HỆ điều HÀNH MS DOS

HỆ ĐIỀU HÀNH BỐ CỤC GỒM HAI PHẦN PHẦN 1: HỆ ĐIỀU HÀNH CHUNG Chương 1: Một số khái niệm Chương 2: Hệ thống tệp cài đặt Chương 3: Các thiết bị vào/ra Chương 4: Hệ điều hành quản lý nhớ PHẦN 2: HỆ ĐIỀU HÀNH MS-DOS Chương 1: Hệ điều hành MS-DOS quản lý hệ thống tệp Chương 2: Khái niệm ngắt, xử lý ngắt, ví dụ ngắt lập trình ngắt TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Andrew S Tanenbaum, Modern Operating System, Printice-Hall Inter., Inc.,1992 [2] Lê Ngọc Xuân, Hệ điều hành, Tủ sách Đại học Sư Phạm Vinh, 2000 [3] Quách Tuấn Ngọc, Đỗ Tiến Dũng, Nguyễn Quang KhảI, Ngôn ngữ lập trình Assembly máy vi this IBM-PC, T 1, (bản dịch), NXB Giáo Dục, 1995 [4] Ngô Trung Việt, MS C Turbo C, MS-DOS, hướng dẫn khai thác sử dụng, Viện khoa học Tính tốn Điều khiển, Hà NộI, 1988 Chương Các khái niệm HĐH 1.1 Chức năng, vị trí Hệ điều hành hệ thống Chức - Hệ điều hành phần mềm hệ thống đặc biệt có khả tự động đưa hệ thống máy tính vào trạng thái hoạt động Nếu hệ thống máy tính khơng có Hệ điều hành linh kiện điện điện tử kết nối với theo kiến trúc mà khơng sử dụng Nhưng hệ thống máy tính có Hệ điều hành trở thành hệ thống tính tốn, xử lý tổ chức lưu trữ thơng tin (dữ liệu) - Hệ điều hành cung cấp tập lệnh với giao diện thuận lợi để người sử dụng khai thác hệ thống máy tính có hiệu - Hệ điều hành quản lý toàn tài nguyên hệ thống (hệ thống tệp, thiết bị vào ra, thành phần khác hệ thống…) Phân tầng hệ thống Hệ thống máy tính phân thành tầng sau: - Sơ đồ phân tầng hệ thống Tầng ứng dụng (Applications) Tầng tiện ích (các biên dịch (Compiler), soạn thảo (Editor), thông dịch (Interpreter),…) Tầng Hệ điều hành Tầng ngơn ngữ máy Tầng vi chương trình Tầng thiết bị vật lý Hình 1.1 - Tầng vật lý (tầng 0): Chứa thiết bị vật lý bao gồm vỉ mạch, chíp, nguồn điện, mạch điện v v Tầng làm nhiệm vụ vận chuyển tín hiệu (dữ liệu) vào hệ thống - Tầng vi chương trình (tầng 01): Chứa vi chương trình sơ khai điều khiển trực tiếp thành phần vật lý tầng tạo giao diện với tầng (tầng 2) Các vi chương trình thường chứa ROM, thực chất dịch, nhận lệnh máy thực chúng theo bước - Tầng ngôn ngữ máy (tầng 2): Ngôn ngữ máy thường có 50-300 lệnh máy, số lệnh máy phụ thuộc vào kiến trúc máy tính Các lệnh máy chủ yếu dùng để di Chuyển liệu, thực phép toán số học, logic so sánh giá trị Tầng Hệ điều hành (tầng 3): Chức Hệ điều hành che kín phức tạp tầng dưới, tổ chức thực chương trình cung cấp tập lệnh giao diện để người sử dụng khai thác hệ thống - Tầng tiện ích (tầng 4): Tầng chứa tiện ích hỗ trợ người sử dụng khai thác hệ thống có hiệu Trên tầng chứa lệnh thông dịch, biên dịch, thơng dịch lớp chương trình ứng dụng độc lập, chương trình khơng phải phần hệ điều hành chúng máy tính sử dụng (như tiện ích) - Tầng chương trình ứng dụng (tầng 5): Tầng bao gồm chương trình ngườI sử dụng viết để giải vấn đề cụ thể mình, ví dụ như: xử lý số liệu kế tốn, thương mại, tính tốn kỹ thuật khoa học, trị chơi v v Hình 1.2 1.2 Các khái niệm hệ điều hành Tiến trình: Các tiến trình để thực chương trình Một ứng dụng thực máy tính, thơng thường hệ điều hành, thiết lập số tiến trình (hay tiến trình) Tiến trình thực chất chương trình thực gồm giá trị chương trình đếm, ghi, biến Có thể quan niệm tiến trình có vi xử lý (CPU) ảo riêng Tất nhiên thực tế CPU chuyển đổi qua lại (switch) tiến trình xem tập tiến trình thực song song Sự tiến lui, tiến tới CPU chương trình gọi đa chương Hệ điêuh hành quản lý tiến trình như: khởi tạo mới, hủy bỏ, dừng tiến trình Một tiến trình thực u cầu tiến trình khác (gọi tiến trình con), đến lượt tiến trình lại u cầu tiến trình khác v v, tập tiến trình có cấu trúc 2 Lời gọi hệ thống: Các chương trình người dùng kết nối với hệ thống (hệ điều hành) yêu cầu dịch vụ từ cách tạo lời gọi hệ thống Tương ứng với lời gọi hệ thống có thủ tục dịch vụ hệ điều hành mà lời gọi hệ thống người dùng gọi đến Thủ tục tiết lập tham số lời gọi hệ thống vào địa xác định (có thể ghi) sau dùng lệnh bẩy (trap instruction) để khởi động hệ điều hành Khi hệ điều hành nhân lệnh xem xét tham số kiểm tra sai thực yêu cầu (thể qua tham tham số) Khi công việc kết thúc hệ điều hành thiết lập lại mã trạng thái ghi thông báo thủ tục thực hay hủy bỏ trả lại điều khiển cho thủ tục thư viện từ lệnh bẩy Sau thủ tục