Câu 3: Các trạng thái tiến trình, quá trình chuyển trạng thái tiến trình. Các trạng thái tiến trình: Câu 11: Thao tác đơn vị Câu 12: các giải pháp đồng bộ Giải pháp Busy waiting Câu 11: Thao tác đơn vị Câu 12: các giải pháp đồng bộ Giải pháp Busy waiting Câu 13: Khóa chết, RAG Khóa chết (Deadlock) Các phương pháp giải quyết deadlock Câu 14: 3 kỹ thuật định vị (phân bổ allocation) file trên ổ đĩa: liên tục, chỉ số, liên kết. An allocation method refers to how disk blocks are allocated for files:
DỀ CƯƠNG ÔN TẬP NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH Câu 1: Các khái niệm ví dụ HĐH, hệ song song, phân tán, hệ thời gian thực; loại HĐH? * Hệ điều hành: - Hệ điều hành chương trình (mã nguồn liệu tham số hệ thống) cài đặt sẵn có chức năng: + Điều phối, phân phối công việc cho thành phần chức máy tính; + Thỏa mãn tối đa yêu cầu ng dùng; + đóng vai trò trung gian việc giao tiếp người sử dụng phần cứng máy tính, cung cấp mơi trường cho phép người sử dụng phát triển thực ứng dụng họ cách dễ dàng - Một số hệ điều hành phổ biến: MS Dos, Windows, Ubuntu, Fedora, IOS, Android,… * Hệ song song: – Cho hệ thống có nhiều CPU chia sẻ đường truyền, nhớ, đồng hồ, thiết bị I/O… – Các CPU làm việc phụ thuộc độc lập phải chia sẻ tài nguyên – So với hệ thống CPU : Nhanh hơn; An toàn ( CPU hỏng kg ảnh hưởng tới all hệ thống)” - Phối hợp nhiều xử lý nhằm giải vấn đề cho trước cách nhanh - Ngoài hệ thống tín có xử lý có hệ thống có nhiều xử lý chia xẻ hệ thống đường truyền liệu, đồng hồ, nhớ thiết bị ngoại vi - Thuận lợi hệ thống xử lý song song: + Xử lý nhiều công việc lúc thật +Tăng độ tin cậy - Trong hệ thống xử lý song song thành hai loại: + Đa xử lý đối xứng _ Mỗi xử lý chạy hệ điều hành _ Nhiều tiến trình chạy lúc mà không gây hỏng _ Hầu hết hệ hệ điều hành hỗ trợ đa xử lý đối xứng + Đa xử lý không đối xứng _ Mỗi xử lý gắn vào công việc cụ thể; Bộ xử lý chủ lập lịch cấp phát công việc cho xử lý phụ _ Phổ biến nhiều hệ thống lớn - Kiến trúc hệ thống đa xử lý đối xứng: * Hệ phân tán: ( Tập hợp thiết bị tính riêng rẻ giao tiếp với nhau) - 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 vs - Hệ thống thực phân tán việc tính tốn xử lý - Mỗi xử lý có vùng nhớ riêng; xử lý truyền thơng với qua hệ thống mạng tốc độ cao - Thuận lợi hệ thống phân tán: + Chia xẻ tài ngun + Tăng tốc độ tính tốn + Đáng tin cậy + Truyền thông - Trong hệ thống yêu cầu sở hạ tầng mạng Mạng cục (LAN) mạng diện rộng (WAN), hệ thống client-server peer-to-peer - Mơ hình hệ thống Client- server: * Hệ điều hành thời gian thực: - Đảm bảo giải tốn (tiến trình) kg muộn thời điểm xác định - Mỗi tiến trình đc gắn với th.gian xác định phải hoàn thành gọi DeadTime - Hồn thiện tốn muộn kg có ý nghĩa - VD: giải bào tốn lò phản ứng hạt nhân, game thời gian thực,… * Phân loại HĐH: - Hệ điều hành đơn chương trình - Hệ điều hành đa chương trình - Hệ điều hành thời gian thực - Hệ song song - Hệ phân tán Câu 2: Bản chất tiến trình, luồng Quá trình chuyển CPU tiến trình * Khái niệm tiến trình - Việc thực cơng việc đc mơ tả thơng qua cá chương trình; - Khi ch.trình hoạt động, chuyển thành tiến trình; để thực tiến trình cần: + đc cung caaos đầy đủ tài nguyên cần thiết; + Đc CPU tiếp nhận thực - HĐH: