caùc thaønh phaàn cuûa heä thoáng maùy tínhsonsys/os_cql02/sum_up.pdfvaø phuïc hoài heä...

BK TP.HCM

Caùc thaønh phaàn cuûa

heä thoáng maùy tính

24-Apr-16 Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 1

BK TP.HCM

Ñònh nghóa

Heä ñieàu haønh laø gì?

Chöông trình trung gian giöõa

phaàn cöùng maùy tính vaø

ngöôøi söû duïng, coù chöùc

naêng ñieàu khieån phaàn cöùng

vaø cung caáp caùc dòch vuï cô

baûn cho caùc öùng duïng.

Muïc tieâu

Giuùp ngöôøi duøng deã daøng

söû duïng heä thoáng.

Quaûn lyù vaø caáp phaùt taøi

nguyeân heä thoáng moät caùch

hieäu quaû.

Phaàn cöùng

Heä Ñieàu Haønh

Caùc öùng duïng

Ngöôøi duøng


BK TP.HCM

Caùc chöùc naêng chính cuûa OS

Phaân chia thôøi gian xöû lyù treân CPU (ñònh thôøi)

Phoái hôïp vaø ñoàng boä hoaït ñoäng giöõa caùc quaù trình

Quaûn lyù taøi nguyeân heä thoáng hieäu quaû

Kieåm soaùt quaù trình truy caäp, baûo veä heä thoáng

Duy trì söï nhaát quaùn cuûa heä thoáng, kieåm soaùt loãi

vaø phuïc hoài heä thoáng khi coù loãi xaûy ra.

Cung caáp giao dieän laøm vieäc thuaän tieän cho ngöôøi

duøng


BK TP.HCM

Các thanh phân chưc năng OS

Quaûn lyù quaù trình (process management)

Quaûn lyù boä nhôù chính

Quaûn lyù file

Quaûn lyù heä thoáng I/O (I/O system management)

Quaûn lyù heä thoáng löu tröõ thöù caáp


BK TP.HCM

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Caùc dòch vuï OS

Cung câp giao diên cho ngươi sư dung: Giao diên đô hoa Giao diên caùc nhoùm leänh trình thoâng dòch leänh

Cung câp tiên ich cho ngươi phat triên: Cac thu tuc goi chưc năng hê thông (system call) Câp phat tai nguyên Bao vê (Protection) An ninh hê thông (security)

24-Apr-16 5

BK TP.HCM


Qua tri nh

Heä thoáng maùy tính thöïc thi nhieàu chöông

trình khaùc nhau

Batch system: jobs

Time-shared systems: user programs, tasks

Job process

Quaù trình (process)

moät chöông trình ñang thöïc thi, bao goàm:

Text section (program code), data section

(chöùa global variables)

Hoaït ñoäng hieän thôøi: program counter (PC),

process status word (PSW), stack pointer

(SP), memory management registers

BK TP.HCM


Khôûi taïo quaù trình

Caùc böôùc heä ñieàu haønh khôûi taïo 1 quaù trình

Caáp phaùt ñònh danh duy nhaát (process number hay

process identifier, pid) cho quaù trình

Caáp phaùt khoâng gian nhôù ñeå naïp quaù trình

Khôûi taïo khoái döõ lieäu Process Control Block (PCB)

cho quaù trình

PCB laø nôi heä ñieàu haønh löu caùc thoâng tin veà quaù trình

Thieát laäp caùc moái lieân heä caàn thieát (vd: saép PCB

vaøo haøng ñôïi ñònh thôøi,…)

BK TP.HCM


Caùc traïng thaùi cuûa quaù trình

Chuyeån ñoåi giöõa caùc traïng thaùi cuûa quaù trình

ready running

dispatch

interrupt I/O or event

completion I/O or

event wait

new terminated

blocked

admit exit

suspended

suspended

Suspended

ready

Suspended

blocked

Active States

Suspended

States

BK TP.HCM


Quaûn lyù quaù trình

Ví duï: Caùc haøng ñôïi

running

ready

waiting

7

11 4 2 17

19 3

process number

Caùc PCB

BK TP.HCM


Coäng taùc giöõa caùc quaù trình

Trong quaù trình thöïc thi, caùc quaù trình coù theå coäng

taùc (cooperate) ñeå hoaøn thaønh coâng vieäc

Caùc quaù trình coäng taùc ñeå

Chia seû döõ lieäu (information sharing)

Taêng toác tính toaùn (computational speedup)

Neáu heä thoáng coù nhieàu CPU, chia coâng vieäc tính toaùn thaønh

nhieàu coâng vieäc tính toaùn nhoû chaïy song song

Söï coäng taùc giöõa caùc quaù trình yeâu caàu heä ñieàu

haønh cung caáp cô cheá ñoàng boä hoaït ñoäng (chöông

3) vaø cô cheá giao tieáp cho caùc quaù trình

BK TP.HCM

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 11

Đông bô các quá trinh

Critical section

Caùc giaûi phaùp duøng leänh maùy thoâng thöôøng

Giaûi thuaät Peterson, vaø giaûi thuaät bakery

Caùc giaûi phaùp duøng leänh caám ngaét hoaëc

leänh maùy ñaëc bieät

Semaphore

Monitor

BK TP.HCM


Baøi toaùn Producer-consumer

Quaù trình Producer

item nextProduced;

while(1) {

while (count == BUFFER_SIZE); /* do nothing */

buffer[in] = nextProduced;

count++;

in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;

}

Quaù trình Consumer

item nextConsumed;

while(1) {

while (count == 0); /* do nothing */

nextConsumed = buffer[out];

count--;

out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;}

bieán count ñöôïc chia seû

giöõa producer vaø consumer

con troû

con troû

BK TP.HCM


“Critical Section”

Giaû söû coù n process ñoàng thôøi truy xuaát döõ lieäu

chia seû.

Khoâng phaûi taát caû caùc ñoaïn code ñeàu caàn ñöôïc

giaûi quyeát vaán ñeà race condition maø chæ nhöõng

ñoaïn code coù chöùa caùc thao taùc leân döõ lieäu chia

seû. Ñoaïn code naøy ñöôïc goïi laø vuøng tranh chaáp

(critical section, CS).

Baøi toaùn loaïi tröø töông hoã: phaûi baûo ñaûm söï loaïi

tröø töông hoã (mutual exclusion, mutex), töùc laø khi

moät process P ñang thöïc thi trong CS cuûa P,

khoâng coù process Q naøo khaùc ñoàng thôøi thöïc thi

caùc leänh trong CS cuûa Q.

BK TP.HCM


Caáu truùc toång quaùt cuûa quaù trình

trong baøi toaùn loaïi tröø töông hoã

Giaû söû moãi process thöïc thi bình

thöôøng (i.e., nonzero speed) vaø

khoâng coù söï töông quan giöõa toác

ñoä thöïc thi cuûa caùc process

Caáu truùc toång quaùt cuûa moät

process:

Moät soá giaû ñònh

Coù theå coù nhieàu CPU nhöng

phaàn cöùng khoâng cho pheùp

nhieàu taùc vuï truy caäp moät vò

trí trong boä nhôù cuøng luùc

(simultaneous)

Khoâng raøng buoäc veà thöù töï

thöïc thi cuûa caùc process

Caùc process coù theå chia seû

moät soá bieán chung nhaèm

ñoàng boä hoaït ñoäng cuûa

chuùng

Giaûi phaùp caàn phaûi ñaëc taû

entry section vaø exit section

do {

critical section

remainder section

} while(1);

entry section

exit section

BK TP.HCM


Giaûi baøi toaùn loaïi tröø töônghoã

Lôøi giaûi phaûi thoûa ba tính chaát:

1. Mutual exclusion: Khi moät process P ñang thöïc thi

trong vuøng tranh chaáp (CS) thì khoâng coù process Q

naøo khaùc ñang thöïc thi trong CS.

2. Progress:

(Progress cho entry section) Neáu ít nhaát moät process ñang

trong entry section vaø khoâng coù process naøo ñang trong

critical section, thì moät process vaøo critical section taïi moät thôøi

ñieåm sau ñoù.