thư viện trả điều khiển cho chương trình người dùng cách thơng thường, trả lại mã trạng thái lời gọi hàm Trong vài trường hợp giá trị bổ sung trả lại theo tham số Sơ đồ bước thực lời gọi hệ thống Hình 1.3 1.2 Cấu trúc hệ điều hành Cấu trúc khối Cấu trúc phân tầng Tốn tử (Operators) Chương trình người dùng (Uer’s Programs) Điều hành vào/ra (Input/Output Management) Kết nối xử lý toán tử (Operator-process Communications) Điều hành nhớ trống từ (Memory and Drump Management) Sơ đồ nhớ đa lập trình (Memory Allocation and Multiprogramming) Máy ảo Mơ hình máy ảo IBM (1979) VM/307 Lệnh Vào /ra Lệnh bẩy Hình 1-6   CMS CMS VM/370 370 Bare Hardware CMS Lơi gói hệ thống Lệnh bẩy Mơ hình khách/chủ (client/sever) Xu hướng xây dựng hệ điều hành chuyển mã (code) lên tầng cao để lại phần tối thiểu phần nhân Trong mô hình có hai loại  Mơ hình tập trung: tồn hệ thống có hệ điều hành máy chủ, máy khách kết nối với máy chủ để khai thác dịch vụ Mọi xử lý thông tin thực máy chủ Client Client Process Tenminal …… File Memory process process sever sever sever sever Kernel Client nhận dịc Vụ cách Thong báo Hình1-7  Mơ hình phân tán: Trên hệ thống có nhiều hệ điều hành, hệ điều hành khác kết nối với Các máy khách kết nối với máy chủ cần khai thác dịch vụ, xử lý thông tin máy hệ điều hành máy đảm nhận Khi khơng kết nói máy hệ thống làm việc độc lập PC1 PC2 PC3 PC4 …… Client Client File sever Process sever Hệ ĐH1 Hệ ĐH2 Hệ ĐH1 mạng Kernel Mạng máy tính Thơng báo từ máy khách đến máy chủ 1.4 Phân loại hệ điều hành Phân loại theo tính năng: Để phân loại theo tính xét mọt số khái niệm sau: Đơn chương: Hệ thống hỗ trợ người sử dụng thời điểm Đa chương: Hệ thống hỗ trợ niều nười sử dụng thời điểm Đơn nhiệm: Hệ thống hỡ trợ thực chương trình thời điểm Đa nhiệm: Tại thời điểm hệ thóng hỗ trợ thực niều chương trình Từ khái niệm phân phân lại cho hệ điều hành + Hệ điều hành đơn chương/đơn nhiệm + Hệ điều hành đơn chương/đa niệm + Hệ điều hành đa chương/đa nhiệm Phân loại theo xử lý thông tin + Hệ điều hành tập trung + Hệ điều hành phân tán 1.5 Các tính chất nguyên lý thiết kế hệ điều hành Các tính chất a) Độ tin cậy cao: Hệ thống phải hoạt động ổn định ln cho kết tình huống, nghĩa biết chắn HĐH cung cấp thông tin cho người sử dụng Để đảm bảo tính chất hệ điều hành phải thiết lập hệ thống giám sát (Monitor System), kiểm tra, đánh giá tính đắn xử lý liệu, trường hợp không xử lý HĐH thông báo lỗi, ngừng xử lý trao quyền cho người sử dụng b) Tính an tồn: Hệ thống phải đảm bảo cho liệu, chương trình khơng bị xóa bị thay đổi trường hợp chế độ hoạt động; phải có chế tự phục hồi số tình cụ thể (yêu cầu đặc biệt quan trọng hệ thống đa nhiệm) c) Tính hiệu quả: Đảm bảo tài nguyên hệ thống máy tính khai thác triệt để cho tài nguyên hạn chế giải vấn đề phức tạp Một yếu tố đảm bảo tính hiệu đồng hệ thống d) Tính tổng quát theo thời gian: Hệ điều hành phải có tính kế thừa đồng thời có khả thích nghi với thay đổi tương lai (tính mở) Tính kế thừa đảm bảo cho phiên phát triển HĐH tương thích với làm cho người sử dụng yên tâm khơng khó khăn chuyển từ phiên sang phiên khác Tính chất mặt tâm lý bảo vệ khách hàng điều kiện tiên cho HĐH tồn phát triển 1.5 Một số nuyên lý xây dựng HĐH Nguyên lý moodul: Các chức HĐH tổ chức dạng modul độc lập mặt xử lý Các modul trao đổi với thông qua việc dùng tham số hộp thư tĩnh (địa cố định) Quan hệ modul xác lập phân cấp kết nối thành hệ thống nhờ modul Ngun lý mở: Các modul thay bổ sung, sửa đổi dễ dàng không ảnh hưởng đến modul khác Các modul xây dựng theo nguyên tắc độc lập liệu Nguyên lý sinh: Hệ thống cho phép tạo phiên từ tập modul cách chọ lọc modul cần thiết nhờ chương trình cài đặt Chương trình cài đặt cung cấp đầy đủ thơng tin cho q trình cài đặt có hệ thống trợ giúp đầy đủ Nguyên lý giá trị chuẩn: Lời gọi modul, câu lệnh có nhiều tham số Việc nhớ hết tham số, ý nghĩa, qui cú pháp chúng gây khó khăn cho người dùng, hệ thống ln có tham số chuẩn (mặc định) tương ứng với trường hợp thường dùng bổ sung lời gọi modul câu lệnh thiếu tham số Nguyên lý Macro: Hệ thống cho phép xây dựng phiếu yêu cầu, liệt kê cơng việc cần thực tực cơng việc phiếu tự động tực chương trình Các HĐH suwqr dụng nguyên tắc đối thoại với người sử dụng, làm cho việc tiếp xúc giauwx hệ thống người