tài liệu hướng dẫn thực hành môn hệ điều hành lab 6
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN o Tài liệu hướng dẫn thực hành HỆ ĐIỀU HÀNH Biên soạn: ThS Phan Đình Duy ThS Nguyễn Thanh Thiện KS Trần Đại Dương KS Trần Hoàng Lộc LƯU HÀNH NỘI BỘ Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 09/2014 MỤC LỤC BÀI QUẢN LÝ BỘ NHỚ 6.1 Mục tiêu 6.2 Nội dung thực hành 6.3 Sinh viên chuẩn bị 6.4 Hướng dẫn thực hành 6.5 Bài tập ôn tập NỘI QUY THỰC HÀNH Sinh viên tham dự đầy đủ buổi thực hành theo quy định giảng viên hướng dẫn (GVHD) (6 buổi với lớp thực hành cách tuần 10 buổi với lớp thực hành liên tục) Sinh viên phải chuẩn bị nội dung phần “Sinh viên viên chuẩn bị” trước đến lớp GVHD kiểm tra chuẩn bị sinh viên 15 phút đầu buổi học (nếu khơng có chuẩn bị sinh viên bị tính vắng buổi thực hành đó) Sinh viên làm tập ơn tập để cộng điểm thực hành, tập ôn tập GVHD kiểm tra sinh viên có yêu cầu buổi học liền sau thực hành Điểm cộng tối đa không điểm cho thực hành Bài QUẢN LÝ BỘ NHỚ 6.1 Mục tiêu Sinh viên nắm rõ quản lý nhớ, hiểu trường hợp lỗi trang giải thuật thay trang Đánh giá ưu nhược điểm giải thuật thay trang Viết chương trình mơ giải thuật thay trang ngôn ngữ C môi trường Linux 6.2 Nội dung thực hành Áp dụng giải thuật FIFO, OPT, LRU để xử lý lỗi trang thực thay trang Đánh giá mức độ hiệu giải thuật 6.3 Sinh viên chuẩn bị 6.3.1 Các loại nhớ Có 03 loại nhớ chính: Cache: gọi nhớ đệm, nằm CPU nhớ RAM Bộ nhớ đệm thường tích hợp trực tiếp lên chip, xử lý tốc độ truy xuất cache nhanh nhiều lần so với RAM, nhiên chi phí để sản xuất cache đắt nên nhớ cache thường có dung lượng thấp (3M, 6M, 8M) RAM: nhớ chính, process chạy nạp/cấp phát vùng nhớ RAM Khi thực thi lệnh, CPU nạp/lưu giá trị tính tốn từ/lên RAM CPU truy xuất lên RAM thông qua đường bus liệu, tốc độ truy xuất không cache, nhiên giá thành sản xuất lại rẻ Hiện tại, dung lượng RAM phổ biến máy tính phổ thơng từ 2GB – 8GB, ngồi máy trạm, dung lượng RAM lên đến 32GB Disk: gọi ổ cứng, nhớ dùng để lưu trữ liệu phần mềm hệ điều hành Chi phí sản xuất ổ cứng tương đối rẻ dung lượng ổ cứng ngày lớn, lên đến hàng TB Như tìm hiểu phần trước, chương trình chưa thực thi lưu trữ ổ cứng Khi thực thi, chương trình đưa vào tiến trình chuyển vào RAM Trong trình thực thi, CPU thực thi lệnh, truy xuất liệu thông qua địa RAM, ngược lại phía RAM, nhìn thấy đường địa truy xuất không quan tâm đến việc địa từ đâu mà dùng vào mục đích 6.3.2 Cấp phát vùng nhớ hệ điều hành Thơng thường, chương trình chưa thực thi lưu ổ cứng dạng file thực thi mã nhị phân (ví dụ file *.exe hệ điều hành Windows) Để thực thi, chương trình phải nạp lên RAM đặt tiến trình Tùy thuộc vào hệ thống quản lý nhớ sử dụng, tiến trình chuyển RAM ổ cứng trình thực thi Tiến trình ổ cứng chờ để mang trở lại RAM để tiếp tục thực thi hình thành nên hàng chờ gọi input queue Hình 6-1 Quy trình thực thi tiến trình từ góc nhìn RAM Trong hầu hết trường hợp, chương trình trải qua bước sau – vài bước lược bỏ vài trường hợp – trước thực thi Hình 6-2 Các bước để thực thi chương trình Địa biểu diễn theo dạng khác qua bước kể Địa chương trình gốc thường địa luận lý Trình biên dịch chuyển đổi địa luận lý thành địa tương đối Sau trình nạp vào nhớ (load time), địa tương đối chuyển thành địa tuyệt đối để thực thi Việc chuyển đổi địa mơ tả bên thực thơng qua bước sau đây: Complie time: trình