(Progress cho exit section) Neáu ít nhaát moät process ñang

trong exit section, thì moät process vaøo remainder section taïi

moät thôøi ñieåm sau ñoù.

„ 3. Starvation freedom (lockout-freedom):

(cho entry section) quaù trình vaøo entry section seõ vaøo CS

(cho exit section) quaù trình vaøo exit section seõ vaøo remainder

section.

BK TP.HCM


Phaân loaïi giaûi phaùp cho loaïi tröø töông hoã

Giaûi phaùp duøng leänh maùy thoâng thöôøng

Giaûi phaùp duøng leänh caám ngaét hay leänh maùy

ñaëc bieät

Leänh Disable interrupt

Leänh maùy ñaëc bieät nhö

TestAndSet

BK TP.HCM


Söû duïng thread

A word processor with three threads

mouse

backup

formatting

24-Apr-16 17

BK TP.HCM

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 24-Apr-16 18

Quá trình đơn & đa luồng

BK TP.HCM


Öu ñieåm cuûa thread

Tính ñaùp öùng (responsiveness) cao cho caùc

öùng duïng töông taùc multithreaded

Chia seû taøi nguyeân (resource sharing)

ví dụ memory

Tieát kieäm chi phí heä thoáng (economy)

Chi phí taïo/quaûn lyù thread nhoû hôn so vôùi quaù trình

Chi phí chuyeån ngöõ caûnh giöõa caùc thread nhoû hôn

so vôùi quaù trình

Taän duïng ñöôïc ña xöû lyù (multiprocessor)

Moãi thread chaïy treân moät processor rieâng, do ñoù

taêng möùc ñoä song song cuûa chöông trình.

24-Apr-16 19

BK TP.HCM


User thread (tt.)

Caáu truùc döõ lieäu vaø memory layout ñeå

hieän thöïc user thread

TCBs

D. Feitelson

BK TP.HCM


Kernel thread (tt.)

Caáu truùc döõ lieäu vaø memory layout ñeå

hieän thöïc kernel thread

TCBs

D. Feitelson

BK TP.HCM


Mô hinh thread

Multithreading coù theå hieän thöïc theo

moät trong caùc moâ hình sau

Moâ hình many-to-one

Moâ hình one-to-one

Moâ hình many-to-many

24-Apr-16 22

BK TP.HCM


Tăc nghen (Deadlock)

Đinh nghia

Phöông phaùp giaûi quyeát ngheõn

Choáng (Ngăn) ngheõn

Traùnh (avoidance) ngheõn

Phaùt hieän ngheõn

Phuïc hoài ngheõn

BK TP.HCM


Ñieàu kieän caàn ñeå xaûy ra ngheõn

Boán ñieàu kieän caàn (necessary conditions)

1. Mutual exclusion: ít nhaát moät taøi nguyeân ñöôïc giöõ theo

nonsharable mode (ví duï: printer; ví duï sharable resource: read-

only file).

2. Hold and wait: moät process ñang giöõ ít nhaát moät taøi nguyeân vaø ñôïi

theâm taøi nguyeân do quaù trình khaùc ñang giöõ.

3. No preemption: (= no resource preemption) khoâng laáy laïi taøi

nguyeân ñaõ caáp phaùt cho process, ngoaïi tröø khi process töï hoaøn

traû noù.

4. Circular wait: toàn taïi moät taäp {P0,…,P

n} caùc quaù trình ñang ñôïi sao

cho

P0 ñôïi moät taøi nguyeân maø P

1 ñang giöõ

P1 ñôïi moät taøi nguyeân maø P

2 ñang giöõ

…

Pn ñôïi moät taøi nguyeân maø P

0 ñang giöõ

BK TP.HCM


Resource Allocation Graph (tt.)

Kyù hieäu

Process:

Loaïi taøi nguyeân vôùi 4 thöïc theå:

Pi yeâu caàu moät thöïc theå cuûa R

j :

Pi ñang giöõ moät thöïc theå cuûa R

j :

Pi

Pi

Pi

Rj

Rj

Rj

BK TP.HCM


RAG

R1 R3

P1 P2 P3

R2 R4

BK TP.HCM


Ngaên deadlock

1. Ngaên mutual exclusion

2. Ngaên Hold and Wait

3. Ngaên No Preemption

4. Ngaên Circular Wait

BK TP.HCM


Tránh (avoidance) Nghen

Deadlock prevention söû duïng taøi nguyeân khoâng hieäu quaû.