dùng thêm linh hoạt Nguyên lý tương đối định vị: Các modul viết theo địa tương đối kể từ đầu nhớ Khi thực chúng định vị lại vùng nhớ cụ thể Nguyên lý cho phép HĐH sử dụng nhớ cách linh hoạt Các nguyên lý xây dựng HĐH (tiếp) Nguyên lý lặp chức năng: Mỗi công việc tực nhiều cách khác với tổ hợp modul khác Nguyên lý bảo đảm cho hệ thống ln sẵn sàng có độ an tồn cao tạo cho người dùng linh hoạt tiếp xúc với hệ thống Nguyên lý bảo vệ nhiều mức: Để dảm bảo an toàn hệ thống, liệu chương trình HĐH có chế bảo vệ niều mức Bảo vệ nhiều mức làm giảm rủi ro lỗi không cố ý gây nên Đối với tệp có mức bảo vệ: Miền (domain), Máy tính, đĩa từ, thư mục Chương Hệ thống tệp cài đặt hệ thống tệp 2.1 Mở đầu: - Hầu hết ứng dụng có nhu cầu lưu trữ liệu tìm lại cần thiết Trong tiến trình thực hiện, cần lưu trữ khối lượng liệu vào địa riêng Các ứng dụng khác có nhu cầu lưu trữ liệu với kích thước khác khả lưu trữ bị hạn chế bới khơng gian địa ảo Vì có ứng dụng có khơng gian lưu trữ phù hợp, có ứng dụng khơng phù hợp - Việc lưu thông tin không gian địa tiến trình, tiến trình kết thúc liệu bị Đối với ứng dụng sở liệu, thông tin (dữ liệu) cần phải lưu trữ hàng tuần, hàng tháng, hành năm tiến trình sử dụng liệu kết thúc liệu mất, máy gặp cố - Có thể nhiều tiến trình truy nhập vào mục liệu thời điểm (trong hệ thống phân tán, đa nhiệm/đa chương) Như có yêu cầu cần thiết cho việc lưu trữ thông tin (dữ liệu): Cần cung cấp khả lưu trữ khối lượng thông tin (dữ liệu) lớn Thông tin (dữ liệu) phải giữ lại kết thúc tiến trình sử dụng Bảo đảm đa tiến trinh truy nhập đồng thời vào mục liệu thời điểm Để giải yêu cầu HĐH cung cấp chế lưu trữ thông tin (dữ liệu) lên thiết bị nhớ theo đơn vị quản lý gọi tệp Sao cho tiến trình đọc tạo cần thiết Thông tin (dữ liệu) lưu trữ tệp phải vĩnh cửu không bị ảnh hưởng vào khởi tạo hay kết thúc tiến trình 2.2 Tệp Tệp chế trừu tượng, cung cấp phương tiện để lưu trữ thông tin (dữ liệu) lên thiết bị nhớ ngồi đọc lại cần thiết Tên tệp: - Tên tệp gồm hai thành phần: Tên đuôi tệp (phần mở rộng) Tên tệp dùng để định danh nhóm thơng tin lưu trữ thiết bị nhớ Qui tắc đặt tên tệp tùy theo hệ điều hành hệ điều hành khác qui tắc đặt tên kacs Đuôi tệp (phần mở rộng) nhiều phản ánh phần chất thông tin lưu trữ tệp, ví dụ txt tệp văn bản, pas tệp chương trình nguồn ngơn ngữ Pascal, doc tệp văn soan thảo ms-word v v Trong số trường hợp đuôi tệp mặc định số hệ thống phần mềm trình biên dịch ngơn ngữ Ngồi việc phản ánh mọt phần chất thông tin lưu trữ tệp tệp cịn giúp cho việc tìm kiếm nhanh hiệu Kiểu tệp: - Mỗi hệ điều hành hỗ trợ vài kiểu tệp, ví dụ UNIX MS-DOS có tệp qui, thư mục, tệp ký hiệu khối đặc biệt Các tệp qui tệp người dùng chứa thông tin người dùng Các HĐH quản lý thư mục tệp hệ thống dùng để bảo trì hệ thống tệp Các tệp ký hiệu khối đặc biệt có quan hệ với hệ thống thiết bị vào/ra, tệp mơ tả thiết bị trình điều khiển thiết bị Các tệp qui phổ biến loại tệp ASCII (tệp văn bản) tệp nhị phân, tệp có cấu trúc văn có Phân loại theo truy nhập: Theo phương hức truy nhập vào tệp người ta chia tệp thành loại: Các tệp truy nhập tệp muốn truy nhập vào phần tử phải truy nhập qua phần tử trước (các tệp tổ chức lưu trữ thiết bị băng từ) Các loại tệp trực truy (truy nhập ngẫu nhiên) tệp cho phép truy nhập vào phần tử tệp thời điểm (lưu trữ đĩa từ) Thuộc tính tệp: - Để quản lý hệ thống tệp tốt HĐH việc lưu trữ liệu tổ chức lưu trữ thêm số thơng tin (các thuộc tính-attributes) giúp cho việc quản lý tệp xác có hiệu quả, ví dụ như: ngày tháng, time cập nhật cuối cùng, kích thước tệp, cờ ẩn, đọc v v Tên thuộc tính Ý nghĩa Bảo vệ (Protection) Qui định quyền cách truy nhập Mật (Password) Truy nhập theo mật Bản quyền (owner) Quyền dùng riêng Cờ đọc (read only) bit set tệp đọc, bit set tệp bình thường Cờ ẩn (Hidden) bit set tệp ẩn, bit set tệp bình thường Cờ hệ thống (system) bit set tệp hệ thống, bit set tệp bình thường Nhãn đĩa (volume label) bit set cho tệp có nhãn đĩa, cịn không bit set Cờ thư mục (directory) bit set thư mục, bit set tệp Cờ lưu trữ (archive) bit set tệp lưu trữ (mặc định) Cờ ASCII/Nhị phân bit set tệp nhị phân, bit set tệp văn Cờ truy nhập ngẫu nhiên bit set tệp truy nhập ngẫu nhiên, bit set tệp Cờ lưu trữ tạm thời bit set tệp tạm xóa, bit set tệp bình thường Cờ khóa bit