ổ vật lý, người ta chia ổ cứng vật lý thành ba phân vùng (Partition Primary) phân vùng mở rộng (Extended Partition) Sau đó lại chia phân vùng mở rộng thành nhiều ổ đĩa logic (Logical Drive) mô tả ở hình vẽ đây: Hình 2.1 Quản lý đĩa cứng Windows 2.1.2 Lưu trữ động (Dynamic Storage) Đĩa lưu trữ động được chia thành các phân vùng động Phân vùng động không chứa phân vùng ổ đĩa logic, chỉ có thể truy cập được hệ điều hành Windows Server 2003 Windows 2000 Windows Server 2003/ Windows 2000 hỗ trợ năm loại phân vùng động spanned, simple, striped, mirrored RAID-5 Ưu điểm của công nghệ lưu trữ động so với công nghệ lưu trữ là:  Cho phép ghép nhiều ổ đĩa vật lý để tạo thành các ổ đĩa logic (Volume)  Cho phép ghép nhiều vùng trống không liên tục nhiều đĩa cứng vật lý để tạo ổ đĩa logic  Có thể tạo các ổ đĩa logic có khả dung lỗi cao tăng tốc độ truy xuất… 2.1.2.1 Spanned Volume Bao gồm nhiều đĩa lưu trữ động (tối đa 32 đĩa) Sử dụng người dùng muốn tăng kích cỡ của phân vùng Dữ liệu được ghi lên phân vùng theo thứ tự hết đĩa đến đĩa khác Thông thường người quản trị sử dụng phân vùng spanned ổ đĩa sử dụng phân vùng bị đầy muốn tăng kích thước của phân vùng cách bổ sung thêm đĩa khác Do dữ liệu được ghi nên phân vùng loại không tăng hiệu sử dụng Nhược điểm của phân vùng spanned đĩa bị hỏng toàn dữ liệu phân vùng sẽ không thể truy xuất được 2.1.2.2 Simple Volume Phân vùng simple chứa không gian lấy từ đĩa lưu trữ động Không gian đĩa có thể liên tục không liên tục cùng đĩa vật lý Hình 2.2 Một đĩa vật lý được chia thành hai phân vùng đơn giản 2.1.2.3 Striped Volume (RAID-0) Lưu trữ dữ liệu lên các dãy (strip) nhiều đĩa vật lý (tối đa 32) Do dữ liệu được ghi lên dãy nên người dùng có thể thi hành nhiều tác vụ I/O đồng thời, làm tăng tốc độ truy xuất dữ liệu Thông thường, người quản trị mạng sử dụng phân vùng striped để kết hợp dung lượng của nhiều ổ đĩa vật lý thành đĩa logic, đồng thời tăng tốc độ truy xuất Hình 2.3 Mô hình Striped Volume (Physic Disk: đĩa vật lý) Nhược điểm của phân vùng striped ổ đĩa bị hỏng dữ liệu toàn phân vùng sẽ giá trị 2.1.2.4 Mirror Volume (RAID-1) Là hai của phân đơn giản Người dùng sử dụng dùng ổ đĩa ổ đĩa phụ Dữ liệu ghi lên đĩa đồng thời sẽ được ghi lên đĩa phụ Phân vùng dạng cung cấp khả dung lỗi tốt Nếu đĩa bị hỏng ổ đĩa vẫn làm việc bình thường không làm gián đoạn quá trình truy xuất dữ liệu Nhược điểm của phương pháp điều khiển đĩa phải ghi lần lượt lên hai đĩa, điều đó làm giảm hiệu hệ thống Hình 2.4 Mô hình phân vùng mirrored Để tăng tốc độ ghi đồng thời tăng khả dung lỗi, người dùng có thể sử dụng biến thể của phân vùng mirrored duplexing Theo cách người dùng phải sử dụng điều khiển đĩa khác cho ổ đĩa thứ hai Hình 2.5 Biến thể Duplexing của Phân vùng mirrored Nhược điểm của phương pháp chi phí cao Để có phân vùng 4GB cần phải tốn đến 8GB cho hai ổ đĩa ta có bảng quản lý không gian nhớ tự sau: Hình 2.10 Bảng quản lý không gian nhớ tự 2.3.3 Phương pháp đếm (Counting) Phương pháp đếm biến đổi của phương pháp lập nhóm Trong phương pháp này, hệ thống lập danh sách quản lý địa chỉ của các khối đĩa tự số lượng các khối đĩa tự liên tục các khối đĩa đó Ví dụ: theo hình 2.10 ta có danh sách quản lý không gian nhớ sau: Danh sách 17 25 Số lượng 2.4 Cấp phát không gian nhớ tự hệ điều hành Windows Có phương pháp cấp phát không gian nhớ tự do: cấp phát liên tục (Contiguous), liên kết ( Linked) chỉ số ( Index) 2.4.1 Cấp phát kề (Contiguous) Để phân bố không gian nhớ cho file, hệ thống chọn đoạn liên tục các khối đĩa tự để cấp phát cho file đó Với phương pháp này, để định vị file hệ thống chỉ cần biết địa chỉ của khối đĩa tự số lượng block đã dùng Ưu điểm của cấp phát liên tục hỗ trợ phương pháp truy nhập truy nhập trực tiếp, tồn nhược điểm chính: - Phải chọn được thuật toán tối ưu để tìm các vùng không gian tự cấp phát cho file (First – Fit, Best – Fit Worst – Fit) - Có thể xảy trường hợp không đủ số khối đĩa tự liên tiếp cần thiết để cấp phát cho file ( kích thước file lớn vùng các khối đĩa liên tục lớn nhất) - Trường hợp các khối đĩa tự nằm tản mạn sẽ không được sử dụng, sẽ gây lãng phí không gian nhớ Hình 2.11 Không gian đĩa được cấp phát kề 2.4.2 Cấp phát liên kết (Linked) Windows dùng phương pháp cấp phát liên kết để cấp phát không gian nhớ tự Trong phương pháp này, file được định vị thư mục thiết bị hai trỏ, cái trỏ tới khối đĩa đầu tiên, cái trỏ tới khối đĩa cuối cùng để cấp phát cho file Trong khối đĩa đã cấp phát có trỏ để trỏ tới khối đĩa Ví dụ: File F1 được cấp phát khối đĩa có số hiệu 9,16,1,11,25; khối đầu 9, khối cuối 25 - Ưu điểm: Sử dụng được các khối đĩa tự nằm tản mạn - Nhược điểm: Chỉ hỗ trợ truy nhập không hỗ trợ truy nhập trực tiếp, độ tin cậy không đảm bảo bị các trỏ liên kết Hình 2.12 Không gian đĩa được cấp phát liên kết Khi Windows cấp phát không gian nhớ theo phương pháp này, tận dụng các khối đĩa tự nằm tảm mạn nên sẽ gây phân mảnh đĩa từ, phải dùng công cụ chống phân mảnh đĩa cứng Điều được thể hiện rõ hệ thống tập tin FAT của Windows 2.4.3 Cấp phát theo số (Index) Phương pháp này, để cấp phát không gian nhớ cho file, hệ thống sử dụng khối đĩa đặc biệt gọi khối đĩa chỉ số (Index block) cho file Trong khối đĩa chỉ số chứa địa chỉ các khối đĩa đã cấp phát cho file, thư mục thiết bị địa chỉ của các khối đĩa chỉ số Khi khối đĩa được cấp phát cho file hệ thống loại bỏ địa chỉ của khối đĩa khỏi danh sách của cấc khối đĩa tự cập nhật vào khối chỉ số của file Hình 2.13 Cấp phát không gian đĩa theo số Phương pháp cấp phát theo chỉ số hỗ trợ truy nhập trực tiếp lãng phí không gian nhớ dành cho khối đĩa chỉ số Điểm sinh câu hỏi: Khối chỉ số nên lớn bao nhiêu? Tuy nhiên, khối chỉ số quá nhỏ nó không thể quản lý đủ các trỏ cho tập tin lớn, cần có chế giải vấn đề này: + Cơ chế liên kết (linked scheme): khối chỉ số thường đĩa Do đó, nó có thể được đọc viết trực tiếp bởi nó Để