Deadlock avoidance vaãn ñaûm baûo hieäu suaát söû duïng taøi nguyeân

toái ña ñeán möùc coù theå.

Yeâu caàu moãi process khai baùo soá löôïng taøi nguyeân toái ña caàn ñeå

thöïc hieän coâng vieäc

Giaûi thuaät deadlock-avoidance seõ ñieàu khieån traïng thaùi caáp phaùt

taøi nguyeân (resource-allocation state) ñeå baûo ñaûm heä thoáng

khoâng rôi vaøo deadlock.

„ Traïng thaùi caáp phaùt taøi nguyeân ñöôïc ñònh nghóa döïa treân soá taøi

nguyeân coøn laïi, soá taøi nguyeân ñaõ ñöôïc caáp phaùt vaø yeâu caàu toái

ña cuûa caùc process.

BK TP.HCM


Phát hiên Deadlock

Söû duïng wait-for graph

Wait-for graph ñöôïc daãn xuaát töø RAG baèng caùch boû caùc node bieåu

dieãn taøi nguyeân vaø gheùp caùc caïnh töông öùng:

Coù caïnh töø Pi ñeán P

j P

i ñang chôø taøi nguyeân töø P

j

Goïi ñònh kyø moät giaûi thuaät kieåm tra coù toàn taïi chu trình trong wait-

for graph hay khoâng. Giaûi thuaät phaùt hieän chu trình coù thôøi gian

chaïy laø O(n 2

), vôùi n laø soá ñænh cuûa graph.

R1 R3 R4

P2 P1 P3

P5

R2 R5 P4

P2 P1 P3

P5

P4

BK TP.HCM


Phuïc hoài khoûi deadlock

Caùc giaûi phaùp khi phaùt hieän deadlock

baùo ngöôøi vaän haønh (operator), ngöôøi naøy

seõ xöû lyù tieáp

hoaëc

heä thoáng töï ñoäng phuïc hoài baèng caùch phaù

deadlock:

Giaûi phaùp chaám döùt quaù trình

hoaëc

Giaûi phaùp laáy laïi taøi nguyeân

BK TP.HCM


Định thời ngăn hạn

Xác đinh process nào được thực thi tiếp theo, còn goi là đinh thơi CPU

Được kích hoạt khi có một sự kiên có thê dẫn đến kha năng chon một process đê thực thi Ngắt thơi gian (clock interrupt) Ngắt ngoại vi (I/O interrupt) Lơi goi hê thông (operating system call) Signal

BK TP.HCM


Tiêu chí định thời (tt.)

Độ lợi CPU – giữ CPU cang bận cang tôt (Cao nhât)

Thông năng – sô lượng process kết thúc viêc thực thi trong một đơn vi thơi gian (Nhiều nhât)

Turnaround time – thơi gian kê từ lúc đưa vao (submission) đến lúc kết thúc (Ngắn nhât)

Thơi gian chơ – thơi gian một process chơ trong hang đợi ready (Ngắn nhât)

Thơi gian đap ưng – thơi gian từ khi đưa yêu cầu đến khi có đap ưng đầu tiên (Nhanh nhât)

BK TP.HCM


First Come First Served (FCFS) (tt.)

Process Burst time (ms) P1 24 P2 3 P3 3

Gia sư cac process đến theo thư tự P1 , P2 , P3

Gian đô Gantt cho viêc đinh thơi la: Thơi gian đợi cho P1 = 0, P2 = 24, P3 = 27 Thơi gian đợi trung bình: (0 + 24 + 27) / 3 = 17

P1 P2 P3

24 27 30 0

BK TP.HCM


Shortest Job First (SJF) (tt.)

Process Thơi điêm đến Burst time (ms) P1 0,0 7 P2 2,0 4 P3 4,0 1 P4 5,0 4 Gian đô Gantt khi đinh thơi theo SJF

Thơi gian đợi trung bình = (0 + 6 + 3 + 7)/4 = 4

P1 P3 P2

7 3 16 0

P4

8 12

BK TP.HCM


Shortest Remaining Time First (tt.)