set tệp khơng khóa, bit set khác tệp khóa Độ dài ghi Số bytes ghi Khóa độ dời Độ dời khóa ghi Độ dài khóa số bytes trường khóa Time, Date Kích thước thời Kích thước thời tệp Kích thước tối đa cảu têp Kích thước tối đa tệp (bytes) Địa khối liệu tệp Kích thước tối đa tệp Tất thuộc tính tệp lưu đầu tệp (header) Thư mục Thư mục hệ điều hành quản lý tệp hệ thống Nội dung thư mục thông tin (dữ liệu) lưu trữ phần tử đầu vào tệp Cấu trúc thư mục giúp cho việc tổ chức lưu trữ tệp tối ưu có hiệu quả: Nhóm tệp có quan hệ vào thư mục, tìm kiếm nhanh, số tệp nhiều thư mục HĐH không quản lý - Tên thư mục: Mỗi thư mục có tên, qui tắc đặt tên đặt tên tệp Thư mục tổ chức phân cấp cha/con - Đường dẫn: Đường dẫn tuyệt đối đường dẫn tương đối 2.3 Cài đặt hệ thống tệp Tổ chức lưu trữ tệp chức quan trọng HĐH, chìa khóa việc tổ chức lưu trữ làm để giữ vết (địa chỉ) khối liệu tệp thiết bị lưu trữ Có nhiều phương pháp khác để tổ chức lưu trữ tệp Phương pháp lưu trữ liền nhau: Danh sách liên kết: Bảng số: Để khắc phục nhược điểm hai phương pháp sử dụng phương pháp bảng số - Cấu trúc: Mỗi đơn vị đọc ghi ổ đĩa quản lý đầu vào bảng Như số phần tử bảng số đơn vị đọc ghi đĩa (nói cách khác mối khối đọc ghi đĩa có tương ứng 1-1 đại diện bảng 000… 0100 - Nội dung phần tử bảng: Mỗi phần tử bảng chứa địa khối liệu tệp địa khối liệu củ tệp tạo thành liên kết (mắt 000… 0110 xich-chain) bảng Dựa vào mắt xích hệ thống truy nhập vào hệ thống tệp 000….0111 Ví dụ: Giả sử đĩa từ có 15 khối đọc ghi địc 000… 1001 hóa (chỉ số) từ 0-15.Giả sử khối liệu tệp A lưu khối 2, 4, 6, 7, Khi mắt xích khối EOF(A) liệu tệp A hình thành tron bảng số hình 2-8 15 8 10 11 12 13 14 15 Tệp A Mắt xích tệp A 4.I-nút (I-node): Đại khối liệu tệp lưu bảng nhỏ I-nút (giống bảng số) danh sách thuộc tính Các đia khối liệu chứa I-nút cho tệp nhỏ, mà thông ti cần thiết chứa hết I-nút chúng nạp vào nhớ mở tệp Nếu tệp có kích thước lớn, địa I-nút địa khối đĩa từ gọi khối đơn trực tiếp Các khối đơn chứa địa khối liệu chứa chưa hết I-nút Nếu tệp lớn địa khối liệu chưa chứa đủ địa khác i-nút, gọi khối đôi trực tiếp, chứa địa khối, chứa danh sách khối đơn Mỗi mọt khối đơn tực tiếp chứa vài trăm khối liệu tệp Nếu tệp lớn sử dụng cấu trúc khối ba trực tiếp Hệ điwwù hành UNIX dùng phương pháp để cài đặt tệp Xem minh họa hình 2-9 Khối đơn trực tiếp Khối đúp trực tiếp Địa đĩa Sự an toàn hệ thống tệp Khối ba trực tiếp Sự an toàn hệ thống tệp yêu cầu cao hệ thống Nếu hệ thống tệp bị phá hoại gây tai họa lớn bị hỏng phần cứng Đối với người quản ký hệ thống chương trình, tài liệu, sở liệu ngân hàng, kho bạc, kế tốn, liệu bị phá hoại họ thảm họa Để bảo đảm an toàn hệ thống tệp xét số phương pháp sau: a) Quản lý khối hỏng: Trên ổ đĩa thường có khối hỏng, khơng quản lý khối hỏng nười sử dụng vơ tình làm liệu ghi liệu vào khối hỏng Có hai phương pháp mà hệ thống kiểm sốt khố hỏng: phần cứng phần mềm Bằng phần cứng điều khiển đĩa khởi tạo lần kiểm tra ánh xạ chúng sang danh sách khối hỏng Từ sau khối hỏng vĩnh viện không sử dụng để lưu liệu Bằng phần mềm, hệ thống có tiện ích để kiểm sốt khối hỏng, ví dụ chương trình scan HĐH Windows, tiện ích hệ thống tự khởi động nười dùng yêu cầu thấy cần thiết b) Sao lưu: Một biện pháp có hiệu lưu liệu hệ thống Tùy mức độ quan trọng mà nười quản lý hệ thống định chu kỳ lưu Sao lưu phải nhiều bản, lưu giữ nơi khác c) Kiểm sốt tương thích hệ thống tệp: Hầu hết tệp hệ thống sử dụng cách đọc khối, sửa đổi chúng sau ghi lại Nếu hệ thống bị hỏng trước khối bị sửa đổi gi vào tệp, hệ thống có tể gặp trạng thái khơng tương thích Liên quan đến tương thích hệ thống tệp hầu hết HĐH có trình tiện ích để kiểm tra tương thích Các tiện ích thực hệ thống khởi động, hoặc, thoog thường sau hệ thống bị cố Tiện ích gồm hai bảng đếm cho khối đọc/ghi đĩa: Bộ đếm ghi số lần khối liệu xuất tệp, đếm thứ hai đếm số lần khối xuất danh sách tự do, khởi tạo ban đầu hai đếm khơng Nếu hệ thống tệp tương thích, khối xuất lần đếm thứ đếm thứ hai Các trường hợp khơng tương thích co thể xẩy ra: Một khối xuất hai bảng đếm, trường hợp khối Sự khối thực tế khơng có hại làm giảm khả lưu trữ ổ đĩa Giải trường hợp thêm chúng vào danh sách khối tự Trường hợp thứ hai, khối xuất hai lần bảng đếm thứ hai, xây dựng lại đếm thứ hai Trường hợp thứ ba, khối