hệ điều hành từ minh phương giáo trình hệ điều hành sinhvienzone com

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -TỪ MINH PHƯƠNG IT GIÁO TRÌNH P T Hệ điều hành Hà nội 2013 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn LỜI NÓI ĐẦU Hệ điều hành thành phần quan trọng máy tính Nắm vững kiến thức hệ điều hành sở cho việc hiểu biết sâu sắc hệ thống máy tính nói chung Chính vậy, kiến thức hệ điều hành phần kiến thức bắt buộc chuyên gia công nghệ thông tin ngành liên quan Môn học Hệ điều hành môn học sở chương trình đào tạo đại học, cao đẳng ngành công nghệ thông tin Kiến thức liên quan tới hệ điều hành bao gồm ba dạng Thứ nhất, kiến thức kỹ việc cài đặt, sử dụng, khai thác, đánh giá hệ điều hành cách hiệu Các kiến thức cần thiết cho người sử dụng chuyên gia vận hành, phục vụ hạ tầng tính tốn nói chung Thứ hai, hệ điều hành xem xét từ góc độ thiết kế xây dựng Đây kiến thức cần thiết cho chuyên gia hệ thống người tham gia thiết kế, xây dựng hệ điều hành Thứ ba, kiến thức khái niệm nguyên lý chung hệ điều hành thành phần quan trọng hệ thống máy tính Cần lưu ý việc phân chia tương đối khối kiến thức có liên quan đến T IT Trong tài liệu này, kiến thức hệ điều hành trình bày theo dạng thứ ba với mục đích cung cấp kiến thức khái niệm nguyên lý hoạt động hệ điều hành, từ giúp người đọc có hiểu biết sâu hệ thống máy tính Những nguyên lý khái niệm trình bày tài liệu mang tính tổng qt cho hệ điều hành nói chung, thay dựa hệ điều hành cụ thể Tuy nhiên, để giúp người đọc có liên kết lý thuyết thực tế, số kỹ thuật hệ điều hành cụ thể trình bày ví dụ minh họa, đặc biệt ý tới hệ điều hành sử dụng rộng rãi Việt Nam P Các nội dung giáo trinh trình bày thành bốn chương Chương bao gồm khái niệm chung hệ điều hành, vai trò hệ thống máy tính, thành phần chức số kiểu kiến trúc thông dụng Chương tóm tắt q trình hình thành phát triển hệ điều hành, qua trình bày số khái niệm kỹ thuật quan trọng hệ điều hành số xu hướng tính tốn hình thành Kết thúc chương ví dụ số hệ điều hành tiêu biểu Chương trình bày quản lý tiến trình hệ điều hành, tập trung vào quản lý tiến trình hệ thống với CPU nhiều tiến trình Những nội dung chương bao gồm: khái niệm tiến trình, trạng thái tiến trình, thao tác thơng tin quản lý tiến trình, dòng thực hiện, vấn đề điều độ tiến trình, đồng hóa tiến trình đồng thời Chương trình bày quản lý nhớ Nội dung chương bao gồm: vấn đề liên quan tới nhớ địa chỉ, số kỹ thuật tổ chức chương trình, kỹ thuật phân chương, phân trang, phân đoạn nhớ, khái niệm cách tổ chức quản lý nhớ ảo Những khái niệm lý thuyết trình bày chương minh họa qua hai ví dụ: hỗ trợ quản lý nhớ vi xử lý Intel Pentium, quản lý nhớ hệ điều hành Windows XP Chương trình bày hệ thống file với nội dung sau: khái niệm file thư mục, thao tác với file thư mục, tổ chức bên file thư mục, vấn đề cấp phát SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn quản lý không gian lưu trữ file, vấn đề độ tin cậy an toàn bảo mật hệ thống file Chương bao gồm số khái niệm quan trọng tổ chức vào máy tính phân hệ quản lý vào/ra hệ điều hành, trọng tâm vào/ra với đĩa cứng máy tính Tài liệu biên soạn từ kinh nghiệm giảng dạy học phần Hệ điều hành Học viện Cơng nghệ bưu viễn thơng, sở tiếp thu phản hồi từ sinh viên đồng nghiệp tác giả Tài liệu sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên đại học, cao đẳng ngành công nghệ thông tin ngành liên quan, ngồi sử dụng với mục đích tham khảo cho người quan tâm tới hệ điều hành hệ thống máy tính Trong q trình biên soạn tài liệu, tác giả có nhiều cố gắng song khơng thể tránh khỏi thiếu sót Ngồi ra, hệ điều hành lĩnh vực có nhiều thay đổi khoa học máy tính đòi hỏi tài liệu hệ điều hành phải cập nhật thường xuyên Tác giả mong muốn nhận ý kiến phản hồi, góp ý cho thiếu sót ý kiến việc cập nhật, hoàn thiện nội dung tài liệu TÁC GIẢ P T IT Hà nội 12/2013 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG MÁY TÍNH 1.2 TỔ CHỨC PHẦN CỨNG CỦA MÁY TÍNH 1.3 KHÁI NIỆM HỆ ĐIỀU HÀNH 12 1.4 CÁC DỊCH VỤ DO HỆ ĐIỀU HÀNH CUNG CẤP 15 1.5 GIAO DIỆN LẬP TRÌNH CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH 17 1.6 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM QUAN TRỌNG 19 1.7 CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNH 24 1.7.1 Các thành phần hệ điều hành 24 1.7.2 Nhân hệ điều hành 28 1.7.3 Một số kiểu cấu trúc hệ điều hành 29 1.8 MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH CỤ THỂ 34 1.9 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 37 QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH 39 IT CHƯƠNG 2: 2.1 CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN TIẾN TRÌNH 39 2.1.1 Tiến trình 39 T 2.1.2 Trạng thái tiến trình 40 2.1.3 Thơng tin mơ tả tiến trình 42 P 2.1.4 Bảng danh sách tiến trình 43 2.1.5 Các thao tác với tiến trình 44 2.2 LUỒNG 47 2.2.1 Luồng thực 47 2.2.2 Ví dụ đa luồng hệ thống cụ thể 48 2.2.3 Tài nguyên tiến trình luồng 52 2.2.4 Ưu điểm mơ hình đa luồng 53 2.2.5 Luồng mức người dùng luồng mức nhân 53 2.3 ĐIỀU ĐỘ TIẾN TRÌNH 56 2.3.1 Khái niệm điều độ 56 2.3.2 Các dạng điều độ 56 2.3.3 Các tiêu chí điều độ 58 2.3.4 