(Vi du giông vd cho SJF)

Process Thơi điêm đến Burst time (ms)

P1 0,0 7

P2 2,0 4

P3 4,0 1

P4 5,0 4

Gian đô Gantt khi đinh thơi theo SRTF

Thơi gian đợi trung bình = (9 + 1 + 0 + 2) / 4 = 3

Tôt hơn giai thuật SJF

P1 P3 P2

4 2 11 0

P4

5 7

P2 P1

16

BK TP.HCM


Round Robin (RR)

Ham lựa chon: giông FCFS

2 1

3

4

5 6

7

8

BK TP.HCM


Round Robin

Process Burst time (ms)

P1 53 P2 17 P3 68 P4 24 Quantum time = 20 ms Gian đô Gantt:

Thương có thơi gian quay vòng cao hơn SJF, nhưng lại có thơi gian đap ưng tôt hơn

P1 P2 P3 P4 P1 P3 P4 P1 P3 P3

0 20 37 57 77 97 117 121 134 154 162

BK TP.HCM


Multilevel Queue Scheduling (tt.)

Vi du phân nhóm cac qua trình

System Processes

Interactive Processes

Batch Processes

Student Processes

Độ ưu tiên thấp nhất

Độ ưu tiên cao nhất

BK TP.HCM


Multilevel Feedback Queue (tt.)

Vi du: Có 3 hàng đợi Q0 , dùng RR với quantum 8 ms Q1 , dùng RR với quantum 16 ms Q2 , dùng FCFS

Giai thuật

Công viêc mới sẽ vao hang đợi Q0. Khi đến lượt mình, công viêc sẽ được một khoang thơi gian la 8 milli giây. Nếu không kết thúc được trong 8 milli giây, công viêc sẽ được đưa xuông hang đợi Q1

Tại Q1, tương tự công viêc sau khi chơ sẽ được cho một khoang thơi gian thực thi la 16 milli giây. Nếu hết thơi gian nay vẫn chưa kết thúc sẽ bi chuyên sang Q2

BK TP.HCM


Quaûn lyù boä nhôù

Phaân phoái vaø saép xeáp caùc process trong boä nhôù sao

cho heä thoáâng hoaït ñoäng hieäu quaû.

Vd: naïp caøng nhieàu process vaøo boä nhôù caøng toát (gia taêng

möùc ñoä ña chöông)

Thoâng thöôøng, kernel chieám moät phaàn coá ñònh cuûa boä

nhôù, phaàn coøn laïi phaân phoái cho caùc process.

Yeâu caàu ñoái vôùi vieäc quaûn lyù boä nhôù

Caáp phaùt vuøng nhôù cho caùc process

Taùi ñònh vò (relocation): khi swapping,…

Baûo veä: phaûi kieåm tra truy xuaát boä nhôù coù hôïp leä khoâng

Chia seû: cho pheùp caùc process chia seû vuøng nhôù chung

Keát gaùn ñòa chæ nhôù luaän lyù cuûa process vaøo ñòa chæ thöïc

BK TP.HCM


Moâ hình quaûn lyù boä nhôù

Trong chöông naøy, moâ hình quaûn lyù boä nhôù laø moät moâ

hình ñôn giaûn, khoâng coù boä nhôù aûo.

Moät process phaûi ñöôïc naïp hoaøn toaøn vaøo boä nhôù thì

môùi ñöôïc thöïc thi (ngoaïi tröø khi duøng kyõ thuaät overlay).

Caùc cô cheá quaûn lyù boä nhôù sau ñaây raát ít (haàu nhö

khoâng coøn) ñöôïc duøng trong caùc heä thoáng hieän ñaïi

Phaân chia coá ñònh (fixed partitioning)

Phaân chia ñoäng (dynamic partitioning)

Phaân trang ñôn giaûn (simple paging)

Phaân ñoaïn ñôn giaûn (simple segmentation)

BK TP.HCM


Phaân maûnh

Phaân maûnh ngoaïi (external fragmentation)

Kích thöôùc khoâng gian nhôù coøn troáng tuy ñuû lôùn ñeå thoûa maõn

moät yeâu caàu caáp phaùt, nhöng khoâng gian nhôù naøy laïi khoâng

lieân tuïc

Coù theå duøng keát khoái (compacting) ñeå gom laïi thaønh vuøng nhôù

lieân tuïc.

