Đề 3 _ AT13MB 1. Hệ điều hành (HĐH) là gì. Cho 5 ví dụ về các hệ thống không có HĐH và 5 ví dụ về các hệ thống có HĐH . Hệ điều hành là một chương trình hay một hệ chương trình hoạt động giữa người sử dụng và phần cứng của máy tính. Mục tiêu của hệ điều hành là cung cấp một môi trường để người sử dụng có thể thi hành các chương trình. Nó làm cho máy tính dể sử dụng hơn, thuận lợi hơn và hiệu quả hơn. 5 ví dụ về hệ thống không có HĐH Máy giặt Hệ thống xí nghiệp Hệ thống cơ quan hành chính quốc gia Hệ thống thông tin Hệ thống làm mát 5 vd về hệ thống có HĐH Hệ thống nhúng sử dụng hệ điều hành thời gian thực Windows XP ,7 , 8, 10 MS DOS được sử dụng ở những năm 80 ubuntu, Fedora linux, ios, android 2. Phân tích các quá trình chuyển CPU giữa các tiến trình : Tiến trình P1: vào hàng đợi JobQueue ở trạng thái New, sẽ đợi 1 khoảng thời gian của quá trình điều phối chậm (Scheduler Long Term) của hệ điều hành(HĐH) để chọn tiến trình, sau khi được O.S chọn, P1 chuyển sang hàng đợi reday quueue và ở trạng thái Ready. Lúc này P1 chỉ đợi cấp CPU và running. Sau một khỏang thời gian running, tiến trình P2 xuất hiện. Lúc này, hệ điều hành sẽ ghi lại thông tin của P1 vào thanh PCB1 bao gồm những thông tin: con trỏ, trạng thái của P1, số hiệu của tiến trình P1, Bộ đếm P1, nội dung của P1…Và chuyển P1 sang hàng đợi Waiting và chuyển trạng thái Ready. Lúc này, P2 sẽ được cấp CPU và running. Và sau một khỏang thời gian running, P2 cũng sẽ chuyển sang hàng đợi waiting và chuyển trạng thái ready, lúc này HĐH cũng ghi lại thông tin vào thanh ghi PCB2 như đã làm ở P1. Sau đó, HĐH sẽ load lại thông tin của PCB1 và P1 sẽ tiếp tục running. Quá trình này cũng sẽ lập lại cho P2. Đển khi P1 và P2 kết thúc. 3. Trình bày về các trạng thái và quá trình chuyển trạng thái của tiến trình. Cho ví dụ và phân tích
- Đề _ AT13MB Hệ điều hành (HĐH) Cho ví dụ hệ thống khơng có HĐH ví dụ hệ thống có HĐH Hệ điều hành chương trình hay hệ chương trình hoạt động người sử dụng phần cứng máy tính Mục tiêu hệ điều hành cung cấp môi trường để người sử dụng thi hành chương trình Nó làm cho máy tính dể sử dụng hơn, thuận lợi hiệu ví dụ hệ thống khơng có HĐH − Máy giặt − Hệ thống xí nghiệp − Hệ thống quan hành quốc gia − Hệ thống thông tin − Hệ thống làm mát vd hệ thống có HĐH − Hệ thống nhúng sử dụng hệ điều hành thời gian thực − Windows − MS XP ,7 , 8, 10 DOS sử dụng năm 80 − ubuntu, − linux, Fedora ios, android Phân tích q trình chuyển CPU tiến trình : Tiến trình P1: vào hàng đợi Job-Queue trạng thái New, đợi khoảng thời gian trình điều phối chậm (Scheduler Long Term) hệ điều hành(HĐH) để chọn tiến trình, sau O.S chọn, P1 chuyển sang hàng đợi reday quueue trạng thái Ready Lúc P1 đợi cấp CPU running Sau khỏang thời gian running, tiến trình P2 xuất Lúc này, hệ điều hành ghi lại thông tin P1 vào PCB1 bao gồm thông tin: trỏ, trạng thái P1, số hiệu tiến trình P1, Bộ đếm P1, nội dung P1…Và chuyển P1 sang hàng đợi Waiting chuyển trạng thái Ready Lúc này, P2 cấp CPU running Và sau khỏang thời gian running, P2 chuyển sang hàng đợi waiting chuyển