Các thuật toán điều độ 59 2.3.5 Điều độ hệ thống cụ thể 64 2.4 ĐỒNG BỘ HĨA TIẾN TRÌNH ĐỒNG THỜI 66 2.4.1 Các vấn đề tiến trình đồng thời 66 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn 2.4.2 Yêu cầu với giải pháp cho đoạn nguy hiểm 68 2.4.3 Giải thuật Peterson 69 2.4.4 Giải pháp phần cứng 70 2.4.5 Cờ hiệu (semaphore) 72 2.4.6 Một số toán đồng 74 2.4.7 Monitor 77 2.4.8 Bế tắc 80 2.5 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 88 CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ BỘ NHỚ 91 3.1 ĐỊA CHỈ VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 91 3.1.1 Vấn đề gán địa 91 3.1.2 Địa lô gic địa vật lý 93 3.2 MỘT SỐ CÁCH TỔ CHỨC CHƯƠNG TRÌNH 93 3.2.1 Tải trình thực 93 3.2.2 Liên kết động thư viện dùng chung 94 IT 3.3 PHÂN CHƯƠNG BỘ NHỚ 95 3.3.1 Phân chương cố định 96 3.3.2 Phân chương động 98 T 3.3.3 Phương pháp kề cận 100 3.3.4 Ánh xạ địa chống truy cập nhớ trái phép 101 3.3.5 Trao đổi nhớ đĩa (swapping) 102 P 3.4 PHÂN TRANG BỘ NHỚ 103 3.4.1 Khái niệm phân trang nhớ 103 3.4.2 Ánh xạ địa 104 3.4.3 Tổ chức bảng phân trang 107 3.5 PHÂN ĐOẠN BỘ NHỚ 112 3.5.1 Khái niệm 112 3.5.2 Ánh xạ địa chống truy cập trái phép 112 3.5.3 Kết hợp phân đoạn với phân trang 114 3.6 BỘ NHỚ ẢO 114 3.6.1 Khái niệm nhớ ảo 114 3.6.2 Nạp trang theo nhu cầu 115 3.7 ĐỔI TRANG 118 3.7.1 Tại phải đổi trang 118 3.7.2 Các chiến lược đổi trang 119 3.8 CẤP PHÁT KHUNG TRANG 125 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn 3.8.1 Giới hạn số lượng khung 125 3.8.2 Phạm vi cấp phát khung 126 3.9 TÌNH TRẠNG TRÌ TRỆ 126 3.10 QUẢN LÝ BỘ NHỚ TRONG INTEL PENTIUM 127 3.11 QUẢN LÝ BỘ NHỚ TRONG WINDOWS 32 bit 130 3.12 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 131 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG FILE 133 4.1 KHÁI NIỆM FILE 133 4.1.1 File ? 133 4.1.2 Thuộc tính file 134 4.1.3 Cấu trúc file 136 4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUY CẬP FILE 137 4.2.1 Truy cập 137 4.2.2 Truy cập trực tiếp 137 4.2.3 Truy cập dựa số 138 IT 4.3 CÁC THAO TÁC VỚI FILE 139 4.4 THƯ MỤC 141 4.4.1 Khái niệm thư mục 141 4.4.2 Các thao tác với thư mục 142 T 4.4.3 Cấu trúc hệ thống thư mục 143 4.4.4 Tên đường dẫn 147 P 4.5 CẤP PHÁT KHÔNG GIAN CHO FILE 148 4.5.1 Cấp phát khối liên tiếp 148 4.5.2 Sử dụng danh sách kết nối 150 4.5.3 Sử dụng danh sách kết nối bảng số 151 4.5.4 Sử dụng khối số 152 4.6 QUẢN LÝ KHÔNG GIAN TRÊN ĐĨA 153 4.6.1 Kích thước khối 153 4.6.2 Quản lý khối trống 154 4.7 TỔ CHỨC BÊN TRONG CỦA THƯ MỤC 156 4.7.1 Danh sách 156 4.7.2 Cây nhị phân 156 4.7.3 Bảng băm 156 4.7.4 Tổ chức thư mục DOS (FAT) 157 4.7.5 Thư mục Linux 157 4.8 ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG FILE 158 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn 4.8.1 Phát loại trừ khối hỏng 158 4.8.2 Sao dự phòng 159 4.9 BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG FILE 161 4.9.1 Sử dụng mật 161 4.9.2 Danh sách quản lý truy cập 162 4.10 HỆ THỐNG FILE FAT 163 4.10.1 Đĩa lôgic 164 4.10.2 Boot sector 165 4.10.3 Bảng FAT 167 4.10.4 Thư mục gốc 168 4.11 TỔ CHỨC THÔNG TIN TRÊN BỘ NHỚ THỨ CẤP 169 4.11.1 Tổ chức đĩa cứng 169 4.11.2 Điều độ đĩa 172 4.12 QUẢN LÝ VÀO/RA 176 Phần cứng 176 4.12.2 Tổ chức phân hệ quản lý vào/ra 177 4.12.3 Quản lý vào/ra mức 179 IT 4.12.1 4.13 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 181 P T TÀI LIỆU THAM KHẢO 183 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Giới thiệu chung CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG MÁY TÍNH Một hệ thống máy tính nói chung phân chia sơ thành phần cứng phần mềm Phần cứng cung cấp tài ngun cần thiết cho việc tính tốn, xử lý liệu Phần mềm gồm chương trình quy định cụ thể việc xử lý Để thực cơng việc tính tốn xử lý liệu cụ thể cần có chương trình gọi chương trình ứng dụng Có thể kể số chương trình ứng dụng thường gặp chương trình soạn thảo văn bản, chương trình trò chơi, hệ quản trị sở liệu, chương trình truyền thơng v.v Phần cứng biểu diễn lớp cùng, sở toàn hệ thống Đây thiết bị cụ thể CPU, nhớ, thiết bị nhớ ngoài, thiết bị vào Chương trình ứng dụng lớp hệ thống, phần mà người dùng xây dựng nên tương tác trình giải nhiệm vụ (Khái niệm người dùng bao gồm người sử dụng tuý lẫn người viết chương trình ứng dụng) P T IT Ngồi phần cứng trình ứng dụng, hệ thống máy tính có thành phần quan trọng hệ điều hành Hệ điều hành phần mềm đóng vai trò trung gian phần cứng người sử dụng chương trình ứng dụng họ Nhiệm vụ hệ điều hành làm cho việc sử dụng hệ thống máy tính tiện lợi hiệu Các chương trình ứng dụng chạy cần thực số thao tác chung điều khiển thiết bị vào Những thao tác phân phối điều khiển tài nguyên chung gộp chung lại phạm vi hệ điều hành Nhờ có hệ điều hành, người dùng dễ dàng tương tác sử dụng máy tính, ví dụ cách thơng qua giao diện đồ họa Cũng nhờ có hệ điều hành, phần cứng máy tính quản lý sử dụng hiệu Người sử dụng Chương trình ứng dụng, chương trình hệ thống tiện ích Hệ điều hành Phần cứng Hình 1.1: Các thành phần hệ thống máy tính Ngồi chương trình ứng dụng hệ điều hành có chương trình hệ thống chương trình tiện ích Đây chương trình khơng thuộc phần cốt