xuất nhiều tệp (dính tệp) Để giải vấn đề thêm vào khối tự chèn thêm vào cho tệp bị dính d) d) Hiệu hệ thống tệp: Hiệu hệ thống tệp quan tâm trình tổ chức lưu trữ hệ thống tệp Truy nhập đĩa có tốc độ chậm nhiều so với truy nhập nhớ Vì hệ thống thiết kế cho giảm thiểu thời gian truy ập tệp đĩa Kỹ thuật chung sử dụng để làm giảm thời gian truy nhập đĩa kỹ thuật tạo vùng đệm (buffer) Cache đĩa đọc tệp vào hệ thống 2.4 Bảo vệ (protection), bảo mật (security) thông tin Bảo vệ bảo mật thơng tin u cầu từ phía người sử dụng Bảo vệ (protection): Bảo vệ chế từ bên hệ thống dùng để bảo vệ liệu hệ thống Các chế bảo vệ thường thực thông qua: thông 10 báo lỗi (error messages), hiển thị câu cảnh báo (Warning messages) thực mặc định No Các chế bảo vệ hệ thống thực không phụ thuộc vào người sử dụng, môi trường cụ thể Bảo mật (security): Bảo mật chế hệ thống cho phép người sử dụng chống truy nhập bất hợp pháp vào hệ thống hệ thống tệp Cơ chế bảo mật thực hay không phụ thuộc vào người sử dụng Hệ thống cho phép người sử dụng thực bảo mật phần tự phát triển sử dụng công cụ cung cấp hệ thống Chương Các thiết bị vao/ra 3.1 Mở đầu: Một chức hệ điều hành điều quản lý toàn hệ thống thiết bị vào máy tính Hệ điều hành nhận bắt lệnh từ người sử dụng, chuyển lệnh đến thiết bị, đón bắt ngắt xử lý số lỗi Hệ điều hành cung cấp giao diện đơn giản dễ sử dụng thiết bị đầu cuối hệ thống Hầu hết ứng dụng có nhu cầu chuyển liệu vào hệ thống để xử lý đồng thời chiết xuất thông tin xử lý hệ thống nhờ hệ thống thiết bị vào/ra Như thiết bị vao/ra phương tiện để thực chuyển liệu vào/ra hệ thống máy tính 3.2 Các nguyên tắc phần cứng vao/ra: Theo quan điểm người sử dụng đối tượng xem phần cứng vào/ra với góc độ khác nhau: Các kỹ sư điện tử phần cứng thiết bị vào/ra chip, mạch điện, nguồn, motow v v Đối với người lập trình quan tâm đến giao diện, lệnh để phần cứng tiếp nhận, khuôn dạng liệu thực vào/ra, chức lỗi thông báo Phân loại thiết bị vào/ra: Để phân loại thiết bị vào/ra người ta dựa vào khuôn dạng liệu mà thiết bị thực vào/ra với hệ thống Các thiết bị vào/ra chia thành hai loại chủ yếu: Các thiết bị khối thiết bị ký tự a) Các thiết bị khối: Các thiết bị khối thiết bị tực vào/ra hệ thống theo khối liệu, khối có kích thước cố định, có địa Kích thước khối thiết bị, ngược lại thiết bị khác chúng thực vào/ra theo khối liệu có kích thước khác Nói chung khối thường có kích thước từ 128-1024 bytes Các thiết bị khối đọc/ghi liệu theo khối q trình xử lý thực tìm kiếm, lựa chọn Ví dụ: đĩa từ, card mạng (NIC) b) Các thiết bị ký tự: Các thiết bị thiết bị thực vào/ra với hệ thống theo dãy ký tự gối Các dãy ký tự khơng địa hóa xử lý khơng thể tìm kiếm lựa chọn Ví dụ: Màn hình, máy in Đĩa từ Máy in …… CPU Bố nhớ Bố điều Kiển đĩa Bố điểu kiệnMáy in 11 Bố điều kiển thiết bị Đơn bus Hình 3-1 Mơ hình kết nối CPU, RAM điều khiển thiết bị Bộ điều khiển thiết bị (driver, device controller): Mỗi thiết bị vào/ra có điều khiển thiết bị Mỗi điều khiển điều khiển vài thiết bị tương thích, nhiên thiết bị hai hãng sản xuất khác phải có hai điều khiển khác (bộ điều khiển hãng sản xuất phát triển) Hiện hệ điều hành thường tích hợp nhiều điều khiển thiết bị, số thiết bị cần cắm vào máy tính, HĐH tự nhận diện chọn cho thiết bị điều khiển tương thích (hệ thống Plug and Play) Trong đa số trường hợp điều khiển phải cài đặt a) Chức điều khiển thiết bị: Chức điều khiển thiết bị la điều khiển tồn thiết bị đó, biến đổi dòng bits lien thiếp thành khối bytes, kiểm tra thực sử đổi số lỗi trình thực vào b) Sự phối hợp HĐH, CPU điều khiển thiết bị vào ra: Hê điều hành thực vao/ra cách ghi lệnh vào ghi thiết bị (có tham số) sau bẩy CPU nhận lệnh, CPU sau nhân lệnh, CPU trao quyền điều khiển cho điều khiển thiết bi CPU rời khỏi thiết bị (CPU rỗi) Khi lệnh hoàn thành điều khiển phát tín hiệu ngắt HĐH kích hoạt CPU kiểm tra kết thiết lập trạng thái ghi thiết bị c) Truy nhập nhớ trực tiếp (kỹ thuật DMA-Direct Memory Access): Một số điều khiển, đặc biệt thiết bị khối hỗ trợ kỹ thuật truy nhập nhớ trực tiếp-DMA Cơng nghệ DMA nhằm mục đích tăng hiệu hệ thống cách giảm thơi gian truy nhập bậc thấp với tốc độ chậm thiết bị vào/ra (đặc biệt thiết bị khối) nhằm giải phóng thời gian cho CPU Để làm rõ tác dụng DMA xét trình đọc liệu từ đĩa từ điều