cho phép đối với các tập tin lớn, có thể liên kết nhiều khối chỉ số với Thí dụ: khối chỉ số có thể chứa header nhỏ cho tên tập tin tập hợp của các địa chỉ 100 khối đĩa Địa chỉ (từ cuối cùng khối chỉ số ) nil (đối với tập tin nhỏ ) hay trỏ tới khối chỉ số khác (cho tập tin lớn) + Chỉ số nhiều cấp (multilevel index): biến dạng của biểu diễn liên kết dùng khối chỉ số cấp để chỉ tới khối chỉ số cấp Khối chỉ số cấp chỉ tới các khối tập tin Để truy xuất khối, hệ điều hành dùng chỉ số cấp để tìm khối chỉ số cấp khối đó tìm khối dữ liệu mong muốn Tiếp cận có thể được tiếp tục tới cấp hay cấp 4, tùy thuộc vào kích thước tập tin lớn được mong muốn Với khối có kích thước 4,096 bytes, có thể lưu 1,024 trỏ bytes khối chỉ số Chỉ số hai cấp cho phép 1,048,576 khối dữ liệu, cho phép tập tin có kích thước tới 4GB + Cơ chế kết hợp (combined scheme): biến dạng khác được dùng UFS giữ 15 trỏ của khối chỉ số inode của tập tin 12 trỏ của 15 trỏ chỉ tới khối trực tiếp (direct blocks), nghĩa chúng chứa các địa chỉ của khối mà chứa dữ liệu của tập tin Do đó, dữ liệu đối với các tập tin nhỏ (không lớn 12 khối) không cần khối chỉ số riêng Nếu kích thước khối 4KB, 48KB dữ liệu có thể truy xuất trực tiếp trỏ chỉ tới các khối gián tiếp (indirect blocks) Con trỏ khối gián tiếp thứ đại chỉ của khối gián tiếp đơn (single indirect blocks) Khối gián tiếp đơn khối chỉ số không chứa dữ liệu chứa địa chỉ của các khối dữ liệu Sau đó, có trỏ khối gián tiếp đôi (double indirect block) chứa địa chỉ của khối mà khối chứa địa chỉ của các khối chứa trỏ chỉ tới khối dữ liệu thật Con trỏ cuối cùng chứa địa chỉ của khối gián tiếp ba (triple indirect block) Với phương pháp này, số khối có thể cấp phát tới tập tin vượt quá hạn lượng không gian có thể đánh địa chỉ bởi các trỏ tập tin bytes hay GB Nhiều cài đặt UNIX gồm Solaris AIX của IBM hỗ trợ tới 64 bit trỏ tập tin Các trỏ có kích thước cho phép các tập tin hệ thống tập tin có kích thước tới terabytes Một inode được hiển thị hình 2.14: Hình 2.14 Inode của UNIX Cơ chế cấp phát lập chỉ số gặp số vấn đề khó khăn về lực cấp phát liên kết Đặc biệt các khối chỉ số có thể được lưu trữ (cache) nhớ,nhưng các khối dữ liệu có thể trải rông khắp phân khu 2.5 Lập lịch cho đĩa từ hệ điều hành Window 2.5.1 Khái niệm lập lịch cho đĩa Thời gian truy nhập đĩa phụ thuộc vào ba yếu tố: thời gian di chuyển đầu từ đọc/ghi đến track cylinder cần thiết (seek-time), thời gian định vị đầu từ đọc/ghi khối đĩa cần truy nhập (latency-time) thời gian truy nhập dữ liệu (transfer-time) Thời gian định vị đầu từ đọc/ghi thời gian truy nhập dữ liệu thông thường cố định phụ thuộc cấu trúc kỹ thuật của ổ đĩa Do đó để tăng tốc độ truy nhập đĩa, các hệ điều hành thường quan tâm tới thời gian di chuyển đầu từ đọc/ghi Lập lịch cho đĩa xây dựng các thuật toán dịch chuyển đầu từ đọc ghi cho thời gian truy nhập đĩa tối ưu Thời gian truy nhập đĩa: - Thời gian di chuyển đầu từ đọc ghi đến