Bài giảng Hệ điều hành - Chương 5 trình bày những nội dung cơ bản về quản lý nhập xuất như: Khái niệm cơ bản, mô hình tổ chức phần cứng nhập/xuất, cài đặt hệ thống quản lý và truy xuất nhập/ xuất.
Hệ điều hành Chương 5: Quản lý nhập/xuất Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Tổng quan • Khái niệm • Mơ hình tổ chức phần cứng nhập/ xuất • Cài đặt hệ thống quản lý truy xuất nhập/ xuất Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Các khái niệm CÁC LỚP CHỨC NĂNG NHẬP/XUẤT Xử lý người dùng Tạo lời gọi nhập/xuất, định dạng nhập/xuất Phần mềm độc lập thiết bị Đặt tên, bảo vệ, tổ chức khối, đệm, định vị Điều khiển thiết bị Thiết lập ghi thiết bị, kiểm tra trạng thái Kiểm sốt ngắt Báo cho driver nhập/xuất hồn tất Phần cứng Thực thao tác nhập/xuất Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Thiết bị nhập/ xuất • Thiết bị khối thiết bị mà thơng tin lưu trữ khối có kích thước cố định định vị địa • Đặc điểm thiết bị khối chúng truy xuất (đọc ghi) khối riêng biệt, chương trình truy xuất khối • Đĩa ví dụ cho loại thiết bị khối Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Thiết bị nhập/ xuất • Một dạng thiết bị thứ hai thiết bị • Ở dạng thiết bị này, việc gửi nhận thông tin dựa chuỗi bits, khơng có xác định địa khơng thể thực thao tác seek • Màn hình, bàn phím, máy in, card mạng, chuột, loại thiết bị khác dạng đĩa thiết bị Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Thiết bị nhập/ xuất • Thiết bị tương tác với người : dùng để giao tiếp người máy Ví dụ : hình, bàn phím, chuột, máy in • Thiết bị tương tác hệ thống máy tính thiết bị giao tiếp với Ví dụ : đĩa, băng từ, card giao tiếp • Thiết bị truyền thơng : modem Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Thiết bị nhập/ xuất • Những điểm khác thiết bị I/O gồm : – Tốc độ truyền liệu , ví dụ bàn phím : 0.01 KB/s, chuột 0.02 KB/s – Công dụng – Đơn vị truyền liệu (khối ký tự) – Biểu diễn liệu, điều tùy thuộc vào thiết bị cụ thể – Tình trạng lỗi : nguyên nhân gây lỗi, cách mà chúng báo Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Tổ chức chức nhập/ xuất • Có ba cách để thực I/O : – Một là, xử lý phát sinh lệnh I/O đến đơn vị I/O, sau đó, chờ trạng thái "busy" thao tác hoàn tất trước tiếp tục xử lý – Hai là, xử lý phát sinh lệnh I/O đến đơn vị I/O, sau đó, tiếp tục việc xử lý nhận ngắt từ đơn vị I/O báo hồn tất, tạm ngưng việc xử lý để chuyển qua xử lý ngắt – Ba là, sử dụng chế DMA (như đề cập sau) Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Tổ chức chức nhập/ xuất • Các bước tiến hóa chức I/O : – Bộ xử lý kiểm soát trực tiếp thiết bị ngoại vi – Hệ thống có thêm điều khiển thiết bị Bộ xử lý sử dụng cách thực nhập xuất thứ Theo cách xử lý tách rời khỏi mô tả chi tiết thiết bị ngoại vi – Bộ xử lý sử dụng thêm chế ngắt – Sử dụng chế DMA, xử lý truy xuất liệu I/O trực tiếp nhớ Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Bộ điều khiển thiết bị • Một đơn vị bị nhập xuất thường chia làm hai thành phần thành phần thành phần điện tử • Thành phần điện tử gọi phận điều khiển thiết bị hay tương thích, máy vi tính thường gọi card giao tiếp • Thành phần thân thiết bị • Giao tiếp điều khiển thiết bị giao tiếp mức thấp Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 10 Bộ điều khiển thiết bị • Chức điều khiển giao tiếp với hệ điều hành hệ điều hành truy xuất trực tiếp với thiết bị Việc thông tin thông qua hệ thống đường truyền gọi bus Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 11 Bộ điều khiển thiết bị • Cơng việc điều khiển chuyển đổi dãy bit khối byte thực sửa chửa cần thiết • Thơng thường khối byte tổ chức thành bit đặt buffer điều khiển • Sau thực checksum nội dung buffer chuyển vào nhớ Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 12 Bộ điều khiển thiết bị • Mỗi điều khiển có số ghi để liên lạc với CPU • Trên số máy tính, ghi phần nhớ địa xác định gọi ánh xạ nhớ nhập xuất • Hệ máy PC dành vùng địa đặc biệt gọi địa nhập xuất chia làm nhiều đoạn, đoạn cho loại thiết bị sau : Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 13 Bộ điều khiển thiết bị Địa nhập/xuất Vectơ ngắt 040 - 043 Bàn phím 060 - 063 RS232 phụ 2F8 - 2FF 11 Đĩa cứng 320 - 32F 13 Máy in 378 - 37F 15 Màn hình mono Màn hình màu Đĩa mềm 380 - 3BF - 3D0 - 3DF - 3F0 - 3F7 14 RS232 3F8 - 3FF 12 Bộ điều khiển nhập/xuất Đồng hồ Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 14 Bộ điều khiển thiết bị • Hệ điều hành thực nhập xuất cách ghi lệnh lên ghi điều khiển Ví dụ : điều khiển đĩa mềm IBMPC chấp nhận 15 lệnh khác : READ, WRITE, SEEK, FORMAT, RECALIBRATE, số lệnh có tham số tham số nạp vào ghi • Khi lệnh chấp nhận, CPU rời điều khiển để thực cơng việc khác • Sau thực xong, điều khiển phát sinh ngắt để báo hiệu cho CPU biết đến lấy kết lưu giữ ghi Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 15 DMA (direct memory access) • Q trình đọc đĩa mà khơng có DMA – Trước tiên, điều khiển đọc khối đĩa, bit bit toàn khối đưa vào buffer điều khiển – Sau máy tính thực checksum để đảm bảo khơng có lỗi xảy – Tiếp theo điều khiển tạo ngắt để báo cho CPU biết – CPU đến lấy liệu buffer chuyển nhớ cách tạo vịng lặp đọc byte – Thao tác làm lãng phí thời gian CPU Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 16 DMA (direct memory access) • Q trình đọc đĩa có DMA – Khi sử dụng, CPU gửi cho điều khiển số thông số địa đĩa khối, địa nhớ nơi định vị khối, số lượng byte liệu để chuyển – Sau điều khiển đọc toàn liệu từ thiết bị vào buffer kiểm tra checksum, điều khiển chuyển byte vào nhớ địa mô tả địa nhớ DMA – Sau tăng địa DMA giảm số bytes phải chuyển Quá trình lập số bytes phải chuyển 0, điều khiển tạo ngắt Như không cần phải copy khối vào nhớ, hữu nhớ Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 17 DMA (direct memory access) • Vận chuyển DMA thực điều khiển Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 18 Cài đặt hệ thống quản lý truy xuất nhập/ xuất • Kiểm sốt ngắt • Điều khiển thiết bị • Phần mềm hệ điều hành độc lập thiết bị • Phần mềm mức người sử dụng Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 19 Kiểm sốt ngắt • HĐH thực thao tác nhập xuất hoàn tất tạo ngắt Tiến trình tự khóa lại cách thực lệnh WAIT theo biến điều kiện RECEIVE theo thơng điệp • Khi ngắt xảy ra, hàm xử lý ngắt khởi tạo tiến trình để xử lý ngắt • Nó thực tín hiệu biến điều kiện gửi thông điệp đến cho tiến trình bị khóa • Tổng qt, chức ngắt làm cho tiến trình bị khóa thi hành trở lại Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 20 Điều khiển thiết bị • Device drivers phát thị kiểm tra xem thị có thực xác khơng • Chức device drivers nhận yêu cầu trừu tượng từ phần mềm nhập/xuất độc lập thiết bị lớp trên, giám sát yêu cầu thực Nếu driver rảnh, thực yêu cầu, ngược lại, yêu cầu đưa vào hàng đợi Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 21 Điều khiển thiết bị • Một xác định thị cho điều khiển, bắt đầu thực cách chuyển lệnh vào ghi điều khiển thiết bị • Trong lệnh thực Có hai trường hợp xảy : – Một device drivers phải chờ điều khiển thực xong cách tự khóa lại ngắt phát sinh mở khóa cho – Hai là, hệ điều hành chấm dứt mà khơng chờ, driver khơng cần thiết phải khóa Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 22 Điều khiển thiết bị • Sau hệ điều hành hoàn tất việc kiểm tra lỗi thứ ổn driver chuyển liệu cho phần mềm độc lập thiết bị • Cuối trả thơng tin trạng thái hay lỗi cho nơi gọi có yêu cầu khác hàng đợi, thực tiếp, khơng khóa lại chờ đến u cầu Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 23 Phần mềm nhập/xuất độc lập thiết bị • Trước tiên phải có chức tạo ánh xạ thiết bị tên hình thức • Thứ hai bảo vệ thiết bị, cho phép hay không cho phép người sử dụng truy xuất thiết bị • Thứ ba cung cấp khối liệu độc lập thiết bị • Thứ tư cung cấp buffer để hỗ trợ cho đồng hóa q trình hoạt động hệ thống • Thứ năm định vị lưu trữ thiết bị khối • Thứ sáu cấp phát giải phóng thiết bị tận hiến • Cuối thơng báo lỗi cho lớp bên từ lỗi device driver báo Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 24 Phần mềm nhập/xuất phạm vi người sử dụng • Hầu hết phần mềm nhập/xuất bên hệ điều hành phần nhỏ chúng chứa thư viện liên kết với chương trình người sử dụng chương trình thi hành bên ngồi hạt nhân • Tập hợp tất hàm thư viện rõ ràng phần hệ thống nhập/xuất • Các hàm thư viện chuyển tham số thích hợp cho lời gọi hệ thống hàm thư viện thực việc định dạng cho nhập xuất Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 25 ... 040 - 043 Bàn phím 060 - 063 RS232 phụ 2F8 - 2FF 11 Đĩa cứng 320 - 32F 13 Máy in 378 - 37F 15 Màn hình mono Màn hình màu Đĩa mềm 380 - 3BF - 3D0 - 3DF - 3F0 - 3F7 14 RS232 3F8 - 3FF 12 Bộ điều. .. IT for Economics-NEU, 2011 10 Bộ điều khiển thiết bị • Chức điều khiển giao tiếp với hệ điều hành hệ điều hành khơng thể truy xuất trực tiếp với thiết bị Việc thông tin thông qua hệ thống đường... Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 14 Bộ điều khiển thiết bị • Hệ điều hành thực nhập xuất cách ghi lệnh lên ghi điều khiển Ví dụ : điều khiển đĩa mềm IBMPC chấp nhận 15 lệnh