khiển đĩa khơng có hỗ trợ cua DMA có hỗ trợ DMA d) Quá trình đọc liệu từ đĩa từ khơng có DMA Đầu tiên điều khiển đĩa đọc khối (có kích thước lớn cung) từ đĩa từ bit theo bit liên tiếp chuyển vào vùng đệm điều khiển Sau khối liệu đọc hết vào vùng đệm, điều khiển tiến hành kiểm tra, tính tốn sử số lỗi (nếu có) Tiếp đến điều khiển phát ngắt yêu cầu HĐH chuyển khối bytes từ vùng đệm vào nhớ địa chỉ định CPU Khi từ (word) chuyển vào nhớ, ghi đếm tăng số bytes chuyển Quá trình lặp lại số ghi đếm (count) số bytes cần đọc, điều khiển kích HĐH, HĐH kích CPU kiểm tra kết Như trình đọc đĩa làm thời gian CPU tham gia đánh địa nhớ DMA phát triển để giải phóng CPU khỏi cơng việc RAM CPU Bộ điều kiện đĩa Count 12 Đĩa từ Buffer Thanh ghi Đếm count System Bus Hình 3-2 Sơ đồ kết nối khơng có DMA c) Q trình đọc liệu từ đĩa từ có DMA: Khi có DMA, điều khiển có thêm ghi địa (chip DMA) dùng để lưu địa đầu vùng nhớ cấp phát, xem sơ đồ hình 3-3 ghi đếm (count) chứa số bytes cần đọc Đầu tiên điều khiển đĩa đọc khối (có kích thước lớn cung) từ đĩa từ bit theo bit liên tiếp chuyển vào vùng đệm điều khiển Sau khối liệu đọc hết vào vùng đệm, điều khiển tiến hành kiểm tra, tính tốn sử số lỗi (nếu có) Tiếp đến điều khiển phát ngắt yêu cầu HĐH chuyển khối bytes từ vùng đệm vào nhớ địa chỉ định ghi địa DMA Khi từ (word) chuyển vào nhớ, ghi giảm số bytes chuyển ghi địa tự tăng lên Quá trình lặp lại số ghi đếm khơng, điều khiển kích HĐH, HĐH kích CPU kiểm tra kết Như có DMA CPU đánh địa nhớ mà giải phóng hồn tồn q trình đọc đĩa Bộ điều kiển đĩa RAM CPU Đĩa từ Buffer Count Thanh ghi đếm Thành ghi đĩa Chương Hệ điều hành quản lý nhớ 4.1 Mở đầu: Bộ nhớ tài nguyên quan trọng cần tổ chức quản lý cách thận trọng có hiệu Bộ nhớ tài ngun mà khơng có khơng thể thực 13 chương trình Trên thực tế thời điểm nhớ không trực tiếp tham gia vào việc thực chương trình, mà nơi lưu trữ tạm thời liệu chương trình để chờ xử lý Tuy nhiên kích thước nhớ lớn tốc độ thực chương trình cải thiện Trên thực tế chương trình lưu nhớ ngồi, có kích thước lớn kích thước nhớ vật lý thực máy tính, ln ln sẵn sàng chờ cấp phát không gian nhớ vật lý thực Khi kích thước chương trình lớn kích thước nhớ vật lý, tồn nhiều kỹ thuật khác cho phép sử dụng phần không gian nhớ mổ rộng nhớ trong, tạo cảm giác có nhớ có kích thước lớn nhiều kích thước nhớ vật lý thực Sự tồn tài nguyên ảo làm cho việc lập trình trở nên đơn giản dễ dàng người sử dụng viết chương trình khơng cần phải lo tính tốn khối lượng nhớ cần sử dụng cho chương trình thực Một phần nhớ phải giành để lưu trữ nhân HĐH, tập chương trình điều khiển phải thường trú nhớ để thực yêu cầu cấp bách (các thủ tục bậc thấp điều khiển vao/ra, bảng vectơ ngắt, thủ tục thư viện bậc thấp khác v…v.) 4.2 Các phép ánh xạ nhớ cấu trúc modul chương trình Các phép ánh xạ nhớ: Phần lớn chương trình viết ngôn ngữ bậc cao (ngôn ngữ giải thuật), muốn thực phải dịch sang ngôn ngữ thực hệ thống (ngôn ngữ máy) Sơ đồ chuyển dịch minh họa hình 4-1 Chương rình Nguồn Chươngtrình Dịch Địch Bộ nhớ RAM Modul tải Liết kê HDH Nhâp vào RAM Các phép ánh xạ có quan hệ đến HĐH: -Trước tiên hệ thống phải chuyển đổi tên (tên biến tên hằng…) thành tên Hay nói cách khác thực ánh xạ tên vào tên Từ tên hệ thống cấp phát nhớ logic thiết lập mối quan hệ đơn trị tên-địa Bọ nhớ logic nhớ chưa gắn với chưa gắn với nhớ vật lý cụ thể Các phép tính thay mã lệnh máy Như modul đích modul ngơn ngữ máy, xét độc lập khơng nhúng vào quan hệ chung tồn hệ thống quan hệ modul chương trình -Sự khác biệt ngơn ngữ khơng để lại dấu vết modul đích, có khơng đáng kể Chính việc kết nối (link) modul thành chương trình hồn thiện thực theo nguyên tắc chung chương trình đảm nhận gọi trình biên tập Trinh biên tập tìm tất modul kể modul liên kết từ thư viện, lắp ráp chúng lại với nhau, cung cấp địa cho biến ngồi modul có sử dụng, tạo thành chương trình hồn thiện có khả tự thực -Nạp chương trình vào nhớ vật lý cụ thể thực – phép định vị chương trình 14 -Xác định kích thước chương trình: Nếu co ràng buộc kích thước từ đầu (lập trình nhớ thực) trình biên tập phải xác định kích thước chương trình khơng vượt q kích thước nhớ vật lý thực Nếu khơng có ràng buộc về kích thước nhớ logic (lập trình tương đối-lập trình ảo) trình biên tập phải xác định thời