điều phối thực tiến trình phân phối tài nguyên cần thiết cho tiến trình; - tiến trìn gồm: + Mã nguồn chương trình (code) (kg thay đổi) + Dữ liệu (data) + đệm CT (Program Counter) + Ngăn xếp (Stack) + Giá trị ghi (Register values) * Đặc điểm tiến trình -I/O-bound process – Tiến trình hướng I/O: + Sử dụng nhiều th.gian thực vào/ra việc tính tốn + Chiếm dụng CPU ngắn + cần chuyển ngữ cảnh thường xuyên bắt đầu kết thúc I/O - CPU-bound process – tiến trình hướng xử lý: + sử dụng nhiều th.gian cho việc tính toán việc I/O + Chiếm dụng CPU dài + cần chuyển ngữ cảnh thường xuyên để tránh trường hợp tiến trình ngăn chặn tiến trình khác sử dụng CPU - Tiến trình tương tác hay xử lý theo lơ: tiến trình chiếm dụng CPU khoảng tg gọi lượng tử th.gian(quantum) - Độ ưu tiên tiến trình: Các tiến trình đc phân cấp theo số tiêu chuẩn đánh giá - thời gian sử dụng CPU tiến trình: Cần biêt th.gian sử dụng CPU tiến trình để tiến tành điều phối (lập lịch) - thời gian lại tiến trình cần để hồn tất: giảm nhiều th.gian chờ đợi trung bình tiến trình cách cho tiến trình cần tg để hồn tất đc thực trước * Luồng – Threads - Khái niệm: Một luồng dòng xử lý hệ thống Mỗi luồng xử lý đoạn code nó, sỡ hữu trỏ lệnh, tập ghi vùng nhớ stack riêng - Phân biệt luồng tiến trình: + luồng đc coi mức thấp tiến trình, tiến trình gồm nhiều luồng + Hoạt động luồng giống tiên trình luồng chia sẻ kg gian địa chung, tiến trình hồn tồn độc lập - Khi máy tính có nhiều CPU, CPU thực cơng việc khác or luồng khác cho công việc - hệ thống có CPU, mõi CPU thực luân phiên nhau, kg có luồng chiếm ưu CPU - luồng hữu ích chúng loại trừ đc cần thiết phải hệ điều hành liên tục tải thông tin vào/ra nhớ - Mỗi luồng tương tác với phần riêng hệ thống, đĩa, I/O mạng or ng dùng - luồng đc lập lịch để thực số luồng chờ biến cố xảy or chờ kết thúc cơng việc từ luồng khác - luồng bao gồm: + mã luồng (thread ID) + đếm chương trình (PC) + tập ghi (register set) + stack - luồng tiến trình chia sẻ vs đoạn mã (code), đoạn liệu (data) tài nguyên hệ thống khác tệp mở, tín hiệu Câu 3: Các trạng thái tiến trình, trình chuyển trạng thái tiến trình * Các trạng thái tiến trình: - Trạng thái tiến trình thời điểm xđ hoạt động tiến trình thời điểm - q trình sống, tiến trình thay đổi trạng thái nguyên nhân: + phải dừng hoạt động hết th.gian + đợi thao tác I/O hoàn tất + phải chờ kiện xảy - Tại thời điểm, tiến trình có trạng thái: + New: tiến trình đg đc tạo + running: tiến trình đg chiếm hữu CPU thực lệnh + waiting: tiến trình đg chờ đc cấp tài nguyên or chờ kiện xuất để chuyển sang trạng thái sẵn sàng + ready: tiến trình trạng thái sẵn sàng, đc 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 kg biến tiến trình khác đọc đc trạng thái * Hoạt động( trình chuyển trạng thái) + Tại thời điểm, có tiến trình nhận trạng thái running Trong đó, nhiều tiến trình trạng thái waiting hay ready + tiến trình ms tạo đc đưa vào hệ thống, đc cung cấp đủ tài nguyên trạng thái ready ( chờ đc phân phối CPU để thực hiện) + Khi tiến trình đg thực (running), chuyển sang trạng thái: _ Kết thúc( terminal) thực xong _ Chờ (waiting) tiến trình yêu cầu tài nguyên chưa đc đáp ứng tài nguyên chưa sẵn sàng để cấp phát thời điểm đó; or tiến trình phải chờ kiện or thao tác nhập/xuất _ Sẵn sàng (ready): xảy ngắt để chuyển CPU cho tiến trình có mức ưu tiên cao điều phối cấp phát cho tiến trình khoảng th.gian sử dụng CPU or hết th.