trạng thái ready, lúc HĐH ghi lại thông tin vào ghi PCB2 làm P1 Sau đó, HĐH load lại thơng tin PCB1 P1 tiếp tục running Quá trình lập lại cho P2 Đển P1 P2 kết thúc Trình bày trạng thái trình chuyển trạng thái tiến trình Cho ví dụ phân tích Các trạng thái tiến trình: Tại thời điểm, tiến trình có trạng thái: - new: tiến trình tạo running: tiến trình chiếm hữu CPU thực lệnh waiting: tiến trình chờ cấp tài nguyên chờ kiện xuất để chuyển sang trạng thái sẵn sàng - ready: tiến trình trạng thái sẵn sàng, phân phối đủ tài nguyên cần thiết, chờ đến lượt đc - thực theo chế lập lịch hệ điều hành terminated: tiến trình kết thúc Nó khơng biến tiến trình khác đọc đc trạng thái Q trình chuyển trạng thái tiến trình : Tại thời điểm, có tiến trình nhận trạng thái running Trong đó, nhiều tiến trình trạng thái waiting hay ready Tiến trình tạo đưa vào hệ thống, cung cấp đủ tài nguyên trạng thái ready(chờ phân phối CPU để thực hiện) Khi tiến trình thực hiện(running), chuyển sang trạng thái: - Kết thúc(terminal) thực xong Chờ(waiting) tiến trình yêu cầu tài nguyên chưa đáp ứng tài nguyên chưa sẵn sàng để cấp phát thời điểm ; tiến trình phải chờ kiện hay thao tác - nhập/xuất Sẵn sàng(ready) xảy ngắt để chuyển CPU cho tiến trình có mức ưu tiên cao Bộ điều phối cấp phát cho tiến trình khoảng thời gian sử dụng CPU hết thời gian chiếm hữu CPU Bộ điều phối chọn tiến trình khác có trạng thái ready cho xử lý Tài nguyên mà tiến trình yêu cầu trở nên sẵn sàng để cấp phát ; hay kiện thao tác I/O tiến trình đợi(có trạng thái waiting) hồn tất, tiến trình chuyển sang ready Trình bày ý tưởng kỹ thuật định vị file liên kết - Mỗi tập tin danh sách liên kết disk block: Các block phân tán ( rải rác) nơi đĩa - Đơn giản - cần bắt đầu địa chỉ: địa bắt đầu trỏ đến đầu danh sách liên kết Hệ thống quản lý không gian trống - không lãng phí khơng gian Khơng có truy cập ngẫu nhiên Mapping : Bảng phân bổ tệp (FAT) - dung lượng đĩa phân chia MSDOS OS/2 Truy cập bảng FAT => danh sách khối file Tệp 'jeep' hình ảnh cho thấy cách khối phân phối ngẫu nhiên Khối cuối (25) chứa -1,biểu thị trỏ null không trỏ đến khối khác - Đề _ AT13MB Trình bày loại lập lịch tác vụ Với loại, cho ví dụ minh họa phân tích Lập lịch định tiến trình sử dụng tài nguyên phần cứng nào, thời gian Bài toán lập đặt với dạng tài nguyên khác nhau, chẳng hạn thiết bị vào ra, CPU, nhớ…, kể trường hợp có chia sẻ thời gian hay khơng Tùy thuộc vào loại hình tác vụ, có phương pháp lập lịch không độc quyền (preemptive) độc quyền (non-preemptive) Lập lịch không độc quyền kiểu lập lịch hệ điều hành sử dụng chế ngắt để thu hồi CPU tiến trình trạng thái chạy Với kiểu điều độ này, hệ điều hành phân phối lại CPU cách chủ động, không cần chờ tiến trình chạy kết thúc chuyển sang trạng thái chờ đợi Windows 95, NT phiên sau sử dụng lập lịch độc quyền, cho phép thực đa chương trình chia sẻ thời gian nghĩa tin cậy Các thuật toán hoạt động theo lập lịch không độc quyền Round Robin(phân phối luân phiên), SJF (Shortese Job First – công việc ngắn trước), Priority Scheduling (sự ưu tiên) Ví dụ : Giải