BÀI TẬP LỚN HỆ ĐIỀU HÀNHĐề tài Quản lý bộ nhớ ngoài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ~~~~~  ~~~~~ BÀI TẬP LỚN HỆ ĐIỀU HÀNH Đề tài: Quản lý nhớ Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Bình Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Danh Thăng – 20182774 Hà Thanh Tùng – 20182873 Nguyễn Duy Lộc – 20182644 Nguyễn Xuân Đỉnh – 20182423 Trần Ngọc Tiến – 20182819 Hà Nội, 10/2021 MỤC LỤC MỤC LỤC Danh Mục Hình Ảnh LỜI MỞ ĐẦU .9 Phần I Cấu trúc nhớ khối (Mass-Storage Structure) .11 I.1 Tổng quát: .11 I.1.1 Đĩa từ (Magnetic Disks): .11 I.1.2 Ổ cứng SSD (Solid-State Disks) 12 I.1.3 Băng từ (Magnetic Tapes) 12 I.2 Cấu trúc đĩa (Disk Structure) 12 I.3 Đĩa đính kèm (Disk Attachment) 13 I.3.1 (Host-Attached Storage) 13 I.3.2 (Network- Attached Storage) .13 I.3.3 (Storage-Area Network) .14 I.4 Lập lịch cho đĩa (Disk Scheduling) 15 I.4.1 FCFS 15 I.4.2 SSTF 16 I.4.3 Scan 16 I.4.4 C-Scan 17 I.4.5 LOOK 18 I.5 Quản lí đĩa (Disk Management) .18 I.5.1 Định dạng đĩa (Disk Formatting) .18 I.5.2 Khối khởi động (Boot Block) 19 I.5.3 Các khối hỏng (Bad Blocks) 20 I.6 (Swap-Space Management) 21 I.6.1 (Swap-Space Use) 21 I.6.2 (Swap-Space Location) 21 I.7 Cấu trúc RAID (RAID Structure) 21 I.7.1.Cải thiện độ tin cậy thông qua chế dự phòng (via Redundancy) 21 I.7.2 Cải thiện hiệu suất (Performance) thông qua chế song song (Parallelism) 22 I.7.3 Các cấp RAID (RAID levels) 23 I.7.4 Chọn cấp độ RAID 24 I.7.5 Các vấn đề gặp phải với RAID 25 I.8 (Stable-Storage Implementation) 26 Phần II Giao diện hệ thống tập tin (File-System Interface) 27 II.1 Khái niệm 27 II.1.1 Định danh tệp .27 II.1.2 Hoạt động tệp .28 II.1.3 Các dạng tệp .30 II.1.4 Cấu trúc tệp .30 II.2 Những phương thức truy nhập (Access Methods) 31 II.2.1 Truy cập 31 II.2.2 Truy cập trực tiếp .31 II.2.3 Một số phương pháp khác 31 II.3 Directory and Disk Structure 32 II.3.1 Cấu trúc nhớ 32 II.3.2 Tổng quan thư mục .33 II.3.3 Thư mục cấp 33 II.3.4 File-System Mounting 34 Phần III Triển khai hệ thống tệp 42 III.1 Cấu trúc hệ thống tệp 42 III.2 Triển khai hệ thống tệp 43 III.2.1 Tổng quát 43 III.2.2 Phân vùng gắn kết 45 III.2.3 Hệ thống tập tin ảo 46 III.3 Thực thi thư mục 47 III.3.1 Danh sách tuyến tính .47 III.3.2 Bảng băm 47 III.4 Các phương pháp cấp phát 48 III.4.1 Cấp phát liên tục 48 III.4.2 Cấp phát liên kết 50 III.4.3 Cấp phát theo mục .51 III.4.4 Hiệu suất 53 III.5 Quản lý không gian tự .53 III.5.1 Véc-tơ bit 53 III.5.2 Danh sách liên kết 54 III.5.3 Nhóm .55 III.5.4 Đếm 55 III.5.5 Bản đồ không gian tự 55 III.6 Hiệu suất hiệu 56 III.6.1 Hiệu 56 III.6.2 Hiệu suất 56 III.7 Recovery 58 III.7.1 Kiểm tra tính quán 58 III.7.2 File hệ thống có cấu trúc nhật ký ( Log-Structured File Systems ) 58 III.7.3 Các giải pháp khác 58 III.7.4 Sao lưu khôi phục .59 III.8 Network File Systems ( NFS ) .59 III.8.1 Tổng quan 60 III.9 Example: The WAFL File System .61 III.10 Tổng kết .62 Phần IV Hệ thống ngoại vi (I/O Systems) .63 IV.1 Tổng quát .63 IV.2 I/O Hardware .63 IV.2.1 Cơ chế bỏ phiếu (Polling) 65 IV.2.2 Cơ chế ngắt (Interrupts) 66 IV.3 Giao diện ứng dụng I/O .68 IV.3.1 Block Character Devices .68 IV.3.2 Các thiết bị