Bài giảng Hệ điều hành - Chương 9: I/O System cung cấp cho người học các kiến thức: Thiết bị phần cứng I/O, giao diện I/O cung cấp ứng dụng, các dịch vụ của OS, hiệu suất I/O. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
09 I/O System Thiết bò phần cứng I/O Giao diện I/O cấp ứng dụng Các dòch vụ OS Hiệu suất I/O Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.1- Thiết bò phần cứng I/O Các thiết bò I/O nhiều, đa chủng loại, khác biệt nhiều mặt (hình dáng, kích thước, chức năng, tốc độ,…) ⇒ cần có phương thức quản lý, điều khiển tương ứng khác Các phương thức tạo nên lớp I/O subsystem kernel Điểm “hội tụ” chung cho thiết bò I/O – Port – Bus (daisy chain, shared direct access) – Controller (device controller, SCSI host adapter) Cơ chế giao tiếp CPU thiết bò I/O – Dùng lệnh I/O để tác động trực tiếp lên ghi (dữ liệu, trạng thái, lệnh) controller – Memory-mapped I/O Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.2- https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc Bus PC Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.3- Một số “port” PC Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.4- https://fb.com/tailieudientucntt Các chế thực I/O Cơ chế polling (busy-waiting) Cơ chế ngắt quãng (interrupt) – Kiểm tra trạng thái thiết bò muốn thực I/O Ready Busy Error – Tiêu tốn thời gian lặp quay vòng để kiểm tra trạng thái (busy-wait) thực I/O – CPU có ngõ Interrupt Request (IR), kích hoạt thiết bò I/O – Nếu có ngắt xảy (IR = active) ⇒ chuyển quyền điều khiển cho trình điều khiển ngắt (interrupt handler) – Các ngắt bò che (maskable) không bò che (non-maskable) – Hệ thống có bảng vector ngắt chứa đòa trình phục vụ ngắt (interrupt routine) – Cơ chế ngắt dùng xử lý kiện khác hệ thống (lỗi chia cho 0, lỗi vi phạm vùng nhớ, ) Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.5- Chu kỳ I/O với ngắt quãng Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.6- https://fb.com/tailieudientucntt Bảng vector ngắt Pentium Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.7- Các chế I/O (t.t) Cơ chế DMA (Direct Memory Access) – Các chế polling interrupt, gọi chung programmed I/O, không thích hợp thực di chuyển khối lượng lớn liệu – Cơ chế DMA cần có phần cứng hỗ trợ đặc biệt, DMA controller – Cơ chế DMA thực truyền liệu trực tiếp thiết bò I/O nhớ mà không cần can thiệp CPU Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.8- https://fb.com/tailieudientucntt bước thực DMA Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.9- Giao diện I/O cấp ứng dụng Mục tiêu: OS cung cấp giao diện I/O chuẩn hóa, cho ứng dụng – Ví dụ: ứng dụng in tài liệu máy in mà không cần biết hiệu máy in, đặc tính máy in, Giao diện làm việc I/O system call OS Trình điều khiển thiết bò (device driver) cầu nối kernel điều khiển thiết bò (device controller) Đặc tính thiết bò đa dạng – – – – – Character-stream vs Block Sequential vs.Random-Access Sharable vs Dedicated Tốc độ truy xuất Read-write, Read Only, Write-Only Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.10- https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc I/O cấp kernel Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.11- Đặc tính thiết bò I/O Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.12- https://fb.com/tailieudientucntt Các dòch vụ I/O Giao diện chuẩn cho nhóm thiết bò có liên quan – Thiết bò khối (block device) Disk Các tác vụ: read, write, seek – Thiết bò kí tự (character device) Keyboard, mouse, serial port, line printer, Tác vụ: get, put – Thiết bò mạng (network device) Block character Socket Interface Unix, Windows/NT, – Clock Timer Cung cấp thời gian tại, timer Có thể lập trình Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.13- Các kiểu truy xuất I/O Blocking - process bò suspended I/O hoàn tất – Dễ dàng sử dụng – Không hiệu số trường hợp Non-blocking – process tiếp tục thực thi sau lệnh gọi I/O – Ví dụ: data copy (buffered I/O) – Thường thực với multi-threading – Khó kiểm soát kết thực I/O Asynchronous – process thực thi lúc hệ thống thực I/O – Khó sử dụng – I/O subsystem báo hiệu cho process I/O hoàn tất Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.14- https://fb.com/tailieudientucntt Bộ phận I/O subsystem kernel Đònh thời yêu cầu I/O – Các yêu cầu I/O xếp hàng hành đợi thiết bò – Bảo đảm công bằng, hiệu suất cao Đệm liệu (buffering) – lưu liệu tạm thời nhớ thực I/O – Giải trường hợp chênh lệch tốc độ, kích thước liệu thực I/O Caching Spooling Xử lý lỗi (error handling) – OS can recover from disk read, device unavailable, transient write failures – Most return an error number or code when I/O request fails – System error logs hold problem reports Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.15- Chu kỳ yêu cầu I/O Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.16- https://fb.com/tailieudientucntt Hiệu suất thực I/O Hiệu suất I/O ảnh hưởng lớn đến hiệu suất toàn hệ thống Tốc độ I/O thường chậm – Yêu cầu CPU thực lệnh điều khiển device driver, kernel I/O code – Chuyển ngữ cảnh I/O interrupt, chi phí copy liệu gửi nhận Riêng thiết bò mạng phụ thuộc vào băng thông mạng máy tính Tăng hiệu suất thực I/O – Giảm số lần chuyển ngữ cảnh, giảm thiểu trình copy liệu (bằng caching, ) – Giảm số lần ngắt quãng (truyền khối liệu lớn, dùng controller thông minh, dùng chế polling, ) – Sử dụng DMA Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII.17- Ví dụ giao tiếp qua mạng Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.18- https://fb.com/tailieudientucntt ... Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII. 8- https://fb.com/tailieudientucntt bước thực DMA Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII . 9- Giao diện... trúc Bus PC Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XIII. 3- Một số “port” PC Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII. 4- https://fb.com/tailieudientucntt... Read-write, Read Only, Write-Only Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM CuuDuongThanCong.com -XIII.1 0- https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc I/O cấp kernel Khoa Công Nghệ Thông