strack thích hợp(seek-time) - Thời gian chờ cho khối cần thiết đầu đọc(latency -time) - Thời gian vận chuyển dữ liệu giữa đĩa nhớ chính(transfer-time) Hình 2.15 Đĩa Tất công việc đều phụ thuộc vào việc nạp chương trình nhập xuất tập tin, đó điều quan trọng dịch vụ đĩa phải nhanh tốt Hệ điều hành có thể tổ chức dịch vụ truy xuất đĩa tốt cách lập lịch yêu cầu truy xuất đĩa Tốc độ đĩa bao gồm ba phần Để truy xuất các khối đĩa, trước tiên phải di chuyển đầu đọc đến track hay cylinder thích hợp, thao tác gọi seek thời gian để hoàn tất gọi seek time Một đã đến track, phải chờ khối cần thiết đến đầu đọc Thời gian chờ gọi latency time Cuối cùng vận chuyển dữ liệu giữa đĩa nhớ gọi transfer time Tổng thời gian cho dịch vụ đĩa tổng của ba khoảng thời gian Trong đó seek time latency time nhiều thời gian nhất, đó để giảm thiểu thời gian truy xuất hệ điều hành đưa các thuật toán lập lịch truy xuất 2.5.2 Nguyên lý làm việc của đĩa từ 2.5.2.1 Giao tiếp với máy tính Toàn chế đọc/ghi dữ liệu chỉ được thực hiện máy tính (hoặc các thiết bị sử dụng ổ đĩa cứng) có yêu cầu truy xuất dữ liệu cần ghi dữ liệu vào ổ đĩa cứng Việc thực hiện giao tiếp với máy tính bo mạch của ổ đĩa cứng đảm nhiệm Ta biết máy tính làm việc khác theo phiên làm việc, nhiệm vụ mà không theo kịch nào, đó quá trình đọc ghi dữ liệu luôn xảy ra, đó các tập tin bị thay đổi, xáo trộn vị trí Từ đó dữ liệu bề mặt đĩa cứng không được chứa cách liên tục mà chúng nằm rải rác khắp nơi bề mặt vật lý Một mặt khác máy tính có thể xử lý đa nhiệm (thực hiện nhiều nhiệm vụ cùng thời điểm) nên cần phải truy cập đến các tập tin khác ở các thư mục khác Như chế đọc ghi dữ liệu ở ổ đĩa cứng không đơn thực hiện từ theo mà chúng có thể truy cập ghi dữ liệu ngẫu nhiên điểm bề mặt đĩa từ, đó đặc điểm khác biệt nổi bật của ổ đĩa cứng so với các hình thức lưu trữ truy cập (như băng từ) Thông qua giao tiếp với máy tính, giải tác vụ, CPU sẽ đòi hỏi dữ liệu (nó sẽ hỏi các nhớ khác trước đến đĩa cứng mà thứ tự thường cache L1-> cache L2 ->RAM) đĩa cứng cần truy cập đến các dữ liệu chứa nó Không đơn CPU có thể đòi hỏi nhiều tập tin dữ liệu thời điểm, đó sẽ xảy các trường hợp: Ổ đĩa cứng chỉ đáp ứng yêu cầu truy cập dữ liệu thời điểm, các yêu cầu được đáp ứng 2.5.2.2 Đọc và ghi dữ liệu bề mặt đĩa Sự hoạt động của đĩa cứng cần thực hiện đồng thời hai chuyển động: Chuyển động quay của các đĩa chuyển động của các đầu đọc Sự quay của các đĩa từ được thực hiện nhờ các động gắn cùng trục (với tốc độ lớn: từ 3600 rpm 15.000 rpm) chúng thường được quay ổn định tốc độ định theo loại ổ đĩa cứng Khi đĩa cứng quay đều, cần di chuyển đầu đọc sẽ di chuyển đến các vị trí các bề mặt chứa phủ vật liệu từ theo phương bán kính của đĩa Chuyển động kết hợp với chuyển động quay của đĩa có thể làm đầu đọc/ghi tới vị trí bề mặt đĩa Tại các vị trí cần đọc ghi, đầu đọc/ghi có các cảm biến với điện trường để đọc dữ liệu (và tương ứng: phát điện trường để xoay