lõi hệ điều hành SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Giới thiệu chung xây dựng để thực thao tác thường diễn hệ thống giúp người dùng thực số công việc dễ dàng Các thành phần hệ thống máy tính thể hình 1.1, phần cứng lớp người dùng giao tiếp với trình ứng dụng thành phần hệ thống 1.2 TỔ CHỨC PHẦN CỨNG CỦA MÁY TÍNH Hệ điều hành giao tiếp trực tiếp với phần cứng máy tính quản lý tài nguyên phần cứng Các khái niệm tổ chức phần cứng quan trọng cần thiết cho việc tìm hiểu hệ điều hành Để thuận lợi cho việc trình bầy hệ điều hành, phần tóm tắt số nội dung liên quan tổ chức kiến trúc phần cứng máy tính IT Kiến trúc chung Máy tính bao gồm nhiều CPU (khối xử lý trung tâm), nhớ chính, đĩa từ thiết bị nhớ SSD (còn gọi đĩa điện tử), hình, thiết bị vào liệu khác chuột, bàn phím, máy in, cảm ứng, micro, loa, … Các phận kết nối trao đổi thông tin với thông qua bus hệ thống minh họa hình 1.2 Các đĩa Bộ nhớ P T CPU Màn hình Bus hệ thống Hình 1.2 Các thành phần phần cứng máy tính CPU quy trình thực lệnh CPU (khối xử lý trung tâm) thành phần quan trọng hệ thống máy tính CPU bao gồm khối ALU thực phép toán số học logic, khối điều khiển thực việc giải mã lệnh điều khiển hoạt động chung Ngồi có ghi, thực chất nhớ CPU dùng để lưu liệu tạm thời thông tin trạng thái CPU toàn hệ thống Nhiệm vụ chủ yếu CPU thực chương trình Mỗi chương trình tập hợp lệnh để thị cho CPU biết cần làm Khi chương trình thực hiện, lệnh chương trình đọc vào lưu nhớ CPU đọc lệnh từ nhớ thực lệnh Tùy vào lệnh cụ thể, việc thực lệnh dẫn tới yêu cầu có thêm thao tác đọc ghi nhớ khác Ví dụ lệnh tăng giá trị biến đòi hỏi thao tác đọc giá trị biến từ nhớ, sau ghi giá trị nhớ SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Giới thiệu chung Ngắt Quá trình thực lệnh chương trình diễn tuần tự, sau xong lệnh CPU thực lệnh tiếp theo, trừ có lệnh rẽ nhánh hay vòng lặp Tuy nhiên, hệ thống máy tính có kiện xẩy cần CPU xử lý kịp thời Ví dụ, thiết bị phần cứng gửi tín hiệu để thơng báo xẩy kiện cần xử lý, người dùng bấm bàn phím Việc xử lý kiện kiện thực nhờ chế ngắt (interrupt) Thiết bị phần cứng yêu cầu thực ngắt cách gửi tín hiệu qua bus Phần mềm, tức chương trình thực hiện, u cầu ngắt cách sử dụng lời gọi hệ thống (system call) Chẳng hạn cần ghi file, chương trình gửi yêu cầu ngắt dạng lời gọi hệ thống ghi file Hệ thống chuyển sang xử lý ngắt trước quay lại thực tiếp chương trình theo thứ tự thơng thường T IT Xử lý ngắt Khi có ngắt, CPU tạm dừng cơng việc thực chuyển sang thực hàm xử lý ngắt Sau thực xong hàm xử lý ngắt, hệ thống quay lại điểm tạm dừng thực tiếp công việc bị ngắt Cơ chế xử lý ngắt cụ thể phụ thuộc vào dòng máy tính hệ điều hành, nhiên thơng thường máy tính sử dụng chế xử lý ngắt sau Các hàm xử lý ngắt lưu nhớ Các hàm xử lý ngắt phần cứng đảm nhiệm lưu nhớ ROM EPROM thành phần phần cứng, ví dụ thành phần BIOS PC Hàm xử lý ngắt hệ điều hành tải vào lưu nhớ RAM Địa hàm xử lý ngắt lưu mảng gọi vec tơ ngắt, nằm phần địa thấp nhớ, địa Mỗi phần tử vec tơ ngắt có kích thước cố định chứa trỏ tới hàm xử lý ngắt tương ứng Như vậy, ví dụ xuất ngắt có số thứ tự 2, CPU đọc nội dung ô thứ vec tơ ngắt để có địa hàm xử lý ngắt, sau chuyển tới địa để thực hàm xử lý ngắt Các hệ điều hành thông dụng Windows, Linux xử lý ngắt theo quy trình P Trong hệ điều hành đa chương trình, tức hệ điều hành cho phép nhiều tiến trình thực đồng thời, hệ điều hành thường sử dụng ngắt từ định thời timer để thu hồi quyền điều khiển CPU từ chương trình thực để phân phối cho chương trình khác Timer chế phần cứng cho phép sinh ngắt sau khoảng thời gian hệ điều hành quy định Ngắt chuyển cho hàm xử lý ngắt hệ điều hành xử lý, thường để phân phối lại quyền sử dụng CPU Bộ nhớ Bộ nhớ nơi chứa chương trình thực hiện, bao gồm lệnh chương trình liệu Bộ nhớ dạng nhớ cho phép đọc ghi theo thứ tự bất kỳ, gọi nhớ truy cập ngẫu nhiên (Random Access Memory RAM), thường gọi tắt RAM Cần lưu ý rằng, máy tính có số dạng nhớ khác, ví dụ nhớ cho phép đọc (ROM), nhớ cho phép ghi với thiết bị ghi đặc biệt (EPROM), loại nhớ kết hợp với RAM để tạo thành nhớ máy tính Bộ nhớ máy tính coi mảng ô nhớ đánh địa Bộ nhớ thường truy cập theo đơn vị byte (B), byte gồm bit (b) Một số máy tính sử dụng đơn vị nhớ từ (word), từ có kích thước 2, 4, byte; nhiên, kiểu đơn vị nhớ thơng dụng máy tính Như vậy, byte nhớ coi ô nhớ truy cập theo địa byte 10 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file Tên file dài Cấu trúc cho phép lưu tên file phần mở rộng không byte Để sử dụng tên file dài tới 255 ký tự, khoản mục file tạo thành cách ghép nhiều cấu trúc 32 byte với 4.11 TỔ CHỨC THÔNG TIN TRÊN BỘ NHỚ THỨ CẤP Bộ nhớ thứ cấp, hay nhớ ngoài, gồm thiết bị nhớ đĩa cứng, đĩa mềm, thẻ nhớ, đĩa quang (CD, DVD), đĩa quang từ, băng từ, nơi lưu trữ hệ thống file Thông tin lưu thiết bị nhớ không bị kể máy tính khơng cấp điện Các thiết bị nhớ đĩa cứng, thẻ nhớ, băng từ thường có dung lượng nhớ lớn nhiều so với nhớ ROM RAM, đĩa cứng thẻ nhớ dạng thiết bị nhớ dùng chủ yếu Trong phần ta xem xét tổ chức thông tin đĩa cứng thẻ nhớ SSD - hai dạng thiết bị nhớ ngồi máy tính 4.11.1 