thích : Có tiến trình : P0, P1, P2, P3 Tại thời điểm vào P2 đến, CPU cấp phát cho P2 khơng có tiến trình hàng đợi Trong P2 thực thi, P3 đến vào thời điểm 1, thời gian lại cho tiến trình P2 (5 milisec) > thời gian P3 yêu cầu Vì vậy, CPU cấp phát cho P3 Thời điểm ms, P3 thực thi P1 vào, thời gian lại cho tiến trình P3 (3 ms) < thời gian P1 yêu cầu (4 ms), nên P3 tiếp tục Khi P3 tiếp tục tiến trình, P0 đến vào thời điểm 3, thời gian lại cho tiến trình P3 (2 ms) = thời gian P0 yêu cầu (2 ms), P3 tiếp tục sau P3 chấm dứt, CPU cấp phát cho P0 burst time Sau P0 kết thúc, CPU cấp phát cho P1 sau đến P2 Lập lịch độc quyền kiểu lập lịch tiến trình trạng thái chạy sử dụng CPU xảy tình sau: tiến trình kết thúc, tiến trình phải chuyển sang trạng thái chờ đợi thực yêu cầu vào/ra, lời gọi hệ thống, chờ đợi tín hiệu đồng từ tiến trình khác Việc lập lịch thực tiến trình thể thái độ hợp tác nhường lại CPU không cần dùng Trong trường hợp tiến trình chiếm CPU vơ hạn, ví dụ sử dụng vòng lặp vơ hạn khơng chứa lời gọi hệ thống, tiến trình khác khơng cấp CPU Các phiên Windows Windows 3.x sử dụng lập lịch không độc quyền Các thuật toán hoạt động theo lập lịch độc quyền FCFS, SRTF,… Giải thích: Tiến trình P2 đến thời điểm 0, CPU cấp phát cho P2, phải ms để thực thi Các tiến trình P0, P1, P3 đến hàng đợi sẵn sàng Nhưng phải chờ P2 hồn thành burst time CPU, sau P3 cấp phát CPU , thực thi hoàn thành Tương tự cho P1, P0 Trình bày ý tưởng kỹ thuật phân trang nhớ Giải thích kích thước trang ln lũy thừa Ý tưởng : Kỹ thuật phân trang cho phép không gian địa vật lý cấp cho tiến trình khơng cần phải - liên tục Bộ nhớ thực chia thành khối kích thước cố định gọi frame Tiến trình - chia thành phần gọi trang (page) Hệ điều hành phải thiết lập bảng phân trang (page table) để ánh xạ địa logic thành địa thực Mỗi tiến trình có bảng phân trang (các trang nhớ cấp phát cho tiến trình này) quản lý trỏ lưu giữ PCB Công việc nạp bảng phân trang vào hệ thống - (do điều phối CPU dispatcher thực hiện) phần cơng việc hốn đổi tiến trình Cơ chế phân trang khiến nhớ bị phân mảnh nội, nhiên lại khắc phục phân mảnh ngoại Giải thích : Việc chuyển địa logic thành phần riêng biệt số hiệu trang (p) độ dời trang (d) dễ dàng Bởi bit tượng trưng cho số lũy thừa 2, tách địa thành phần có kết lũy thừa Nếu không gian địa m, kích thước trang nhớ 2n có 2(m - n) mục bảng trang, với (m – n) bits cao cho số hiệu trang, n bits thấp cho độ dời trang - Đề _ AT13MB Phân biệt hệ song song hệ phân tán Cho ví dụ Hệ phân tán vs hệ song song : Hệ song song phối hợp nhiều xử lý nhằm giải vấn đề cho trước cách nhanh Trong hệ phân tán, xử lý nói chung có chương trình làm việc riêng bán độc lập, lợi ích chung nên cần phối hợp hành động với Một ví dụ hệ thống song song version Encore UNIX cho máy tính Multimax Hệ thống có hàng tá xử lý Ưu điểm nhiều tiến trình thực lúc Ví dụ hệ phân tán hệ thống world wide web hay hệ thống email, mạng xã hội , v.v Phân biệt địa logic địa vật lý Cho ví dụ Một địa vật lý có nhiều địa logic khơng Cho ví dụ Do vị trí tiến trình nhớ thay đổi, cần