biên dịch biết tiến trình đặt đâu nhớ chính, địa tuyệt đối sinh lúc Ví dụ, biết tiến trình đặt vị trí R, đoạn mã sau biên dịch R mở rộng tùy thuộc vào độ lớn Nếu sau đó, vị trí bắt đầu cấp phát bị thay đổi, q trình biên dịch bắt buộc phải thực lại lần Các chương trình dạng COM hệ điều hành MS-DOS thực theo cách Load time: q trình biên dịch khơng biết tiến trình xác đâu nhớ chính, trình biên dịch lúc chuyển đổi địa luận lý chương trình thành địa tương đối Trong trường hợp này, việc chuyển thành địa tuyệt đối phụ thuộc vào thời gian nạp (load time) Nếu địa bắt đầu cấp phát bị thay đổi, cần reload lại để thống lại thay đổi Execution time: tiến trình bị di chuyển q trình thực thi – từ segment sang segment khác, việc chuyển đổi thành địa luận lý phải chờ bước thực thi tiến trình Các phần cứng đặc biệt phải đáp ứng cho chế Hầu hết hệ điều hành ngày sử dụng phương thức 6.3.3 Câu hỏi chuẩn bị Sinh viên chuẩn bị câu trả lời cho câu hỏi sau trước bắt đầu phần thực hành: Lỗi trang gì? Khi xảy trường hợp lỗi trang? Vẽ lưu đồ mô tả cách hệ điều hành xử lý lỗi trang? Trình bày cách cài đặt Demand paging? Tại phải thực chiến lược thay trang? Vẽ lưu đồ thuật toán mô tả cách thức xử lý giải thuật thay trang: FIFO, OPT, LRU? Vẽ sơ đồ trình bày thay trang giải thuật với chuỗi tham chiếu: 0, 2, 1, 6, 4, 0, 1, 0, 3, 1, 2, Giải sử có khung trang khung trang ban đầu rỗng Xác định số Page Fault từ đưa đánh giá giải thuật 6.4 Hướng dẫn thực hành Sử dụng ngơn ngữ lập trình C viết chương trình mơ giải thuật thay trang nêu câu số mục 6.3.3 với yêu cầu sau: - Giao diện ban đầu chương trình thể bên dưới: - Page Replacement algorithm Default referenced sequence Manual input sequence Trong “Default referenced sequence” sinh từ mã số sinh viên kèm với mã “007”, ví dụ sinh viên có mã số 13520462 “Default referenced sequence” là: 1, 3, 5, 2, 0, 4, 6, 2, 0, 0, “Manual input sequence” chuỗi người dùng nhập vào - Sau lựa chọn chuỗi tham chiếu, chương trình chuyển sang giao diện cho phép người dùng nhập số khung trang: - Page Replacement algorithm Input page frames: - Sau lựa chọn khung trang, chương trình chuyển sang giao diện cho phép người dùng lựa chọn giải thuật thay trang: - Page Replacement algorithm FIFO algorithm OPT algorithm LRU algorithm - Sau lựa chọn giải thuật sử dụng, chương trình kết sau, ví dụ: Có chuỗi tham chiếu: 1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, Có khung trang chọn giải thuật FIFO chương trình hiển thị output sau: - Page Replacement algorithm 123412512345 111444555555 22211111333 3332222244 ******* ** Number of Page Fault: 6.5 Bài tập ôn tập Nghịch lý Belady gì? Sử dụng chương trình viết để chứng minh nghịch lý Nhận xét mức độ hiệu tính khả thi giải thuật FIFO, OPT, LRU ❖ Giải thuật bất khả thi nhất? Vì sao? ❖ Giải thuật phức tạp nhất? Vì sao? ... NHỚ 6. 1 Mục tiêu 6. 2 Nội dung thực hành 6. 3 Sinh viên chuẩn bị 6. 4 Hướng dẫn thực hành 6. 5 Bài tập ôn tập NỘI QUY THỰC HÀNH Sinh... dùng vào mục đích 6. 3.2 Cấp phát vùng nhớ hệ điều hành Thông thường, chương trình chưa thực thi lưu ổ cứng dạng file thực thi mã nhị phân (ví dụ file *.exe hệ điều hành Windows) Để thực thi, chương... QUY THỰC HÀNH Sinh viên tham dự đầy đủ buổi thực hành theo quy định giảng viên hướng dẫn (GVHD) (6 buổi với lớp thực hành cách tuần 10 buổi với lớp thực hành liên tục) Sinh viên phải chuẩn bị nội