hướng các hạt từ ghi dữ liệu) Dữ liệu được ghi/đọc đồng thời đĩa Việc thực hiện phân bổ dữ liệu các đĩa được thực hiện nhờ các mạch điều khiển bo mạch của ổ đĩa cứng 2.5.3 Các thuật toán lập lịch cho đĩa 2.5.3.1 First Come First Served (FCFS) Nguyên lý: Để truy nhập tới file, hệ thống sẽ tổ chức hàng đợi các yêu cầu phục vụ của các track Track có yêu cầu phục vụ trước đầu đọc/ghi sẽ dịch chuyển tới đó Ví dụ: Giả sử đĩa cứng có 200 track được đánh dấu từ đến 199 file F1 được phân bổ lần lượt các track theo thứ tự :65,123,97,142,14,5,26,190 Đầu đọc ở vị trí 100 Hình 2.16 Phương pháp FCFS • Ưu điểm: - Dễ lập trình - Các track cần truy xuất liên tục • Nhược điểm: - Số track mà đầu đọc phải di chuyển nhiều - Hiệu của thuật toán phụ thuộc vào thứ tự của các track hàng đợi 2.5.3.2 Shortest Remaining Time First (SRTF): Nguyên lý: Phương pháp dựa quy tắc track có thời gian dịch chuyển đầu từ ngắn phục vụ trước Trong trường hợp có track cùng có thời gian dịch chuyển đầu từ xét: + Nếu đầu từ ở vi trí chọn hướng ngẫu nhiên + Nếu đầu từ dịch chuyển tiếp tục phục vụ theo hướng dịch chuyển Hình 2.17 Phương pháp SRTF • Ưu điểm: Số track mà đầu đọc phải chuyển giảm • Nhược điểm: Mỗi lần dịch chuyển đều phải thực hiện phép tính so sánh 2.5.3.3 Scan Nguyên lý: Đầu đọc của đĩa di chuyển từ phía (ví dụ bên bên đĩa) sang phía để phục vụ các yêu cầu đọc, sau đó di chuyển ngược lại Trên đường gặp track phục vụ track Hình 2.18 Phương pháp Scan • Ưu điểm: Phương thức hoạt động thang máy Số bước đầu đọc phải di chuyển giảm • Nhược điểm: Phải tốn thời gian để quét track track cuối cùng mặc dù nó không yêu cầu phục vụ 2.5.3.4 C-Scan Phương pháp tương tự Scan chỉ khác nó không phục vụ đường về Đường về được quy định đường từ track có số hiệu lớn về số hiệu nhỏ Hình 2.19 Phương pháp C-Scan 2.5.3.5 C-look Tương tự C-Scan chỉ quét phạm vi các track có nhu cầu phục vụ, không quét tới các track va cuối cùng * Chú ý: Nếu các track yêu cầu vẫn phục vụ Hình 2.20 Phương pháp C-look Nhận xét: - FCFS thuật toán phù hợp các track cần truy xuất liên tục - SRTF phổ biến có hiệu tốt - SCAN LOOK thích hợp cho những hệ thống phải truy xuất dữ liệu lớn 2.5.4 Quản lý lỗi Đĩa đối tượng mà truy xuất có thể gây nhiều lỗi Một số các lỗi thường gặp : Lỗi lập trình : yêu cầu đọc các sector không tồn Lỗi lập trình xảy yêu cầu điều khiển tìm kiếm cylinder không tồn tại, đọc sector không tồn tại, dùng đầu đọc không tồn tại, vận chuyển vào nhớ không tồn Hầu hết các điều khiển kiểm tra các tham số sẽ báo lỗi không thích hợp Lỗi checksum tạm thời : gây bởi bụi đầu đọc Bụi tồn giữa đầu đọc bề mặt đĩa sẽ gây lỗi đọc Nếu lỗi tồn tại, khối có thể bị đánh dấu hỏng bởi phần mềm Lỗi checksum thường trực : đĩa bị hư vật lý các khối Lỗi tìm kiếm : ví dụ đầu đọc đến cylinder đó phải đọc Lỗi điều khiển : điều khiển từ chối thi hành lệnh 2.5.5 RAM Disks Ý tưởng RAM disk khá đơn giản Thiết bị khối phần lưu trữ trung gian