phân biệt hai loại địa chỉ: địa lôgic địa vật lý Địa lôgic địa gán cho lệnh liệu không phụ thuộc vào vị trí cụ thể tiến trình nhớ Khi thực chương trình, CPU “nhìn thấy” sử dụng địa lôgic để trỏ đến phần khác lệnh, liệu Một dạng địa lơgic điển hình địa tương đối, phần tử chương trình gán địa tương vị trí đó, chẳng hạn đầu chương trình, khơng phụ thuộc vào vị trí thực tiến trình nhớ Tồn địa gán chương trình tạo thành khơng gian nhớ lơgic chương trình Trong trường hợp sử dụng nhớ ảo, địa lơgic gọi địa ảo Ví dụ tiến trình biên dịch (compiler) tạo mã lệnh chương trình mà tham chiểu đến nhớ địa logic Để truy cập nhớ, địa lôgic cần biến đổi thành địa vật lý Địa vật lý địa xác nhớ máy tính phần cứng quản lý nhớ đặt lên đường địa để truy cập ô nhớ tương ứng Địa vật lý gọi địa tuyệt đối Thông thường, không gian nhớ vật lý khác với không gian nhớ lôgic chương trình Trong thời gian thực tiến trình, địa lôgic ánh xạ sang địa vật lý nhờ chế phần cứng gọi khối ánh xạ nhớ (MMU=Memory Mapping Unit) Một địa vật lý có nhiều địa logic Ví dụ : Địa logic 1234h:0005h ứng với địa vật lí 1234h * 10h + 0005h = 12345h Do segment gối đầu nên nhớ thuộc vài segment khác Vì địa vật lý ứng vơi nhiều địa logic khác Trình bày ý tưởng kỹ thuật định vị file liên tục Kỹ thuật có xảy phân mảnh trong/ ngồi khơng Cho ví dụ minh họa giải thích Mỗi file cấp khoảng không gian gồm khối nằm liên tiếp đĩa Vị trí file đĩa xác định vị trí khối độ dài số khối mà file chiếm Chẳng hạn, file cầp phát n khối khối thứ s, khối file s, s+1, s+2, , s+n-1 Khoản mục file thư mục chứa địa khối số khối mà file chiếm Phương pháp cấp phát khối liên tiếp gây lãng phí khơng gian đĩa xảy tượng phân mảnh trong/ Các vùng trống lại đĩa có kích thước q nhỏ cấp phát cho file có kích thước lớn Ví dụ: Trên hình sau, vùng trống nằm trước fileA có kích thước khối khơng thể cấp phát cho file kích thước lớn Những vùng trống bị bỏ phí Mặc dù tượng khắc phục cách chuyển file lại gần để tập trung tất vùng trống cuối đĩa việc di chuyển file cần nhiều thời gian, đặc biệt kích thước đĩa lớn - Đề _ AT12MB 10 Phân biệt luồng (Thread) tiến trình ( Process) Minh họa ví dụ với mã giả ( Java, C# , ……) Process trình hoạt động ứng dụng Điểm quan trọng cần ý thread làm nhiệm vụ process làm Tuy nhiên, process chứa nhiều thread, thread coi process nhỏ Vậy, điểm khác biệt mấu chốt thread process công việc thường phải làm Một điểm khác biệt nhiều thread nằm process dùng không gian nhớ giống nhau, process khơng Điều cho phép thread đọc viết kiểu cấu trúc liệu, giao tiếp dễ dàng thread với Hoạt động luồng giống tiến trình luồng chia sẻ khơng gian địa chung, tiến trình hồn tồn độc lập 11 Trình bày ý tưởng giải pháp Sleep – Weakup Trong giải pháp Sleep – Weakup, tiến trình muốn vào đoạn găng chưa đủ điều kiện thi sau thời gian kiểm tra điều kiện vào đoạn găng trước thời gian đánh thức tiến trình có ảnh hưởng đến việc lập lịch cho tiến trình khác khơng Giải thích Ý tưởng sử dụng SLEEP WAKEUP sau : tiến trình chưa đủ điều kiện vào miền găng, gọi SLEEP để tự khóa đến có tiến trình khác gọi