Đang tải... (xem toàn văn)
Cơ chế vận hành của hệ thống Một hệ thống thông thường gồm CPU và các bộ điều khiển thiết bị (BĐKTB - device controller). Các tác vụ của CPU và BĐKTB có thể thực thi song hành và tranh chấp bộ nhớ chia sẻ qua sự điều khiển đồng bộ của memory controller. Mỗi BĐKTB phụ trách một loại thiết bị cụ thể (video adapter, disk drive,...) Mỗi BĐKTB có một buffer riêng. CPU chuyển dữ liệu từ bộ nhớ chính đến buffer riêng của các BĐKTB và ngược lại. ...
nguyên lý hỆ ĐIỀU HÀNH n a u c u h T N D g ThS Nguyễn Đức Thuần Bộ môn Hệ Thống Thông Tin Đ.H THUỶ SẢN Chương 0: Cấu trúc hệ thống máy tính n a u c u h T D g N Cơ chế vận hành hệ thống Một hệ thống thông thường gồm CPU điều khiển thiết bị (BĐKTB - device controller) Các tác vụ CPU BĐKTB thực thi song hành tranh chấp nhớ chia sẻ qua điều khiển đồng memory controller Mỗi BĐKTB phụ trách loại thiết bị cụ thể (video adapter, disk drive, ) Mỗi BĐKTB có buffer riêng CPU chuyển liệu từ nhớ đến buffer riêng BĐKTB ngược lại Dữ liệu tác vụ I/O chuyển từ thiết bị đến buffer riêng BĐKTB tương ứng Mỗi kết thúc tác vụ I/O, BĐKTB thông báo cho CPU cách gây ngắt (interrupts) n a u c u h T D g N Ngaét (interrupts) Ngắt (interrupt) chế cho phép tạm ngưng công việc CPU xử lý để phục vụ yêu cầu khác Khi có ngắt xảy ra, quyền điều khiển chuyển giao cho trình phục vụ ngắt (interrupt service routine) thông qua bảng vector ngắt Các đặc điểm chế ngắt : n a u h T – tăng hiệu suất xử lý công việc – đặc biệt tác vụ I/O – ngắt thường phát khởi thiết bị phần cứng – thực theo chế bất đồng (asynchronously) với process bị ngắt c u D g Trap: ngắt mềm, phát khởi lỗi user yêu cầu Ví dụ: N – Lỗi chia cho (divided-by-zero), memory page fault… Hầu hết OS interrupt-driven operating systems Chu trình thực lệnh n a u c u h T D g N Chu trình lệnh với ngắt quãng n a u c u D g h T CPU kiểm tra ngắt sau lệnh – polling – vectored interrupt system Nếu ngắt, bắt đầu chu kỳ lệnh Nếu có ngắt chờ, tạm ngưng lưu trạng thái chương trình thực thi (Program Check, Program Status Word, ghi liệu, ), chuyển qua thực thi trình điều khiển xử lý ngắt (interrupt handler) N I/O structure Hai phương thức thực I/O Sau bắt đầu tác vụ I/O, quyền điều khiển trả tác vụ I/O hoàn tất n a u – CPU phải chờ đến tác vụ I/O hoàn tất – Trong thời điểm, có nhiều tác vụ I/O thực hiện, không xử lý đồng thời nhiều yêu cầu I/O c u h T Sau bắt đầu tác vụ I/O, quyền điều khiển trả mà không cần chờ hoàn tất tác vụ I/O D g – CPU thực thi lệnh mà chờ đến tác vụ I/O hoàn tất – Trong thời điểm, có nhiều tác vụ I/O thực đồng thời N Hai phương thức I/O Synchronous I/O Asynchronous I/O n a u c u h T D g N Các kỹ thuật thực I/O Programmed I/O (PIO) – Không dùng ngắt, CPU phải chờ tác vụ I/O hoàn tất n a u Interrupt-driven I/O h T – CPU tiếp tục thực thi suốt trình xảy I/O, tác vụ I/O hoàn tất phát ngắt báo hiệu cho CPU c u D g Direct Memory Access (DMA) – Một khối liệu chuyển trực tiếp nhớ thiết bị I/O mà không cần qua CPU N – Thường sử dụng cho thiết bị I/O có tốc độ cao Storage structure Bộ nhớ (main memory): CPU truy cập trực tiếp ghi (registers) nhớ RAM n a u Bộ nhớ phụ (secondary storage): hệ thống lưu trữ thông tin bền vững (nonvolatile storage) Đóa từ (magnetic disks) c u h T – Bề mặt đóa chia thành rãnh (tracks), rãnh chia nhỏ thành cung từ (sectors) D g N – Cylinder: tập track tạo thành hình trụ – Disk controller: điều khiển trình giao tiếp CPU đóa 10 Cơ chế truy xuất đóa Thời gian định vị liệu positioning time (randomaccess time) bao gồm n a u – Seek time: thời gian di chuyển đầu đọc đến cylinder cần đọc – Rotational latency: thời gian tìm sector cần đọc liệu Transfer rate: tốc độ chuyển liệu đóa vaø CPU c u h T D g N 11 Phân cấp hệ thống lưu trữ Hệ thống lưu trữ phân cấp theo tiêu chuẩn – – – – Tốc độ (speed, access time) Dung lượng (capacity) Giá (cost) Độ bền vững liệu (volatility) – – – – – Giá thành giảm dần Dung lượng tăng dần Thời gian truy cập tăng dần Tần suất truy cập CPU giảm dần Chế độ lưu trữ bền vững (non-volatile) c u Hệ thống phân cấp từ xuống theo n a u h T D g N 12 Phân cấp hệ thống lưu trữ n a u c u h T D g N 13 Cô chế caching Caching: copy liệu vào thiết bị lưu trữ tốc độ cao Tại phải dùng nhớ cache – Tốc độ CPU nhớ khác – Khai thác nguyên lý “locality” n a u h T Cần có chiến lược quản lý nhớ cache thích hợp Trong chế caching, liệu lưu trữ nhiều nơi ® phải bảo đảm tính quán liệu (consistent): toán cache coherency c u D g N 14 Bảo vệ phần cứng Chức hệ điều hành kiểm tra toàn hệ thống Hệ điều hành cung cấp chức chia sẻ tài nguyên cho nhiều chương trình, phải có chế kiểm tra xử lý lỗi ứng với chương trình Các lỗi chương trình phần cứng phát thông báo cho hệ điều hành để định chấm dứt thông báo Bảo vệ phần cứng bao gồm chế bảo vệ CPU, Bộ nhớ, Thiết bị nhập xuất… n a u c u h T D g N 15 ... phần cứng Chức hệ điều hành kiểm tra toàn hệ thống Hệ điều hành cung cấp chức chia sẻ tài nguyên cho nhiều chương trình, phải có chế kiểm tra xử lý lỗi ứng với chương trình Các lỗi chương trình.. .Chương 0: Cấu trúc hệ thống máy tính n a u c u h T D g N Cô chế vận hành hệ thống Một hệ thống thông thường gồm CPU điều khiển thiết bị (BĐKTB - device controller) Các... Nếu có ngắt chờ, tạm ngưng lưu trạng thái chương trình thực thi (Program Check, Program Status Word, ghi liệu, ), chuyển qua thực thi trình điều khiển xử lý ngắt (interrupt handler) N I/O structure