với hai lệnh : đọc khối ghi khối Thông thường những khối được lưu trữ đĩa mềm đĩa cứng RAM disk dùng phần đã định vị trước của nhớ để lưu trữ các khối RAM disk có ưu điểm cho phép truy xuất nhanh chóng (không phải chờ quay hay tìm kiếm) Như nó thích hợp cho việc lưu trữ những chương trình hay dữ liệu được truy xuất thường xuyên Hình 2.21 RAM DISKS Hình mô tả ý tưởng của RAM disk Một RAM disk được chia làm nhiều khối, số lượng tùy thuộc vào dung lượng của vùng nhớ Mỗi khối có cùng kích thước vừa kích thước của khối thực đĩa Khi driver nhận được chỉ thị đọc ghi khối, nó sẽ tìm nhớ RAM disk vị trí của khối, thực hiện việc đọc hay ghi đó thay từ đĩa mềm hay đĩa cứng 2.5.6 Interleave Bộ điều khiển đọc ghi đĩa phải thực hiện hai chức đọc/ghi dữ liệu chuyển dữ liệu vào hệ thống Để thực hiện được đồng hai chức này, điều khiển đọc đĩa cung cấp chức interleave Trên đĩa các sector số hiệu liên tiếp không nằm kế bên mà có khoảng cách định, khoảng cách được xác định bởi quá trình format đĩa Ví dụ : giả sử hệ thống chỉ có 17 sector, interleave được chọn các sector được bố trí theo thứ tự sau : 1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, Cách đọc lần lượt sau : Lần 1: 1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, Lần 2: 1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, Lần 3: 1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, Lần 4: 1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, Như sau bốn lần thứ tự các sector đọc được vẫn từ đến 17 THE END [...]... trình quản lý bộ nhớ ngoài Disk Manager Disk Manager là một tiện ích giao diện đồ hoạ được Microsoft tích hợp sẵn phục vụ việc quản lý đĩa và phân vùng trong môi trường của hệ điều hành Windows Để có thể sử dụng được hết các chức năng của chương trình, người dùng phải đăng nhập vào hệ thống bằng tài khoản Administrator Để khởi động được chương trình Disk Manager trên. .. indirect block) Với phương pháp này, số khối có thể cấp phát tới một tập tin vượt quá hạn lượng không gian có thể đánh địa chỉ bởi các con trỏ tập tin 4 bytes hay 4 GB Nhiều cài đặt UNIX gồm Solaris và AIX của IBM hỗ trợ tới 64 bit con trỏ tập tin Các con trỏ có kích thước này cho phép các tập tin và hệ thống tập tin có kích thước tới terabytes Một inode được hiển thị trong... cuối cùng trong khối chỉ số ) là nil (đối với một tập tin nhỏ ) hay một con trỏ tới khối chỉ số khác (cho một tập tin lớn) + Chỉ số nhiều cấp (multilevel index): một biến dạng của biểu diễn liên kết là dùng khối chỉ số cấp 1 để chỉ tới khối chỉ số cấp 2 Khối chỉ số cấp 2 chỉ tới các khối tập tin Để truy xuất một khối, hệ điều hành dùng chỉ số cấp 1 để tìm một khối chỉ... Đĩa Tất cả mọi công việc đều phụ thuộc vào việc nạp chương trình và nhập xuất tập tin, do đó điều quan trọng là dịch vụ đĩa phải càng nhanh càng tốt Hệ điều hành có thể tổ chức dịch vụ truy xuất đĩa tốt hơn bằng cách lập lịch yêu cầu truy xuất đĩa Tốc độ đĩa bao gồm ba