WAKEUP để giải phóng cho Một tiến trình gọi WAKEUP khỏi miền găng để đánh thức tiến trình chờ, tạo hội cho tiến trình vào miền găng : int busy; // miền găng bị chiếm, không int blocked; // đếm số lượng tiến trình bị khóa while (TRUE) { if (busy){ blocked = blocked + 1; sleep();} else busy = 1; critical-section (); busy = 0; if(blocked){ wakeup(process); blocked = blocked - 1;} Noncritical-section (); } Tiến trình có ảnh hưởng đến việc lập lịch cho tiến trình khác : Giả sử tiến trình A vào miền găng, trước rời khỏi miền găng tiến trình B kích hoạt Tiến trình B thử vào miền găng nhận thấy A đó, B tăng giá trị biến blocked chuẩn bị gọi SLEEP để tự khoá Tuy nhiên trước B thực SLEEP, tiến trình A lại tái kích hoạt khỏi miền găng Khi khỏi miền găng A nhận thấy có tiến trình chờ (blocked=1) nên gọi WAKEUP giảm giá trị blocked Khi tín hiệu WAKEUP lạc tiến trình B chưa thật « ngủ » để nhận tín hiệu đánh thức !Khi tiến trình B tiếp tục xử lý, goi SLEEP tự khóa vĩnh viễn ! - Đề _ AT12MB 12 Thao tác ngun tử Cho ví dụ Tai giải pháp Test&Set, thao tác Test&SetLock phải thao tác nguyên tử Thao tác đọc ghi nhớ thao tác nguyên tử (atomic) bị xen ngang chừng Nguyên tắc chung giải pháp Test&Set hai thao tác kiểm tra giá trị thay đổi giá trị cho biến (một ô nhớ), thao tác so sánh hoán đổi giá trị hai biến, thực lệnh máy đảm bảo thực mà không bị xen vào Đơn vị thực không bị xen vào gọi thao tác nguyên tử (atomic) Ta gọi lệnh lệnh “kiểm tra xác lập” Test_and_Set TSL (boolean &target) { TSL = target; target = TRUE; } 13 Mô tả địa vật lý địa logic nhớ Thời gian truy cập ổ đĩa tính nào? Tại cấu hình phần cứng với hệ điều hành khác tốc độ ghi liệu ổ đĩa lại khác Thời gian truy cập = Thời gian đợi + Thời gian trao đổi liệu = (thời gian tìm kiếm + thời gian trễ) + thời gian trao đổi liệu Chú ý: Thời gian đợi (thời gian định vị + thời gian trễ) gọi thời gian truy cập - Đề _ AT12MB 14 Trình bày loại hệ điều hành Mỗi loại cho ví dụ - Hệ điều hành đơn chương trình : Tồn hệ thống máy tính phục vụ chương trình từ lúc bắt đầu ctr đưa vào nhớ đến kết thúc chương trình Khi chương trình đưa vào nhớ thực => chiếm giữ tài ngun hệ thống nên khơng thể đưa ctr khác vào nhớ Ví - dụ: Hệ điều hành MS DOC Hệ điều hành đa chương trình : Tại thời điểm có nhiều ctr có mặt đồng thời nhớ Các ctr có nhu cầu phân phối nhớ CPU Gồm loại: Hệ điều hành hoạt động theo mẻ (batch - lo), Hệ điều hành chia sẻ thời gian Ví dụ: hệ điều hành windows 95; OS windows 2003 - server Hệ điều hành thời gian thực : Đảm bảo giải tốn( tiến trình) khơng muộn thời điểm xác định Mỗi tiến trình gắn với thời gian xác định phải hoàn thành gọi DeadTime Hồn thiện tốn muộn khơng có ý nghĩa Ví dụ: giải tốn lò phản ứng - hạt nhân; game thời gian thực Hệ song song: Cho hệ thống có nhiều CPU chia xẻ đường truyền, nhớ, đồng hồ, thiết bị I/O… Các CPU làm việc phụ thuộc độc lập phải chia xẻ tài nguyên So với hệ thống CPU: Nhanh An toàn hơn: CPU hỏng khơng ảnh hưởng tới tồn hệ thống Ví dụ: version Encore UNIX cho máy tính Multimax - Hệ phân tán: Tập hợp thiết bị tính riêng rẽ giao