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 or thao tác I/O tiến trình đg đợi (có trạng thái waiting) hồn tất; tiến trình chuyển sang ready Câu 4: Phân trang, phân đoạn * Phân trang: - Kg gian địa logic tiến trình kg kề nhau; tiến trình đc phân phối nhớ vật lý lúc nhớ sẵn có - Chia nhớ vật lý thành khối có kích thước cố định lũy thừa (512 bytes – 16Mb), đgl frame (page vật lý) - chia nhớ logic (dành cho tiến trình) thành khối kích thước – page, page có kích thước = frame - Ln theo dõi all frame trống - để chạy ch.trình có kích thước n pages, cần phải tìm n frames trống nạp chương trình - thiết lập bảng phân trang (page table) để biên dịch (translate) địa logic thành địa vật lý - nội dung phần tử page table co biết số frame (địa sở) nhớ vật lý * Cách đánh địa theo trang - địa đc đánh cách phân cấp: + Số hiệu trang (Page number - p) – Được sử dụng làm số đến phần tử bảng trang chứa địa sở frame nhớ vật lý + Offset trang (Page offset - d) – Địa tương đối trang Kết hợp vs địa sở để xác định địa nhớ vật lý đc gửi đến nhớ - Địa ảo có m bit, sử dụng m-n bit cao làm số hiệu trang n bít thấp làm Offset - Kg có phân mảnh ngồi, có phân mảnh trong: + giản cỡ trang > giảm phân mảnh giảm hiệu + tăng cở trang tăng hiệu suất tăng phân mảnh * Phân đoạn: - Phương thức quản lý nhớ cho phép NSD “nhìn” nhớ cách dễ dàng góc độ lập trình - Một chương trình gồm nhiều phân đoạn, phân đoạn thể góc độ lập trình dạng: main program function, (Các hàm) (Chương trình chính) method (Các phương thức) object, (Các đối tượng, lớp) local/global variables, (Các biến) common block, (Các khối chung) stack, (Ngăn xếp) symbol table, arrays (Bảng ký hiệu, mảng) - Kiến trúc phân đoạn: + địa logic gồm thành phần: + Segement table – ánh xạ địa vật lý cấp, nội dung mục Sement table gồm có: _ Base: chứa địa vật lý đoạn nhớ _ Limit : xác định độ dài đoạn + Segment-table base register (STBR): trỏ tới vị trí Segement table (bảng ohaan đoạn) nhớ + Segement-table length register (STLR): xác định số đoạn mà chương trình sử dụng + Segement number s hợp lệ s < STLR + Phân đoạn: đoạn có kicks thước khác ( khác vs phân trang) + định vị: Động Được thực bẳng phân đoạn + phân phối nhớ: Giải toán phân phối nhớ động First Fit / Best fit / Worst fit Có phân mảnh Câu 5: Phân mảnh – Ngoài - phân mảnh (external fragmentation): tượng kích thước kg gian nhớ trống đủ để thỏa mãn yêu cầu cấp phát kg gian nhớ lại kg liên tục Hiện tượng phân mảnh xảy bạn thường xuyên cấp phát vùng nhớ mới, sau xóa phân vùng cấp phát cách kg thứ tự - phân mảnh (internal fragmentation): tượng có vùng nhớ dư thừa ta cấp phát vùng nhớ lớn kích thước yêu cầu VD: cấp khoảng trống 18,464 bytes cho process yêu cầu 18,462 bytes Hiện tượng phânmảnh nội thường xảy nhớ thực đc chia thành khối kích thước cố định ( fixed-sized block) process đc cấp pát theo đơn vị khối Câu 6: Kỹ thuật Overlay - Ý tưởng: giữ nhớ lệnh liệu cần đến thời điểm (thường module tải) giảm kg gian nhớ liên tục dành cho ch.trình - chế Overlay + cho phép tổ chức ch.trình thành đơn vị ch.trình(module) + Module