Tổ chức đĩa cứng T IT Cấu tạo đĩa Đĩa cứng tạo thành từ nhiều đĩa mỏng phủ lớp vật liệu từ tính Các đĩa gắn vào trục đặt vỏ cứng bảo vệ Thông tin đĩa đọc ghi nhờ đầu từ, đầu từ đảm nhiệm việc đọc/ghi cho mặt đĩa Các đầu từ gắn tay đỡ di chuyển từ tâm đĩa ngược lại để đọc ghi vùng khác đĩa Toàn đĩa quay nhờ động với tốc độ cao, thường 5400, 7200, 10000, hay 15000 vòng/phút Đĩa quay nhanh tốc độ truy cập truyền liệu lớn P Tổ chức thông tin Trên mặt đĩa, thơng tin ghi theo đường tròn đồng tâm, đường gọi rãnh (track), tương ứng với vị trí đầu từ Tập hợp rãnh có bán kính hay rãnh nằm thẳng hàng với tạo thành hình trụ (cylinder) Mỗi rãnh lại chia tiếp thành phần hình quạt gọi cung (sector) Thông tin lưu trữ đĩa theo sector Sector đơn vị thông tin nhỏ đọc hay ghi từ đĩa cứng, tức lần đọc ghi đọc số nguyên sector Mỗi sector xác định cách cung cấp ba thông tin: số thứ tự đầu đọc (số thứ tự mặt đĩa), số thứ tự rãnh, số thứ tự sector rãnh Hệ điều hành thường coi đĩa dãy khối nhớ logic đánh số từ 0, khối bao gồm sector nằm liền nhau, gọi cluster hay đơn vị cấp phát (allocation unit) Mỗi cluster bao gồm n sector (n  0), cluster nhỏ gồm sector số hệ thống sử dụng cluster có kích thước tới 128 sector Với việc sử dụng khái niệm khối nhớ logic, toàn đĩa coi mảng chiều, phần tử khối nhớ vị trí khối nhớ xác định số thứ tự khối, thay phải sử dụng ba thông tin với sector vật lý Để đọc ghi thông tin sector, đầu từ cần nằm vị trí sector Thời gian để định vị đầu từ từ vị trí thời tới sector cần truy cập chia thành hai phần Trước tiên, đầu từ di chuyển tới rãnh chứa sector cần đọc Thời gian để thực di chuyển gọi lại thời gian định vị (seek time) Sau đó, cần phải chờ đĩa quay tới sector cần đọc 169 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file P T IT di chuyển tới vị trí đầu từ, thời gian chờ đĩa quay gọi thời gian trễ (rotational latency) Như tổng số thời gian chuẩn bị thời gian định vị + thời gian trễ Hình 4.18 Hình ảnh chụp ổ đĩa cứng bỏ lớp vỏ bảo vệ tổ chức thông tin đĩa cứng Trước đây, kích thước phổ biến mặc định sector 512B Hiện nay, đĩa cứng có kích thước sector mặc định 4KB, thẻ nhớ USB sử dụng kích thước sector 512B đĩa cứng trước Một số hệ thống đĩa cứng cho phép thay đổi kích thước mặc định, ví dụ thành 1024B thay cho 512B, cách format lại đĩa cứng mức thấp Chức format mức thấp PC thực qua giao diện BIOS mà người dùng sử dụng q trình khởi động máy Đối với đĩa CD DVD, kích thước sector thông thường 2KB 170 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file Format đĩa mức thấp cấu trúc sector Trước sử dụng, đĩa cứng cần format mức thấp hay gọi format mức vật lý Công đoạn thường nhà sản xuất thực luôn, nhiên số đĩa cứng cho phép người sử dụng tự format mức thấp lại với thay đổi số lượng rãnh hay kích thước sector Format mức thấp trình phân chia đĩa thành sector điền vào sector số thông tin mà điều khiển đĩa sử dụng đọc/ghi thơng tin Thơng thường, sector có phần đầu, phần đuôi, phần chứa liệu kích thước 512B thay đổi theo tham số đặt format Phần đầu đuôi chứa thông tin mơ tả sector, quan trọng số thứ tự sector mã sửa sai Số thứ tự sector sử dụng để xác định sector rãnh Mã sửa sai sử dụng để kiểm tra tính đắn tồn vẹn liệu ghi sector, cho phép khôi phục liệu trường hợp có hư hỏng nhẹ Sau thao tác ghi liệu, điều khiển đĩa tính lại mã sửa sai từ nội dung sector cập nhật lại thông tin vào phần sector Khi đọc, điều khiển tính tốn lại mã sửa sai từ liệu đọc từ phần liệu sector so sánh với mã sửa sai lưu Nếu mã tính khơng trùng với mã lưu nội dung phần liệu bị sai lệch sector bị đánh dấu sector hỏng Mã sửa sai thiết kế cho điều khiển đĩa dùng để khơi phục liệu bị hỏng số lượng liệu hỏng không nhiều IT Phân hoạch đĩa format mức cao Sau format mức thấp, trước sử dụng, đĩa cứng phân chia thành đĩa logic hay gọi phân hoạch (partition) format mức cao Hai công đoạn hệ điều hành thực P T Phân hoạch phân chia đĩa cứng thành phân vùng (partition) gồm cylinder nằm liền nhau, vùng hệ điều hành coi đĩa riêng biệt Trong q trình chia đĩa, thơng tin vị trí bắt đầu, kích thước, tính chất vùng đĩa lưu cấu trúc gọi bảng chia đĩa (partition table) nằm sector đĩa gọi MBR (master boot record) Trên hình 4.19 hình chụp giao diện chương trình Disk manager Windows với đĩa cứng chia thành phân vùng đĩa logic Hình 4.19 Giao diện chương trình Disk manager Windows với đĩa cứng thẻ SSD chia thành phân vùng (partition) đĩa logic 171 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file Sau kết thúc phân hoạch, phân vùng hay đĩa logic format mức cao Thực chất việc format mức cao tạo hệ thống file đĩa logic Trong trình format mức cao, cấu trúc liệu cần thiết cho hệ thống file ghi lên đĩa Kích thước cluster xác định q trình Thơng thường, q trình format mức cao bao gồm việc xác định cluster, xác định cluster sử dụng, cluster trống tạo thư mục gốc Nếu hệ thống file sử dụng bảng số (như bảng FAT), bảng tạo giai đoạn format Thiết bị nhớ SSD Thẻ nhớ SSD (Solid-State Disk) hay gọi đĩa điện tử (electronic disk) dạng thiết bị nhớ dần sử dụng rộng rãi máy tính nay, đặc biệt máy tính xách tay thiết bị di