điểm nạp vào nhớ vật lý thực modul Các cấu trúc modul chương trình: a) Cấu trúc tuyến tính b) Cấu trúc động c) Cấu trúc overlay d) Bộ nhớ ảo (virtual memory): Những năm trước người ta thường đối mặt với vấn đề kích thước chương trình lớn kích thước nhớ máy tính làm để thực chương trình? Giải pháp thường dùng chia nhỏ chương trình thành modul kích thước nhỏ gọi phương pháp overlay Trong sơ đồ overlay lưu đĩa từ việc chuyển đổi vào/ra nhớ modul thực hệ điều hành Mặc dầu việc chuyển đổi vào/ra nhớ HĐH đảm nhận việc chia nhỏ chương trình người lập trình đảm nhận gặp khó khăn khơng phải thực Vì phương pháp overlay tồn không lâu người ta đưa phương pháp nhớ ảo giao toàn việc thực chương trình cho hệ thống Kỹ thuật nhớ ảo Fortheringham đưa năm 1961 Ý tưởng kỹ thuật tổ hợp kích thước chương trình, liệu, stack vượt q dung lượng nhớ vật lý thực máy tính HĐH lưu giữ thành phần cần thiết cho việc thực chương trình nhớ, phần cịn lại lưu đĩa từ Các phần chương trình luân phiên chuyển đổi vào/ra nhớ cần thiết Bộ nhớ ảo (không gian ảo) gồm địa ảo (địa logic) chương trình sản sinh sau biên dịch Khi thực hiên địa ảo ánh xạ vào địa vật lý nhớ Để hiểu HĐH thực ánh xạ xét khái niệm sau: - Phân trang: Hầu hết hệ thống nhớ ảo sử dụng kỹ thuật phân trang Không gian địa ảo phân thành trang (pages) Các trang có kích thước hệ thống, hệ thống khác kích thước trang khác Khi địa ảo có cấu trúc gồm hai phần: bit cao dùng để biểu diễn số hiệu (địa chỉ) trang, bit thấp dùng để biểu diễn địc dời (offset) trang Ví dụ giả sử có nhớ ảo 64kb phân trang trang có kích thước 4kb, địa ảo có cấu trúc: bits cao bit để biểu diễn 16 trang (0-15); bit thấp biểu diễn địa dời trang 12 ( ) Địa ảo địa 16 bit ( ).Vậy cấu trúc địa ảo có dạng: 0000 0000 0000 0000 Khi hệ thống máy tính khơng có kỹ thuật nhớ ảo, địc ảo đặt trực tiếp lên bus nhớ (bus địa chỉ) để thiết lập nên (ánh xạ sang) địa vật lý nhớ vật lý thực thực chương trình Khi có kỹ thuật nhớ ảo địa ảo không đặt trực tiếp lên bus nhớ mà chúng CPU chuyển đến đơn vị điều hành nhớ MMU (Memory Management Unit)-gồm một tổ hợp chip, MMU ánh xạ địa ảo vào địa vật lý thực theo ánh xạ dược thiết lập thời điểm Xem hình 4-4.27 CPU Card CPU gửi địa ảo tới 15 MMU RAM Bộ ĐK Đĩa MMU ánh xạ địa ảo vào nhớ Hình 4-4 vị trí chức MMU - Khung trang (page frame): Bộ nhớ vật lý thực phân thành khung trang, kích thước khung trang kích thước trang ảo Như địa vật lý có cấu trúc hai thành phần: bít cao dùng để biểu diễn số hiệu (địa chỉ) khung trang, bit cao dùng để biểu diễn địa dời (offset) khung trang Ví dụ nhớ vật lý 32kb chia thành khung trang 4kb cấu trúc địa vật lý: có bit cao biểu diễn khung trang (0-7); có 12 bit cao để biểu diễn hết địa dời khung trang ( ) Địa vật lý địa 15 bits () Vậy địa vật lý có dạng: 000 0000 0000 0000 - Bảng trang (page table): Cấu trúc bảng trang: Mỗi trang ảo quản lý đầu vào bảng trang Như số phần tử bảng trang số trang ảo chúng thiết lập ánh xạ 1-1 Nội dung phần tử bảng trang: Mỗi phần tử bảng trang có hai phần: bit cao dùng để biểu diễn số hiệu khung trang mà trang ảo tương ứng ánh xạ vào; có bit thấp gọi bit có/khơng dùng để đánh dấu trang ảo tương ứng thời ánh xạ hay chưa, bit = trang ảo tương ứng ánh xạ, ngược lại bit = trang ảo tương ứng chưa ánh xạ - Thực ánh xạ: Khi ánh xạ thiết lập ánh xạ trang ảo vào khung trang (các địa ảo trang ánh xạ thành địa vật lý khung trang tương ứng) địa ảo CPU phát chuyển đến MMU, dựa vào trạng thái bảng trang, địa ảo trang chuyển thành địa vật lý khung trang tương ứng cách: MMU xét trang ánh xạ vào khung trang thay bit cao địa ảo bit biểu diễn khung trang tương ứng mà trang ảo ánh xạ vào, bit biểu diễn địa dời để nguyên (giữ nguyên địa offsets) Cứ địa ảo ánh xạ thành địa vật lý, hình 4-6 Ví dụ: Giả sử có nhớ ảo kích thước 64 kb chia thành trang ảo có kích thước kb Kích thước nhớ vật lý 32 kb Giả sử thiết lập ánh xạ hình 4-5 MMU thực ánh xạ địa ảo nhớ ảo sang nhớ vật lý, hình 4-6 Với giả thiết có: - Cấu trúc địa ảo: + Địa ảo địa 16 bits ( ) + Số bit cao: bits biểu diễn 16 trang ảo (0-15) + Số bits thấp: 16-4=12 bits (hoặc ) 16 + Vậy địa ảo có cấu trúc dạng: 0000 0000 0000 0000 - Cấu trúc địa vật lý: + Địa vật lý địa 15 bits ( ) + Số bits cao: bits biểu diễn khung trang (0-7) + Số bits thấp: 15-3=12 