ln tồn trình thực module chương trình + quan hệ độc lập/phụ thuộc có mặt nhóm module nhớ đòi hỏi/khơng đòi hỏi có mặt nhóm module khác + module độc lập kg cần thiết phải có mặt đồng thời nhớ - Cần đến tiến trình có dung lượng lớn nhứ đc cấp phát cho * Ưu điêm – nhược điểm - Ưu điểm: + cấu trúc Overlay có tính chất định vị động cho phép sử dụng nhớ nhiều phần nhớ mà hệ thống dành cho ch.trình Cấu trúc ch.trình mang tính chất tĩnh, kg thay đỏi tất lần thực chương trình + so vs cấu trúc động,cấu trúc Overlay đòi hỏi cung cấp thông tin đơn giản, kg gắn cấu trúc vào chương trình nguồn + vs sơ đồ Overlay tốt module độ dài kg lớn hiệu kg so vs cấu trúc động - Nhược điểm: Hiệu tiết kieemk nhớ phụ thuộc cách tổ chức, bố trí module chương trình Câu 7: Liên kết thư viện(liên kết động cho windows dll) Dynamic linking( Liên kết động): - Quá trình link đến module (external module) thực sau tạo xong load module (i.e file thực thi, executable) + Ví dụ Windows: module ngồi file DLL Unix, module ngồi file so (shared library) - Load module chứa stub tham chiếu (refer) đến routine external module + Lúc thực thi, stub thực thi lần đầu (do process gọi routine lần đầu), stub nạp routine vào nhớ, tự thay địa routine routine thực thi + Các lần gọi routine sau xảy bình thường - Stub cần hỗ trợ OS (như kiểm tra xem routine nạp vào nhớ chưa) * Ưu điểm dynamic linking: - Thông thường, external module thư viện cung cấp tiện ích OS Các chương trình thực thi dùng phiên khác external module mà không cần sửa đổi, biên dịch lại - Chia sẻ mã (code sharing): external module cần nạp vào nhớ lần Các process cần dùng external module chia sẻ đoạn mã external module Þ tiết kiệm khơng gian nhớ đĩa - Phương pháp dynamic linking cần hỗ trợ OS việc kiểm tra xem thủ tục chia sẻ process phần mã riêng process (bởi có OS có quyền thực việc kiểm tra này) Câu 8: chất địa vật lý,logic - Để quản lý nhớ cách hoàn chỉnh, cần có hai cách nhìn địa khác nhau: + Địa logic (Logical address) – vị trí nhớ diễn tả chương trình Mọi tham chiếu nhớ mã lệnh chương trình compiler tạo địa logic - sinh CPU; gọi địa ảo (virtual address) + Địa vật lý (Physical address): vị trí thực nhớ Địa vật lý chuyển từ địa logic trình biên dịch thức j q trình linking/loading - gọi địa thật – sinh đơn vị quản lý nhớ - Địa thật ảo giống lược đồ ánh xạ địa “compile-time” “load-time” khác “execution-time” Câu 9: Hoạt động quản lý tiến trình OS Câu 10: Lập lịch - Lập lịch phép thực phân bổ gán quy trình thực thi tác vụ cho xử lý cho tác vụ thực hồn tồn - Có số thơng tin tác vụ phải quan tâm lập lịch thời gian thực nào, bao gồm: • Thời gian xuất i a (arrival time): Khi kiện xảy tác vụ tương ứng đượckích hoạt • Thời điểm bắt đầu thực thi i r (release time): Thời điểm sớm việc xử lý sẵn sàng bắt đầu • Thời điểm bắt đầu thực i s (starting time): Là thời điểm mà tác vụ bắt đầu việc thực • Thời gian tính tốn/thực thi i c (Computation time): Là khoảng thời gian cần thiết để xử lý thực xong nhiệm vụ mà khơng bị ngắt • Thời điểm hồn thành i f (finishing time): Là thời điểm mà tác vụ hồn thành việc thực • Thời gian rủi ro/ xấu i w (worst case time): khoảng thời gian thực lâu xảy • Thời điểm kết thúc i d (due time): Thời điểm mà tác vụ phải hoàn thành * Các phương pháp lập lịch phổ biến: Tuỳ thuộc vào loại hình tác vụ, người ta hai phương pháp lập lịch có chu kỳ khơng có chu kỳ - Lập lịch không ưu tiên(non‐ preemptive): Phương pháp đảm bảo tác vụ thực hoàn thành thực thi - Lập lịch ưu tiên(preemptive): Phương pháp khắc phục nhược điểm lập lịch non-preemptive thời gian thực thi tác vụ lâu Các tác vụ thực bị ngắt chừng để phục vụ thực thi tác vụ khác thời gian đáp ứng cho kiện tác vụ ngắn - Lập lịch offline/tĩnh: Việc lập lịch thực dựa hiểu biết dự báo kiện tác vụ thực hệ định thời điểm thiết kế áp dụng cố định suốt trình hoạt động hệ thống - Lập lịch online/động: Bộ xử lý thực việc lập lịch trình thực thi dựa sở thơng tin hoạt động hành hệ thống Sơ đồ lập lịch không xác định trước thay đổi động theo trình thực - Lập lịch tập trung phân tán: Việc lập lịch thực áp dụng cho tác vụ thực thi (tập trung) nhiều xử lý (phân tán) - Lập lịch Mono hay Multi‐ processor: Nhiệm vụ lập lịch thực thi đảm nhiệm (mono) nhiều vi xử lý (multi) Tính khả lập lịch: Một hệ thống với tập tác vụ điều kiện ràng buộc gọi khả lập lịch tồn chế lịch trình thực thoả mãn tác vụ điều kiện ràng buộc Câu 11: Thao tác đơn vị Câu 12: giải pháp đồng * Giải pháp Busy waiting - Giải pháp phần mềm: + Sử dụng biến cờ hiệu (simaphore) + Sử dụng việc kiểm tra luân phiên + Giải pháp Peterson - Giải pháp có hỗ trợ phần cứng; + Cắm ngắt + Test & Set * Giải pháp Sleep and Wakeup - khác phục nhược điểm giải pháp Busy waiting cách cho tiến trình chưa đủ điều kiện vào đoạn găng sang trạng thái waiting + tạm khóa tiến trình kg cho sử dụng CPU tiến trình sử dụng CPU trạng thái waiting + tiến trình chuyển sang trạng thái running trạng thái ready (sẵn sàng) - Giải pháp: + HĐH sử dụng thủ tục sleep wakeup _ sleep lời gọi hệ thống có tác dụng tạm dừng hoạt động tiến trình (chuyển sang trạng thái waiting) gọi chờ đến đc tiến trình khác _ lời gọi hệ thống wakeup nhận tham số nhất: tiến trình đc tái kích hoạt (đặt trạng thái ready) + ý tưởng _ tiến trình chưa đủ điều kiện vào đoạn găng, gọi sleep đẻ tự khóa đến có tiến trình khác gọi wakeup để igiair phóng cho _ tiến trình gọi wakeup khỏi miền găng để đánh thức tiến trình đg chờ, tạo hội cho tiến trình vào miền găng - Các giải pháp phổ biến: + Simaphore (Dijktra đề xuất) + Monitors + Trao đổi thơng điệp Câu 13: Khóa chết, RAG * Khóa chết (Deadlock) - Bốn điều kiện cần (necessary condition) để xảy deadlock + Mutual exclusion: tài nguyên giữ theo nonsharable mode (ví dụ: printer; ví dụ sharable resource: read-only files) + Hold and wait: process giữ tài nguyên đợi thêm tài nguyên trình khác giữ + No preemption: (= no resource preemption) tài nguyên khơng thể bị lấy lại, mà trả lại từ process giữ tài nguyên khi muốn + Circular wait: tồn tập {P0,…,Pn} trình đợi cho : P0 đợi tài nguyên mà P1 giữ P1 đợi tài nguyên mà P2 giữ … Pn đợi tài nguyên mà P0 giữ * Các phương pháp giải deadlock Ba phương pháp - Bảo đảm hệ thống khơng rơi vào tình trạng deadlock cách ngăn (preventing) tránh (avoiding) deadlock Khác biệt +Ngăn deadlock: khơng cho phép (ít nhất) điều kiện cần cho deadlock +Tránh deadlock: trình cần cung cấp thơng tin tài ngun cần để hệ thống cấp phát tài nguyên cách thích hợp - Cho phép