động với vai trò tương tự đĩa cứng (cần phân biệt với thẻ nhớ USB) Khác với đĩa thơng thường, thẻ nhớ SSD khơng có phần chuyển động đầu đọc mà tạo thành từ mạch nhớ sử dụng công nghệ tương tự DRAM, hay EEPROM, mạch nhớ flash Trong trường hợp sử dụng cơng nghệ DRAM, thẻ nhở SSD có nguồn nuôi riêng để không bị nội dung máy tính khơng cấp điện IT Về mặt giao tiếp vật lý logic, thẻ nhớ SSD sử dụng giao diện cho phép đọc ghi liệu theo khối giống đĩa cứng thông thường Do vậy, hệ thống vào/ra máy tính hệ điều hành, thẻ nhớ SSD không khác biệt so với đĩa cứng P T Trong có đặc điểm tương tự đĩa cứng, thẻ nhớ SSD bị hỏng khơng có phần chuyển động Tốc độ truy cập SSD nhanh đĩa cứng truyền thống không thời gian định vị đầu đọc tới sector cần truy cập Ổ SSD tiêu thụ điện đĩa cứng Tuy nhiên, thẻ SSD thường có dung lượng nhỏ đĩa cứng giá thành tính đơn vị nhớ, ví dụ megabyte dung lượng, lại cao đĩa cứng Do đặc điểm này, thẻ nhớ SSD thường sử dụng cho thiết bị di động, máy tính xách tay, dùng lưu dạng liệu cần có thời gian truy cập nhanh Nhiều máy tính sử dụng kết hợp thiết bị SSD với đĩa cứng, SSD dùng để lưu liệu khôi phục máy từ trạng thái nghỉ, để dùng cho việc trao đổi từ nhớ nhớ Một số hệ thống máy tính sử dụng thẻ nhớ SSD làm nhớ cache nhớ đĩa cứng thông thường để tăng tốc độ trao đổi thông tin nhớ nhớ 4.11.2 Điều độ đĩa Điều độ đĩa (disk scheduling) định thứ tự thao tác đọc/ghi đĩa Trong trình hoạt động, tiến trình gửi cho hệ điều hành yêu cầu đọc/ghi đĩa thông qua lời gọi hệ thống tương ứng Nếu thời điểm nhận yêu cầu, hệ thống không bận thực thao tác với đĩa, yêu cầu xử lý Ngược lại, đĩa cứng thực thao tác đọc/ghi khác, yêu cầu xếp vào hàng đợi Khi kết thúc thao tác vào/ra thời, hệ thống chọn hàng đợi yêu cầu để thực Nếu hàng đợi có nhiều yêu cầu, hệ điều hành lựa chọn yêu cầu thực trước Như nói phần trước, trước đọc/ghi cần thời gian để di chuyển đầu từ đĩa (seek time) chờ cho sector cần đọc quay tới vị trí đầu từ (latency time) Do vậy, việc lựa chọn thứ tự thực yêu cầu hợp lý tối ưu thời gian thực yêu cầu 172 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file đọc/ghi đĩa tiết kiệm thời gian định vị đầu từ Việc lựa chọn tiến hành dựa chiến lược điều độ đĩa, thường lựa chọn dựa tiêu chí đó, ví dụ tiêu chí thời gian, hay tính cơng Để điều độ đĩa, hệ điều hành sử dụng thông tin u cầu đọc/ghi Các thơng tin có lời gọi hệ thống mà tiến trình gửi cho hệ điều hành để yêu cầu thường bao gồm thành phần sau: 1) dạng yêu cầu (đọc hay ghi); 2) vị trí cần đọc đĩa; 3) số lượng sector hay cluster cần đọc; 4) địa vùng nhớ để chứa thông tin ghi đọc vào Sau đây, ta xem xét số chiến lược điều độ đĩa thông dụng Cần lưu ý thẻ nhớ SSD không thời gian định vị nên không cần quan tâm tới điều độ đĩa, yêu cầu tới trước xử lý trước Tới trước phục vụ trước (FCFS) Đây chiến lược điều độ đơn giản Các yêu cầu vào/ra xếp vào hàng đợi FIFO xử lý theo thứ tự xuất Chiến lược đảm bảo tính công bằng, nhiên yêu cầu xuất liền đòi hỏi truy cập vùng đĩa nằm xa tốn nhiều thời gian để định vị đầu từ có tốc độ chậm P T IT Xét ví dụ sau, đầu từ nằm cylinder 50 hàng đợi chứa yêu cầu truy cập cylinder sau: 95, 180, 34, 119, 11, 123, 62, 64 Đĩa gồm 200 cylinder đánh số từ đến 199 Trên hình 4.20 thể chuyển động đầu từ sử dụng chiến lược điều độ FCFS Trước tiên đầu từ di chuyển từ cylinder 50 tới 95 (qua |50-95| cylinder), sau di chuyển tới cylinder 180 (|95-180|), quay lại cylinder 34 (180-34|) v.v Dưới đây, ta thấy, so sánh với phương pháp điều độ khác, quãng đường đầu từ di chuyển sử dụng FCFS lớn Hình 4.20 Quãng đường di chuyển đầu từ điều độ FCFS Thời gian định vị ngắn trước (SSTF) Điều độ ưu tiên thời gian định vị ngắn trước (Shortest Seek Time First – SSTF) phương pháp điều độ yêu cầu truy cập có vị trí gần vị trí thời đầu từ xử lý trước Ở đây, khoảng cách tính số cylinder, tức tương ứng với thời gian 173 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file định vị (seek time) nhỏ Với ví dụ trên, từ vị trí thời cylinder 50, yêu cầu truy cập cylinder 62 gần chọn xử lý đầu tiên, yêu cầu truy cập cylinder 64, đến 34, 11, 95, 119, 123, 180 (hình 4.21) Hình 4.21 Chuyển động đầu từ điều độ SSTF SCAN IT Điều độ SSTF thường có tốc độ cao FCFS tổng thời gian di chuyển đầu từ cylinder nhỏ Tuy nhiên, kiểu điều độ gây đói, tức số yêu cầu lâu khơng xử lý Giả sử ví dụ trên, đầu từ cylinder 34, xuất thêm nhiều yêu cầu nằm gần cylinder 34, hệ thống xử lý yêu cầu vào yêu cầu truy cập cylinder cuối đĩa (cylinder 180) phải chờ lâu đến lượt P T Điều độ SCAN, hay gọi điều độ kiểu thang máy (elevator) kiểu điều độ đầu từ di chuyển từ cylinder ngồi vào cylinder cùng, sau di chuyển ngược lại Trên đường đi, tới cylinder, đầu từ xử lý u cầu vào cylinder có Hình 4.22 thể thứ tự xử lý yêu cầu ví dụ với điều độ SCAN Phương pháp có tên SCAN đầu từ quét tất cylinder, có tên thang máy cách xử lý giống thang máy số nhà cao tầng từ tầng lên tầng lại ngược lại Điều độ SCAN có tổng thời gian định vị nhỏ FCFS, đảm bảo khơng u cầu phải chờ đợi lâu Hình 4.22 Chuyển động đầu từ điều độ SCAN 174 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file