hệ điều hành nguyễn thanh sơn lecture02 hệ thống máy tính sinhvienzone com

Hệ thống máy tính     Kiến trúc hệ thống máy tính Cơ chế vận hành hệ thống Cấu trúc hệ thống xuất nhập (I/O) Cấu trúc phân cấp hệ thống lưu trữ BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Kiến trúc PC Keyboard Disks Mouse Disk Controller Printer USB Controller Display Graphic Adapter CPU MEMORY Đệm liệu (local buffer BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Chu trình hoạt động CPU Fetch Next Instruction Start Execute Instruction HALT Chu trình đơn giản – Không ngắt quãng Interrupts disabled Fetch Next Instruction Start Execute Instruction Interrupts enabled Check for interrupt; Process interrupt HALT Chu trình có điều khiển ngắt quãng BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Ngắt quãng  Phân loại: ngắt quãng      BK Program: tràn số học, chia cho 0, truy cập nhớ bất hợp pháp Timer: cho phép CPU thực thi tác vụ đó theo định kỳ I/O: kết thúc tác vụ I/O, xảy lỗi I/O Hardware failure: Hư hỏng nguồn, lỗi memory parity,… Trap (software interrupt): yêu cầu dịch vụ hệ thống (gọi system call),… Lược đồ thời gian process có yêu cầu tác vụ I/O TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Xử lý ngắt quãng User Program Interrupt vector table 0   00ffe23f interrupt 0x21 routine  i 21 00ffe23f ret int 0x21 i+1 N ffffffff M Interrupt handler BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Q trình xử lý ngắt qng I/O interrupts Không có ngắt quãng BK Có ngắt quãng (Hình chỉ minh họa I/O interupt) TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống I/O BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Các kỹ thuật thực I/O Polling, ví dụ CPU đọc liệu:      Để đọc liệu từ thiết bị I/O (thông qua I/O port), CPU thiết lập bit (bit  1) ghi điều khiển (control register) để báo hiệu lệnh đọc cho I/O controller I/O controller đọc word liệu từ thiết bị I/O, xóa bit điều khiển (bit  0) I/O controller không gây ngắt xong việc CPU phải đọc status bit (polling) để kiểm tra trạng thái thiết bị I/O Khi I/O controller sẵn sàng, CPU đọc word liệu từ ghi liệu (data register); CPU gửi lệnh đọc word kế BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Các kỹ thuật thực I/O (tt.)  Interrupt-driven I/O     CPU không poll mà I/O controller gây ngắt quãng sẵn sàng cho tác vụ I/O Trong lúc thiết bị I/O thực thi lệnh, CPU có thể thực thi công việc khác X X Polling interrupt-driven I/O đều tiêu tốn thời gian xử lý CPU vì CPU phải copy byte liệu đọc/ghi  memory (programmed I/O, PIO) Thích hợp cho thiết bị I/O có tốc độ không cao (keyboard, mouse) BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Các kỹ thuật thực I/O (tt.)  Direct Memory Access (DMA)       CPU gửi yêu cầu đến module DMA (= DMA controller) Module DMA chuyển khối liệu nhớ thiết bị I/O mà không cần CPU can thiệp Khi xong tác vụ gửi / nhận thì phát khởi ngắt quãng CPU chỉ tham gia vào giai đoạn khởi đầu kết thúc việc truyền / nhận liệu Trong truyền / nhận liệu, CPU có thể thực thi cơng việc khác Thích hợp cho thiết bị có tốc độ cao (đĩa) BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 10 Hệ thống lưu trữ BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống lưu trữ  Lưu trữ dạng thức I/O quan trọng  Bộ nhớ (main memory, primary memory)   CPU chỉ có thể truy cập trực tiếp ghi (registers) nhớ ROM, RAM Bộ nhớ phụ (secondary storage)  Hệ thống lưu trữ thông tin bền vững (nonvolatile storage)  Đĩa từ (magnetic disk): đĩa mềm, đĩa cứng, băng từ  Đĩa quang (optical disk): CD-ROM, DVD-ROM  Flash ROM: USB disk BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 12 Phân cấp hệ thống lưu trữ Tốc độ cao Vd: file-system data Giá thành thấp Dung lượng lớn BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 13 Dual mode   • Mục đích: bảo vệ hệ điều hành chương trình ứng dụng Giải pháp Kỹ thuật dual mode: cần có phần cứng hỗ trợ  User mode – thực thi với quyền hạn user bình thường  Kernel mode (còn gọi supervisor mode, system mode, monitor mode) – có toàn quyền truy xuất tài nguyên hệ thống BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 14 Dual mode (tt)  Phần cứng có thêm mode bit để kiểm soát mode hành:    mode bit = 0: kernel mode mode bit = 1: user mode Khi CPU bị ngắt (do thiết bị ngoại vi, lỗi xảy ra,…), CPU chuyển sang kernel mode thực thi interrupt service routine tương ứng BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 15 Bảo vệ phần cứng – Lệnh I/O  Giải pháp: lệnh I/O đều privileged instruction  User mode program không thực thi lệnh I/O ( trap), phải thông qua lời gọi system call System call    Là phương thức để process yêu cầu dịch vụ hệ điều hành System call gây ngắt mềm (trap), quyền điều khiển chuyển đến trình phục vụ ngắt tương ứng, đồng thời thiết lập mode = (kernel mode) Hệ điều hành kiểm tra tính hợp lệ, đắn đối số, thực yêu cầu trả quyền điều khiển về lệnh sau lời gọi system call, mode = BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 16 Bảo vệ phần cứng – Bộ nhớ Vd: bảo vệ nhớ dùng ghi - Truy cập nhớ vùng xác định ghi base ghi limit sinh trap - Lệnh nạp giá trị cho ghi base ghi limit đều privileged instruction (b) (a) BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 17 Bảo vệ phần cứng – CPU   Bảo vệ CPU  Bảo đảm OS trì quyền điều khiển  Tránh trường hợp CPU bị kẹt vòng lặp vơ hạn Cơ chế thực dùng timer để kích khởi ngắt quãng định kỳ  Bộ đếm timer giảm dần sau xung clock  Khi đếm timer thì ngắt timer kích hoạt  hệ điều hành nắm quyền điều khiển Lệnh nạp giá trị đếm timer privileged instruction BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 18 Timer  Có thể sử dụng timer để thực time-sharing   Thiết lập timer gây ngắt định kỳ N ms (N: time slice, quantum time) định thời CPU sau lần ngắt Có thể dùng timer để tính thời gian trôi qua (elapse time) BK TP.HCM SinhVienZone.com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb.com/sinhvienzonevn 19 ... interupt) TP.HCM SinhVienZone. com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb .com/ sinhvienzonevn Hệ thống I/O BK TP.HCM SinhVienZone. com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb .com/ sinhvienzonevn... TP.HCM SinhVienZone. com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb .com/ sinhvienzonevn 10 Hệ thống lưu trữ BK TP.HCM SinhVienZone. com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb .com/ sinhvienzonevn... SinhVienZone. com Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính https://fb .com/ sinhvienzonevn 12 Phân cấp hệ thống lưu trữ Tốc độ cao Vd: file-system data Giá thành thấp Dung lượng lớn BK TP.HCM SinhVienZone. com Khoa