mạng .68 IV.3.3 Đồng hồ định thời 69 IV.3.4 I/O Nonblocking bất đồng .69 IV.3.5 Vectored I/O 70 IV.4 Kernel I/O Subsystem 70 IV.4.1 Lập lịch I/O 70 IV.4.2 Phương pháp đệm (Buffering) 71 IV.4.3 Caching 71 IV.4.4 Spooling and Device Reservation 71 IV.4.5 Xử lí lỗi 71 IV.4.6 Bảo vệ I/O 72 IV.4.7 Cấu trúc liệu Kernel 72 IV.5 Transforming I/O Requests to Hardware Operations 73 IV.6 STREAMS 74 IV.7 Hiệu .75 KẾT LUẬN .78 Danh Mục Hình Ảnh Hình 1 Disk head 11 Hình 1.2 14 Hình 1.3 14 Hình 1.4 15 Hình 1.5 16 Hình 1.6 17 Hình 1.7 18 Hình 1.8 20 Hình 1.9 23 Hình 1.10 24 Hình 1.11 25 Y Hình 2.1 30 Hình 2.2 35 Hình 2.3 35 Hình 3.1 42 Hình 3.2 44 Hình 3.3 45 Hình 3.4 46 Hình 49 Hình 3.6 51 Hình 3.7 51 Hình .52 Hình 3.9 52 Hình 3.10 54 Hình 3.11 57 Hình 3.12 60 Hình 3.13 The WAFL file layout .61 Hình 3.14 62 Y Hình 4.1 64 Hình 4.2 66 Hình 4.3 67 Hình 4.4 70 Hình 4.5 72 Hình 4.6 73 Hình 4.7 74 Hình 4.8 75 Hình 4.9 76 Hình 4.10 77 LỜI MỞ ĐẦU Linux là tên gọi hệ điều hành máy tính mã nguồn mở tên hạt nhân hệ điều hành Phiên Linux Linus Torvalds viết vào năm 1991, lúc ơng cịn sinh viên Đại học Helsinki Phần Lan Ông làm việc cách hăng say vòng năm liên tục cho đời phiên Linux vào năm 1994 Bộ phận chủ yếu phát triển tung thị trường quyền GNU General Public License Do mà tải xem mã nguồn Linux Một cách xác, thuật ngữ “Linux” sử dụng để Nhân Linux, tên sử dụng cách rộng rãi để miêu tả tổng thể hệ điều hành giống Unix tạo việc đóng gói nhân Linux với thư viện cơng cụ GNU, phân phối Linux Thực tế tập hợp số lượng lớn phần mềm máy chủ web, ngôn ngữ lập trình, hệ quản trị sở liệu, môi trường làm việc desktop GNOME KDE, ứng dụng thích hợp cho cơng việc văn phòng OpenOffice hay LibreOffice Khởi đầu, Linux phát triển cho dòng vi xử lý 386, hệ điều hành hỗ trợ số lượng lớn kiến trúc vi xử lý, sử dụng nhiều ứng dụng khác từ máy tính cá nhân siêu máy tính thiết bị nhúng máy điện thoại di động Ban đầu, Linux phát triển sử dụng người say mê Tuy nhiên, Linux có hỗ trợ cơng ty lớn IBM HewlettPackard, đồng thời bắt kịp phiên Unix độc quyền chí thách thức thống trị Microsoft Windows số lĩnh vực Sở dĩ Linux đạt thành cơng cách nhanh chóng nhờ vào đặc tính bật so với hệ thống khác: chi phí phần cứng thấp, tốc độ cao (khi so sánh với phiên Unix độc quyền) khả bảo mật tốt, độ tin cậy cao (khi so sánh với Windows) đặc điểm giá thành rẻ, không bị phụ thuộc vào nhà cung cấp Một đặc tính trội phát triển mơ hình phát triển phần mềm nguồn mở hiệu Tuy nhiên, số lượng phần cứng hỗ trợ Linux khiêm tốn so với Windows Vì trình điều khiển thiết bị tương thích với Windows nhiều Linux Mong tương lai linux phát triển mạnh Phần I Cấu trúc nhớ khối (Mass-Storage Structure) I.1 Tổng quát: I.1.1 Đĩa từ (Magnetic Disks): Đĩa từ cung cấp lượng lớn nhớ thứ cấp máy tính đại Hầu hết ổ đĩa có tốc độ quay khoảng 60-250 lần giây Tốc độ ổ đĩa bao gồm thành phần: Tốc độ truyền tải (transfer rate): Tốc độ liệu truyền ổ đĩa máy tính Thời gian định vị (thời gian truy cập ngẫu nhiên): Thời gian để dịch chuyển tay quay đĩa (disk arm) tới trục hình trụ (cylinder) (thời gian tìm kiếm - seek time) thời gian để vùng (sector) quay đầu đĩa (disk head)