C-SCAN IT C-SCAN viết tắt SCAN quay vòng (circular SCAN) Theo phương pháp này, đầu từ xử lý yêu cầu di chuyển theo chiều, ví dụ từ ngồi đĩa (từ cylinder số thứ tự cao đến cylinder số thứ tự thấp) Sau tới mép đĩa, đầu từ di chuyển ngược vào tâm đĩa không xử lý đường Khi vào tới tâm đĩa, đầu từ lặp lại chu trình xử lý (hình 4.23) Như danh sách cylinder hình dung danh sách vòng, tức đầu danh sách gắn với đuôi danh sách, sau cylinder cylinder 199 (xem ví dụ hình dưới) Do vậy, phương pháp gọi phương pháp SCAN quay vòng LOOK C-LOOK T Hình 4.23: Chuyển động thứ tự xử lý yêu cầu đầu từ điều độ C-SCAN P Phương pháp điều độ LOOK C-LOOK biến thể SCAN C-SCAN, thay chuyển động tới cylinder (gần tâm nhất) (gần mép nhất) đầu từ chuyển động tới vị trí yêu cầu xa phía tâm phía ngồi mép đĩa Hình 4.24 minh họa cho điều độ C-LOOk Như vậy, so với kiểu điều độ SCAN, điều độ LOOK tiết kiệm thời gian di chuyển qua khoảng cách yêu cầu xa hướng cylinder hướng Hình 4.24 Chuyển động đầu từ thứ tự xử lý yêu cầu điều độ C-LOOK Lựa chọn phương pháp điều độ phù hợp 175 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file Ảnh hưởng phương pháp điều độ tới tốc độ xử lý vào phụ thuộc nhiều vào đặc điểm hệ thống cụ thể Với hệ thống có tần suất vào khơng cao, thời điểm, hàng đợi thường có yêu cầu vào/ra Khi đó, phương pháp điều độ cho kết giống FCFS, tức thực chất khơng điều độ Đối với phương pháp cấp phát file gồm khối nằm liền nhau, việc đọc/ghi file tương đương với đọc ghi khổi nằm liên tiếp, tương tự SSTF hay SCAN hay LOOK Trong trường hợp nói chung, SSTF LOOK sử dụng phương pháp điều độ mặc định, hệ thống sử dụng vài phương pháp điều độ tùy theo tình cụ thể Các phương pháp điều độ nói có ý nghĩa đĩa cứng Thiết bị nhớ SSD, nói trên, khơng đòi hỏi thời gian định vị trước ghi hay đọc, yêu cầu vào/ra điều độ theo kiểu FCFS 4.12 QUẢN LÝ VÀO/RA IT Trong phần trên, ta xem xét vấn đề tổ chức trao đổi thông tin với đĩa Phần đề cập rộng tới việc quản lý vào/ra nói chung tồn hệ thống máy tính P T Quản lý vào/ra nhiệm vụ quan trọng hệ điều hành Các hoạt động máy tính bao gồm tính tốn vào/ra liệu thông tin khác Vào/ra trình dịch chuyển thơng tin nhớ CPU với thiết bị vào/ra Các thiết bị vào/ra liệu đa dạng chủng loại tính chất, từ thiết bị thơng dụng chuột, bàn phím, hình, ổ đĩa, thẻ nhớ, card mạng, máy in, loa, microphone, cảm ứng, tới thiết bị đặc thù joystick máy tính game, bút điện tử, bảng vẽ điện tử v.v Do quan trọng vào/ra thông tin liệu, nhiệm vụ quản lý vào/ra phụ trách phân hệ; phân hệ thường nằm nhân hệ điều hành Các yêu cầu quản lý vào/ra Phân hệ quản lý vào/ra phải giải số yêu cầu sau - Thứ nhất, thiết bị vào/ra khác chủng loại tính chất Hệ điều hành cần tạo giao diện chung chuẩn cho phép làm việc với nhiều kiểu thiết bị mà quan tâm tới đặc điểm cụ thể thiết bị Do ngày có nhiều kiểu thiết bị xuất hiện, giao diện chuẩn khơng phù hợp với thiết bị mới, đòi hỏi khả mở rộng - Thứ ba, tốc độ vào ảnh hưởng tới tốc độ toàn hệ thống Phân hệ quản lý vào/ra cần có biện pháp nâng cao hiệu vào/ra liệu Dưới đây, ta xem xét cách tổ chức phân hệ vào/ra liệu kỹ thuật cho phép đáp ứng yêu cầu nói 4.12.1 Phần cứng 176 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file Phần cứng phục vụ vào/ra gồm: thiết bị vào ra, điều khiển (controller) thiết bị, bus kết nối dạng cổng (port) Thiết bị vào/ra phân loại theo nhiều cách Theo mục đích sử dụng, thiết bị vào/ra chia thành: thiết bị lưu trữ đĩa, thẻ USB; thiết bị mạng card mạng, modem; giao diện người dùng chuột, bàn phím, hình, máy in Ngoài ra, thiết bị vào/ra phân loại theo số tiêu chí khác đây: Theo chế độ truyền liệu, thiết bị phân thành thiết bị dạng ký tự hay dạng khối Thiết bị dạng ký tự truyền liệu theo byte, điển hình thiết bị giao diện chuột, bàn phím Thiết bị dạng khối truyền liệu theo khối, đĩa - Theo chế độ truy cập, thiết bị phân thành thiết bị truy cập băng từ modem, hay truy cập trực tiếp đĩa - Theo thời gian truyền liệu, thiết bị chia thành thiết bị đồng (synchronous) hay dị (asynchronous) Thiết bị đồng bộ, gọi thiết bị gây khóa (blocking), yêu cầu phối hợp thành phần khác máy tính có thời gian phản hồi xác định, thiết bị bộ, gọi non-blocking có thời gian đáp ứng khơng xác định Nói cách khác, tiến trình gửi yêu cầu vào/ra tới thiết bị đồng đĩa, tiến trình bị khóa chuyển sang trạng thái chờ đợi yêu cầu vào/ra xử lý song Tiến trình thực vào/ra với thiết bị dị khơng bị khóa tiếp tục cơng việc khác, chẳng hạn tiến trình có giao tiếp với bàn phím - Theo khả chia sẻ, thiết bị chia thành loại dùng chung bàn phím hay thiết bị dành riêng đĩa Tại thời điểm, thiết bị dùng chung phục vụ nhiều tiến trình khác nhau, thiết bị dành riêng phục vụ tiến trình hay dòng - Theo tốc độ, thiết bị có tốc độ vào/ra từ vài byte giây tới hàng gigabit giây - Theo chế độ vào/ra, ta có thiết bị đọc bàn phím, thiết bị ghi hình, hay thiết bị đọc ghi modem hay đĩa P T IT - 4.12.2 Tổ chức phân hệ quản lý vào/ra Nguyên tắc chung Như nói trên, yêu cầu đặt với quản lý vào/ra cho phép ứng dụng tiến trình giao tiếp với thiết bị theo chuẩn chung, tổng quát, không cần quan