phần Để truy xuất các khối trên đĩa, trước tiên phải di chuyển đầu đọc đến track hay cylinder thích hợp, thao... xoay hướng các hạt từ khi ghi dữ liệu) Dữ liệu được ghi/đọc đồng thời trên mọi đĩa Việc thực hiện phân bổ dữ liệu trên các đĩa được thực hiện nhờ các mạch điều khiển trên bo mạch của ổ đĩa cứng 2.5.3 Các thuật toán lập lịch cho đĩa 2.5.3.1 First Come First Served (FCFS) Nguyên lý: Để truy nhập tới 1 file, hệ thống sẽ tổ chức một hàng đợi các yêu cầu phục vụ của các track... Bộ điều khiển đọc ghi đĩa phải thực hiện hai chức năng là đọc/ghi dữ liệu và chuyển dữ liệu vào hệ thống Để thực hiện được đồng bộ hai chức năng này, bộ điều khiển đọc đĩa cung cấp chức năng interleave Trên đĩa các sector số hiệu liên tiếp nhau không nằm kế bên nhau mà có một khoảng cách nhất định, khoảng cách này được xác định bởi quá trình format đĩa Ví dụ : giả sử hệ. .. khởi động lại máy không đúng cách Nút Backup Now sẽ mở chương trình BackupWizard, ở đây sẽ hướng dẫn các bước thực hiện việc sao lưu các tập tin và thư mục trên đĩa Nút Defragment Now mở chương trình Disk Defragment dùng để dồn các tập tin trên đĩa thành một khối liên tục, giúp ích cho việc truy xuất đĩa  Hardware Liệt kê các ổ đĩa vật lý mà Windows nhận diện được Bên dưới danh... hình 2.14: Hình 2.14 Inode của UNIX Cơ chế cấp phát lập chỉ số gặp một số vấn đề khó khăn về năng lực như cấp phát liên kết Đặc biệt các khối chỉ số có thể được lưu trữ (cache) trong bộ nhớ,nhưng các khối dữ liệu có thể trải rông khắp phân khu 2.5 Lập lịch cho đĩa từ trong hệ điều hành Window 2.5.1 Khái niệm về lập lịch cho đĩa Thời gian truy nhập đĩa phụ thuộc vào ba yếu... dụng các khối đĩa tự do nằm tảm mạn nên sẽ gây phân mảnh đĩa từ, phải dùng công cụ chống phân mảnh đĩa cứng Điều này được thể hiện rõ trong hệ thống tập tin FAT của Windows 2.4.3 Cấp phát theo chỉ số (Index) Phương pháp này, để cấp phát không gian nhớ cho một file, hệ thống sử dụng một khối đĩa đặc biệt gọi là khối đĩa chỉ số (Index block) cho mỗi file Trong khối đĩa chỉ... chuyển dữ liệu giữa đĩa và bộ nhớ chính gọi là transfer time Tổng thời gian cho dịch vụ đĩa chính là tổng của ba khoảng thời gian trên Trong đó seek time và latency time là mất nhiều thời gian nhất, do đó để giảm thiểu thời gian truy xuất hệ điều hành đưa ra các thuật toán lập lịch truy xuất 2.5.2 Nguyên lý làm việc của đĩa từ 2.5.2.1 Giao tiếp với máy tính Toàn bộ cơ chế đọc/ghi ... HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH Đề tài: Nghiên cứu, tìm hiểu về quản lý bộ nhớ ngoài Hệ điều hành Windows Giảng... bởi hệ điều hành Thành phần hệ điều hành tham gia trực tiếp vào quá trình quản lý các tập tin đĩa được gọi hệ thống file Hệ điều hành phải xây dựng cấu trúc tổ chức hoạt động của hệ. .. trường hệ điều hành đa nhiệm Những vấn đề có thể dễ dàng tìm hiểu thông qua quản lý tiến trình quản lý nhớ của máy tính Để giải những vấn đề hệ điều hành buộc phải thiết kế hệ thông