hệ thống vào trạng thái deadlock, sau phát deadlock phục hồi hệ thống - Bỏ qua vấn đề, xem deadlock không xảy hệ thống + Khá nhiều hệ điều hành sử dụng phương pháp +Deadlock không phát hiện, dẫn đến việc giảm hiệu suất hệ thống Cuối cùng, hệ thống ngưng hoạt động phải khởi động lại Câu 14: kỹ thuật định vị (phân bổ - allocation) file ổ đĩa: liên tục, số, liên kết * An allocation method refers to how disk blocks are allocated for files: - Contiguous allocation( Định vị liên tục) - Linked allocation( Định vị liên kết) - Indexed allocation( Định vị số) * Contiguous allocation( Định vị liên tục) - Each file occupies(chiếm giữ) a set of contiguous blocks on the disk(tập liên tiếp khối) - Simple – only starting location (block #) and length (number of blocks) are required - Random access - Wasteful of space (dynamic storage-allocation problem)-lãng phí khơng gian nhớ: Có thể nhiều vùng nhớ trống rời rạc vùng không đủ lưu trữ trọn vẹn file - Files cannot grow - Extent-Based Systems: + Many newer file systems (I.e Veritas File System) use a modified contiguous allocation scheme + Extent-based file systems allocate disk blocks in extents.-Hệ thống file định vị disk theo miền(khu vực - extent) + An extent is a contiguous block of disks Extents are allocated for file allocation A file consists of one or more extents => File gồm tập miền rời rạc, miền lại tổ chức thành khối liên tục * Linked allocation( Định vị liên kết) - Each file is a linked list of disk blocks: Blocks may be scattered(rải rác) anywhere on the disk - Simple – need only starting address : Địa bắt đầu trỏ trỏ đến đầu danh sách liên kết - Free-space management system – no waste of space - No random access - Mapping + File-allocation table (FAT) – disk-space allocation used by MS- DOS and OS/2 + Truy cập bảng FAT => danh sách khối file * Indexed allocation( Định vị số) - Brings all pointers together(gắn với) into the index block : Mọi trỏ gắn khối số xác định + Logical view: - Need index table - Random access - Dynamic access without external fragmentation, but have overhead of index block - Mapping from logical to physical in a file of maximum size of 256K words and block size of 512 words We need only block for index table.(Để ánh xạ file có kích thước tối đa 256K từ nhớ với kích thước khối 512 từ nhớ cần khối cho bảng số) Vì 512 x 512 = 29 x 29 = 28 x 210 = 256K - Mapping from logical to physical in a file of unbounded length (block size of 512 words) (Ánh xạ đến file có kích thước tùy ý) - Linked scheme – Link blocks of index table (no limit on size).: Kích thước file tùy thuộc vào kích thước bảng số ... Hầu hết hệ hệ điều hành hỗ trợ đa xử lý đối xứng + Đa xử lý không đối xứng _ Mỗi xử lý gắn vào công việc cụ thể; Bộ xử lý chủ lập lịch cấp phát công việc cho xử lý phụ _ Phổ biến nhiều hệ thống... hợp hành động vs - Hệ thống thực phân tán việc tính tốn xử lý - Mỗi xử lý có vùng nhớ riêng; xử lý truyền thông với qua hệ thống mạng tốc độ cao - Thuận lợi hệ thống phân tán: + Chia xẻ tài nguyên. .. lớn - Kiến trúc hệ thống đa xử lý đối xứng: * Hệ phân tán: ( Tập hợp thiết bị tính riêng rẻ giao tiếp với nhau) - Trong hệ phân tán, xử lý nói chung có chương trình làm việc riêng bán độc lập, lợi