bits (hoặc ) + Vậy địa vật lý có cấu trúc dạng: 000 0000 0000 0000 - Cấu trúc bảng trang: + Số phần tử bảng trang 16 có 16 trang ảo + Kích thước: Kích thước bit bao gồm có bits cao biểu diễn hết khung trang; bit có/khơng, xem hình 4-6 Bộ nhớ ảo 0448812 K 12 16 K -20 K -24 16 -28 20 -32 K 24 -36 K 28 -40 K 32 -44 K 36 -48 K 40 -52 K 44 -56 K 48 -60 K 52 -K 56 -K 60 K 64 K K Bộ vật lý 044881 K K 222 621 022 K 462802 K 43 K K K K x x x x x x x x Khung trang Trang ảo Hình 4-5 Ánh xạ trang ảo vào khung trang Trạng thái bảng trang thiết lập ánh xạ, hình 4-5 CPU phát địa ảo Trang ảo ánh xạ Vào khung Trang 6(110) 110 17 Địa vất lý 24580 Hình 4-6 MMU thực ánh xạ địa ảo từ nhớ ảo sang địa vật lý PHẦN HỆ ĐiỀU HÀNH MS-DOS Chương Hệ điều hành MS-DOS quản lý hệ thống tệp 1.1 Mở đầu: Hệ điều hành MS-DOS sản phẩm hãng Microsoft, phiên DOS thức cơng bố tháng năm 1981, sau DOS khơng ngừng phát triển cải tiến Các phiên khác MS-DOS bảng 1-1 Phiên Tháng/n Đĩa mềm Chức ăm 1.0 8/1981 160 KB CP/M tương thích, hỗ trợ thư mục 1.1 10/1982 320 KB Giống 1.0 2.0 3/1983 360 KB Hỗ trợ đĩa cứng, UNIX 2.1 11/1983 360 KB Giao diện với PC Jr 2.11 3/1984 360 KB Hỗ trợ cho người dùng toàn giới 3.0 8/1984 1.2 MB Hỗ trợ PC/AT 3.1 11/1984 1.2 MB Hỗ trợ mạng 3.2 1/1986 720 KB Đĩa mềm 3.5 inch, IBM tokenring 3.3 4/1987 1.44 MB Tương thích PS/2 4.0 7/1988 1.44 MB Hỗ trỡ đĩa cứng 32 MB trở lên, DOS shell 5.0 4/1991 2.88 MB Hỗ trỡ quản lý nhớ mở rộng 1.2 Cấu trúc vật lý đĩa từ: Các loại đĩa từ (cả đĩa cứng đĩa mềm) dựa vào tượng từ hóa để lưu trữ liệu Đầu đọc/ghi từ hóa phần từ cực nhỏ bề mặt ổ đĩa qua phần tử từ Mỗi đĩa từ có cấu trúc vật lý cấu trúc logic Sau xét cấu trúc vật lý hình thành đĩa từ để tổ chức lưu trữ tệp 18 Rãnh (Track): Các phần tử từ phân bố rãnh, rãnh đường tròn Mỗi mặt đĩa chia thành rãnh theo đường tròn đồng tâm Rãnh đánh địa vật lý kế từ ngồi vào Hình 1-2 Track Track Track Hình 1-2 Mặt (Side): Các đĩa mềm thường có hai mặt, đánh số vật lý mặt mặt Đối với đĩa cứng khái niệm mặt tương ứng đầu đọc/ghi (header) đầu đọc/ghi quản lý mặt đĩa cứng (cấu trúc đĩa cứng chồng đĩa mềm hai mặt đồng tâm) Đầu đọc/ghi đánh số vật lý kể từ Mỗi đĩa cứng có tối đa 255 đầu đọc/ghi Trụ (Cylinder): Một cặp rãnh đối xứng hai mặt đĩa mềm gọi trụ Đối với đĩa cứng tập rãnh tạo thành trụ 0, tập rãnh tạo thành trụ v v Như trụ hợp rãnh đồng tâm có bán kính trụ đánh số vật lý từ vào Hình 1-3 Đầu đọc/ghi Trụ Đầu đọc/ghi Trụ Hình 1-3 Cấu trúc đĩa cứng Cung (Sector): Mặc dầu đọc/ghi liệu theo rãnh đĩa (từ 8-12 KB), thực tế điều khiển không quản lý đọc/ghi liệu theo rãnh kích thức q lớn Các điều khiển đĩa đọc/ghi lần phân đoạn rãnh Một phân đoạn gọi cung (sector), số byte cung phụ thuộc vào phần cứng điều khiển đĩa hệ điều hành Thông thường kích thước cung là: 128, 256, 512 1024 bytes Đối với MS-DOS kích thước cung 512 bytes 19 rãnh có cung tất loại đĩa Cung đánh số vật lý (địa vật lý) kể từ khơng theo ngun tắc mặt, rãnh từ ngồi vào Quá trình đánh địa (ghi vào đầu cung) thực format bậc thấp ổ đĩa Địa vật lý cung đĩa ba (Mặt, rãnh, số hiệu cung) đĩa mềm, đĩa cứng ba (Đầu đọc/ghi, Trụ, số hiệu cung) Format vật lý (format cấp thấp): Quá trình ghi địa cung số thông tin khác vào đầu cung gọi format vật lý đĩa từ Format vật lý thực điều khiển đĩa, khơng phải dịch vụ hệ điều hành Format vật lý thực trước đưa vào sử dụng Thông thường format vật lý thực qua dịch vụ BIOS 1.3 Các cấu trúc logic Mỗi hệ điều hành tự tạo cho vài cấu trúc logic đĩa giúp cho việc quản lý ổ đĩa nhanh chóng xác Các cấu trúc logic hình thành trình format logic (format bậc cao) ổ đĩa Hay nói cách khác format logic ổ đĩa trình HĐH khởi tạo cấu trúc logic đĩa 20 ... cho hệ điều hành + Hệ điều hành đơn chương/đơn nhiệm + Hệ điều hành đơn chương/đa niệm + Hệ điều hành đa chương/đa nhiệm Phân loại theo xử lý thông tin + Hệ điều hành tập trung + Hệ điều hành. .. vật lý PHẦN HỆ ĐiỀU HÀNH MS- DOS Chương Hệ điều hành MS- DOS quản lý hệ thống tệp 1.1 Mở đầu: Hệ điều hành MS- DOS sản phẩm hãng Microsoft, phiên DOS thức cơng bố tháng năm 1981, sau DOS khơng ngừng... Trên hệ thống có nhiều hệ điều hành, hệ điều hành khác kết nối với Các máy khách kết nối với máy chủ cần khai thác dịch vụ, xử lý thông tin máy hệ điều hành máy đảm nhận Khi khơng kết nói máy hệ