tâm tới đặc điểm cụ thể thiết bị Ví dụ, ứng dụng cần có khả đọc file mà không cần quan tâm tới đặc điểm cụ thể đĩa hay thẻ nhớ nơi lưu file Để thỏa mãn yêu cầu này, phân hệ vào/ra thiết kế dựa hai kỹ thuật chính: - Thứ nhất, phần quản lý vào/ra phân lớp, lớp mức có mức độ trừu tượng hóa cao lớp mức Nói cách khác, lên mức cao mức độ chuẩn hóa cao, liên quan tới chi tiết cụ thể thiết bị - Thứ hai, thiết bị cụ thể quản lý chương trình quản lý thiết bị riêng, gọi driver Driver lập trình theo chi tiết kỹ thuật thiết bị có giao 177 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file diện giống dạng hàm mà mô đun mức gọi để giao tiếp với thiết bị Như vậy, thiết bị thay đổi, ta cần thay đổi driver giữ nguyên lớp Sau cài đặt, driver trở thành thành phần nhân lớp phân hệ quản lý vào/ra Trên hình 4.25 thể cấu trúc phân lớp phân hệ vào/ra với driver cho thiết bị Phân loại driver Do chủng loại tính chất thiết bị khác nhau, khơng thể có giao diện chung cho tất driver Ví dụ, driver cho thiết bị vào/ra dạng khối đĩa, cung cấp hàm read() hay write() cho phép đọc ghi khối liệu Trong đó, driver cho thiết bị vào dạng ký tự, điển hình bàn phím, cung cấp hàm get() hay put() cho phép gửi nhận byte Để đảm bảo mức độ trừu tượng cao hơn, thuận lợi cho ứng dụng, driver nhóm lại thành nhóm tương tự nhau, nhóm chuẩn hóa để có giao diện Các nhóm driver thường gặp bao gồm: Nhóm vào/ra theo khối, cho driver thiết bị đĩa, thẻ USB Giao diện cho driver thuộc nhóm gồm lệnh read(), write(), seek(), seek() dùng với thiết bị cho phép truy cập trực tiếp - Nhóm vào/ra theo chuỗi ký tự, bao gồm driver chuột, bàn phím thiết bị tương tự - Nhóm driver mạng Ví dụ điển hình giao diện với driver cho thiết bị mạng giao diện dạng socket Giao diện dạng gồm hàm cho phép ứng dụng tạo socket – hiểu điểm kết nối với ứng dụng xa – tới địa Sau socket lắng nghe ứng dụng xa kết nối vào socket Tiếp theo, giao diện cung cấp hàm cho phép gửi nhận liệu với ứng dụng xa thông quan socket tạo P T IT - Phần cứng Phần mềm Phần lại hệ điều hành Phân hệ quản lý vào/ra Driver thiết bị Driver thiết bị … Driver thiết bị Driver thiết bị Bộ điều khiển thiết bị Bộ điều khiển thiết bị … Bộ điều khiển thiết bị Bộ điều khiển thiết bị Thiết bị Thiết bị … Thiết bị Thiết bị Hình 4.25: Cấu trúc phân hệ vào/ra 178 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file Các thao tác driver thiết bị thực Driver thiết bị chịu trách nhiệm thực công việc sau: - Khởi tạo thiết bị - Giải mã lệnh (lời gọi hệ thống) từ hệ điều hành - Quản lý việc truyền liệu vào/ra thiết bị - Nhận xử lý ngắt liên quan tới thiết bị - Đảm bảo tính quán cấu trúc liệu driver mô đun khác hệ điều hành sử dụng Các bước xử lý yêu cầu vào/ra driver thực Quy trình xử lý yêu cầu vào/ra driver tóm tắt cách đơn giản với thao tác sau: Kiểm tra tính hợp lệ tham số yêu cầu vào/ra dịch yêu cầu vào sang ngôn ngữ phù hợp với thiết bị - Kiểm tra xem thiết bị có rỗi khơng Nếu thiết bị bận, tiến trình đưa yêu cầu xử lý bị phong tỏa để chờ thiết bị hết bận - Sinh lệnh điều khiển thiết bị: ghi vào ghi tương ứng điều khiển thiết bị, kiểm tra độ sẵn sàng thiết bị sau lệnh - Phong tỏa chờ đến điều khiển thiết bị thực xong lệnh - Kiểm tra lỗi - Trả thông tin trạng thái kết thúc việc xử lý P T IT - 4.12.3 Quản lý vào/ra mức Trong phần trên, ta xem xét tổ chức chung phân hệ vào/ra vai trò driver Trong phần này, ta xem xét số chức khác phân hệ vào/ra, thường lớp mô đun vào/ra đảm nhiệm Các chức hướng vào việc nâng cao tốc độ độ ổn định vào/ra thông tin, bao gồm công việc sau: điều độ vào/ra, đệm vào/ra với buffer cache, xử lý lỗi Điều độ vào/ra xác định thứ tự xử lý yêu cầu vào/ra cho đạt tiêu chí tốc độ, tính cơng v.v Ví dụ điều độ vào/ra trình bầy phần điều độ đĩa Trong phần ta xem xét đệm vào/ra xử lý lỗi Đệm nhớ buffer Đệm nhớ buffer kỹ thuật liệu truyền hai thiết bị thiết bị với ứng dụng ghi tạm thời vào vùng nhớ gọi đệm buffer Thường liệu lưu vào buffer đọc vào từ thiết bị (ví dụ từ bàn phím), giữ buffer trước ghi thiết bị (ví dụ trước ghi đĩa) Buffer sử dụng truyền liệu hai tiến trình 179 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file Đệm nhớ buffer sử dụng để giải số vấn đề sau: - Sự khác tốc độ thiết bị truyền nhận liệu Ví dụ, cần lưu liệu truyền qua modem vào đĩa cứng Do modem chậm đĩa nên liệu từ modem lưu tạm vào đệm nhớ đủ nhiều ghi đĩa Thơng thường có hai đệm nhớ buffer sử dụng trường hợp Khi đệm nhớ thứ đầy, liệu ghi đĩa, liệu nhận từ modem tiếp tục lưu vào đệm nhớ thứ hai Khi đệm nhớ thứ hai đầy, vai trò hai đệm nhớ lại thay đổi Cơ chế đệm kép minh họa hình 4.26 Đĩa cứng Đổi buffer Buffer Modem T Modem Buffer Buffer IT Buffer Đĩa cứng - P Hình 4.26 Vẽ hình tương tự Vấn đề khác kích thước liệu truyền nhận Khi truyền liệu qua mạng, liệu chia thành gói Sau gói tập hợp xếp lại theo thứ tự Trong lúc chờ đợi để nhận đủ gói cần cho việc xếp lại, liệu lưu đệm buffer Đệm nhớ cache Đệm nhớ cache phần nhớ tốc độ cao dùng làm nhớ trung gian truyền liệu thiết bị nhớ tốc độ thấp với thiết bị nhớ tốc độ cao Trước tiên, liệu truyền từ nhớ tốc độ thấp (ví dụ đĩa cứng) vào nhớ cache, sau chuyển từ cache vào nhớ tốc độ cao (ví dụ nhớ trong) Khi thực thao tác đọc tiếp theo, phần liệu cần đọc nằm cache liệu đọc từ cache, thay đọc từ đĩa, nhanh nhiều Do nguyên lý cục thời gian, tức thường liệu truy cập lại tương lai gần, liệu nằm gần thường truy cập khoảng thời gian liền nhau, sử dụng cache cho phép tăng tốc độ truy cập liệu Như vậy, điểm khác biệt đệm cache với đệm buffer liệu cache láng giềng liệu truy cập nhiều lần khoảng thời 180 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file gian ngắn, liệu buffer không Tuy nhiên, thực tế, đệm buffer dùng làm đệm cache Spooling Spooling kỹ thuật cho phép nhiều tiến trình ghi thơng tin thiết bị có khả phục vụ tiến trình thời điểm máy in Khi tiến trình gửi liệu máy in, hệ điều hành nhận liệu thay gửi trực tiếp máy in Dữ liệu từ tiến trình ghi vào đệm nhớ buffer riêng, thường file Khi tiến trình hồn thành việc ghi liệu file, file xếp vào hàng đợi để chuyển máy in đến lượt Như vậy, nhiều tiến trình đồng thời thực thao tác in, thực tế, thời điểm file đệm ghi máy in Xử lý lỗi Thiết bị vào/ra, thân thao tác vào/ra liệu gặp nhiều dạng lỗi khác Có lỗi khơng nghiêm trọng, dễ dàng khắc phục, ví dụ lỗi không đọc liệu đĩa cứng chưa quay đủ tốc độ cần thiết, hay lỗi mạng bị tải nên tạm thời không truyền liệu Có lỗi nghiêm trọng hơn, ví dụ lỗi hỏng điều khiển đĩa IT Hệ điều hành thường thiết kế để tự xử lý số lỗi đơn giản Ví dụ, thao tác đọc đĩa bị lỗi, hệ điều hành lặp lại thao tác đọc số lần định để chờ đĩa chuyển sang trạng thái sẵn sàng P T Với lỗi nghiêm trọng hơn, hệ điều hành thường tự xử lý Cách giải thông thường với thao tác vào/ra, hệ điều hành trả thông tin trạng thái Thơng tin cho biết thao tác vào/ra có thực thành công hay không số thông tin cụ thể dạng lỗi xẩy (nếu có) Các ứng dụng tự định phải làm gì, dựa thơng tin lỗi lời gọi hệ thống trả lại 4.13 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Hệ điều hành có nên nhận biết hỗ trợ kiểu file khác khơng, ví dụ file văn bản, file chương trình, file sở liệu v.v.? Trong câu trả lời phân tích ưu nhược điểm việc hỗ trợ không hỗ trợ kiểu file Lấy ví dụ việc hỗ trợ/khơng hỗ trợ kiểu file hệ điều hành thông dụng Giải thích ý nghĩa thao tác mở file đóng file Hãy lấy ví dụ vài ứng dụng đòi hỏi truy cập file theo phương pháp truy cập: 1) tuần tự; 2) trực tiếp Giả sử hợp hệ thống hỗ trợ thư mục mức cho phép sử dụng tên file dài tùy ý Có thể mơ thư mục nhiều mức trường hợp khơng? Hãy giải thích cách làm câu trả lời “có” giải thích ngun nhân khơng mô câu trả lời “không” 181 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file Thay sử dụng ACL (Access Control List – danh sách quản lý truy cập) gắn với file sử dụng UCL (User Control List – danh sách quản lý người dùng) gắn với người dùng quy định người truy cập file Hãy cho biết trường dùng UCL ưu điểm so với dùng ACL ? Giả sử hệ thống file hỗ trợ ba phương pháp cấp phát không gian: cấp phát khối liên tiếp, sử dụng danh sách kết nối, sử dụng khối số Cần xem xét tiêu chí lựa chọn phương pháp cấp phát cho file cụ thể Viết chương trình đọc in tham số BOOT từ đĩa logic thẻ nhớ USB với FAT16 sử dụng hàm đọc sector mức thấp absread Lưu ý: để chạy absread, cần sử dụng hệ điều hành không phân biệt chế độ đặc quyền chế độ người dùng Windows 98; cài Windows 98 máy ảo để thực tập Giải thích bước viết chương trình đọc in nội dung 100 ô bảng FAT USB, biết FAT FAT16 Chương trình cần sử dụng hàm đọc ghi sector mức thấp absread câu P T IT Giải thích bước viết chương trình in tên, phần mở rộng, ngày tháng tạo file, kích thước file, số thứ tự cluster file nằm thư mục gốc USB Giả sử tất tên file tên file ngắn (không ký tự), FAT FAT 16 Chương trình cần sử dụng hàm đọc ghi sector mức thấp absread câu 182 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Hệ thống file TÀI LIỆU THAM KHẢO A Silbeschatz, P.B Galvin, G Gagne Operating system concepts 9th edition John Wiley & Sons 2013 W Stallings Operating Systems: Internals and Design Principles 7th edition Prentice Hall 2012 A.S Tanenbaum Modern operating systems 3rd edition Prentice Hall 2008 Nguyễn Thanh Tùng Giáo trình Hệ điều hành ĐHBK Hà nội 1999 Hà Quang Thụy Giáo trình Nguyên lý hệ điều hành In lần thứ ba NXB KHKT 2009 C Crowley Operating systems: A design-oriented approach Irwin Professional Publishing 1996 P T IT Từ Minh Phương Bài giảng hệ điều hành Học viện Cơng nghệ bưu viễn thông 2009 183 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn ... TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNH 24 1.7.1 Các thành phần hệ điều hành 24 1.7.2 Nhân hệ điều hành 28 1.7.3 Một số kiểu cấu trúc hệ điều hành 29 1.8 MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH... Chương trình ứng dụng, chương trình hệ thống tiện ích Hệ điều hành Phần cứng Hình 1.1: Các thành phần hệ thống máy tính Ngồi chương trình ứng dụng hệ điều hành có chương trình hệ thống chương trình. .. lý ngắt Các hệ điều hành thông dụng Windows, Linux xử lý ngắt theo quy trình P Trong hệ điều hành đa chương trình, tức hệ điều hành cho phép nhiều tiến trình thực đồng thời, hệ điều hành thường