tiếp với 15 Trình bày phân mảnh nhớ, phân mảnh phân mảnh ngồi Cho ví dụ giải thích Phân mảnh nhớ: Khi tiến trình dc tải vào, sau giải phóng nhớ, ko gian nhớ trống bị phân thành nhiều mảnh nhỏ Phân mảnh ngoài: tượng tổng lượng nhớ trống đủ lớn để đáp ứng yêu cầu đó, khoảng trống ko liên tục mà rải rác toàn nhớ Mức độ phân mảnh ngồi phụ thuộc vào tổng dung lượng nhớ kích thước trung bình tiến trình Ví dụ: từ phân tích thống kê thuật toán first- fit, N khối nhớ đc cấp phát N/2 khối nhớ ko sử dụng tượng phân mảnh Vậy có tới ⅓ ko gian nhớ bị lãng phí Phân mảnh trong: nhớ phân phối lớn không đáng kể so với nhớ yêu cầu; Ví dụ: cấp khoảng trống 18,464 bytes cho process yêu cầu 18,462 bytes Hiện tượng phân mảnh nội thường xảy nhớ thực (physical memory) chia thành khối kích thước cố định(fixed-sized block) process cấp phát theo đơn vị khối Ví dụ: chế phân trang (paging) - Đề _ AT12KL 16 Trình bày lược đồ biên dịch địa kỹ thuật phân trang Phân trang nhớ có xảy phân mảnh trong/ ngồi khơng Giải thích Chuyển đổi địa chỉ: Mỗi địa phát sinh CPU chia thành hai phần: - Số hiệu trang (p): sử dụng mục đến phần tử tương ứng bảng trang Địa tương đối trang (d): kết hợp với địa bắt đầu trang để tạo địa vật lý mà - trình quản lý nhớ sử dụng Kích thước trang phần cứng qui định Để dễ phân tích địa ảo thành số hiệu trang địa tương đối, kích thước trang thông thường lũy thừa (biến đổi phạm vi 512 bytes 8192 bytes) Nếu kích thước khơng gian địa 2m kích thước trang n, m-n bits cao địa ảo biễu diễn số hiệu trang, n bits thấp cho biết địa tương đối trang Kỹ thuật phân trang loại bỏ tượng phân mảnh : khung trang cấp phát cho tiến trình có yêu cầu Tuy nhiên tượng phân mảnh xảy kích thước tiến trình khơng bội số kích thước trang, đó, trang cuối khơng sử dụng hết 17 Trình bày ý tưởng kỹ thuật định vị file theo số Với kỹ thuật này, kích thước khối = 512 byte, kích thước phần tử khối số byte, tính kích thước tối thiểu tối đa file Giải thích Kỹ thuật định vị file theo số mang tất trỏ vào vị trí: khối mục (index block) Khối mục file mảng chứa khối liệu nằm ổ đĩa Thành phần thứ i mảng địa khối thứ i file Thư mục chứa file ghi lại địa khối mục Khi file tạo ra, tất trỏ khối mục thiết lập giá trị NIL( null) Trong lần ghi khối thứ i, quản lý khơng gian trống tìm khối tự địa khối đưa vào thành phần thứ i khối mục Cấp phát theo mục hỗ trợ truy cập trục tiếp tượng phân mảnh trong, hệ thống cấp phát khối trống ổ đĩa Dung lượng tối đa: 512*129 byte Tối thiểu 128 byte ... phân phối nhớ CPU Gồm loại: Hệ điều hành hoạt động theo mẻ (batch - lo), Hệ điều hành chia sẻ thời gian Ví dụ: hệ điều hành windows 95; OS windows 2 003 - server Hệ điều hành thời gian thực : Đảm... Đề _ AT13MB Phân biệt hệ song song hệ phân tán Cho ví dụ Hệ phân tán vs hệ song song : Hệ song song phối hợp nhiều xử lý nhằm giải vấn đề cho trước cách nhanh Trong hệ phân tán, xử lý. .. trình Khi chương trình đưa vào nhớ thực => chiếm giữ tài nguyên hệ thống nên đưa ctr khác vào nhớ Ví - dụ: Hệ điều hành MS DOC Hệ điều hành đa chương trình : Tại thời điểm có nhiều ctr có mặt