Phaân maûnh noäi (internal fragmentation)

Kích thöôùc vuøng nhôù ñöôïc caáp phaùt lôùn hôn vuøng nhôù yeâu caàu.

Ví duï: caáp moät khoaûng troáng 18.464 byte cho moät process

yeâu caàu 18.462 byte.

Thöôøng xaûy ra khi boä nhôù thöïc ñöôïc chia thaønh caùc khoái kích

thöôùc coá ñònh (fixed-sized block) vaø caùc process ñöôïc caáp phaùt

theo ñôn vò khoái.

BK TP.HCM


Chieán löôïc placement (tt.)

Tröôøng hôïp partition coù kích

thöôùc khoâng baèng nhau: giaûi

phaùp 1

Gaùn moãi process vaøo

partition nhoû nhaát ñuû chöùa

noù

Coù haøng ñôïi cho moãi

partition

Giaûm thieåu phaân maûnh noäi

Vaán ñeà: coù theå coù moät soá

haøng ñôïi troáng (vì khoâng coù

process vôùi kích thöôùc

töông öùng) vaø haøng ñôïi daøy

ñaëc

BK TP.HCM


Chieán löôïc placement (tt.)

Tröôøng hôïp partition coù

kích thöôùc khoâng baèng

nhau: giaûi phaùp 2

Chæ coù moät haøng ñôïi

chung cho moïi

partition

Khi caàn naïp moät

process vaøo boä nhôù

chính choïn

partition nhoû nhaát

coøn troáng vaø ñuû

chöùa noù

BK TP.HCM


Dynamic partitioning

Soá löôïng vaø vò trí partition khoâng coá ñònh vaø partition coù theå coù kích

thöôùc khaùc nhau

Moãi process ñöôïc caáp phaùt chính xaùc dung löôïng boä nhôù caàn thieát

Gaây ra hieän töôïng phaân maûnh ngoaïi

BK TP.HCM


Chieán löôïc placement khi dynamic

partitioning

Duøng ñeå quyeát ñònh caáp phaùt

khoái boä nhôù troáng naøo cho moät

process

Muïc tieâu: giaûm chi phí

compaction

Caùc chieán löôïc placement

Best-fit: choïn khoái nhôù troáng

nhoû nhaát

First-fit: choïn khoái nhôù troáng

phuø hôïp ñaàu tieân keå töø ñaàu boä

nhôù

Next-fit: choïn khoái nhôù troáng

phuø hôïp ñaàu tieân keå töø vò trí

caáp phaùt cuoái cuøng

Worst-fit: choïn khoái nhôù troáng

lôùn nhaát

BK TP.HCM


Kyõ thuaät phaân trang

Kyõ thuaät phaân trang (paging) cho pheùp khoâng gian ñòa

chæ vaät lyù (physical address space) cuûa moät process coù

theå khoâng lieân tuïc nhau.

Boä nhôù thöïc ñöôïc chia thaønh caùc khoái coá ñònh vaø coù

kích thöôùc baèng nhau goïi laø frame.

Thoâng thöôøng kích thöôùc cuûa frame laø luõy thöøa cuûa

2, töø khoaûng 512 byte ñeán 16 MB.

Boä nhôù luaän lyù (logical memory) hay khoâng gian ñòa chæ

luaän lyù laø taäp moïi ñòa chæ luaän lyù cuûa moät quaù trình.

‟ Ñòa chæ luaän lyù coù theå ñöôïc quaù trình sinh ra baèng

caùch duøng indexing, base register, segment

register,…

BK TP.HCM


Kyõ thuaät phaân trang (tt.)

logical memory

1

4

3

5

0

1

2

3

page table

page 0

page 2

physical memory

frame number

0

1

2

3

page 1 4

5 page 3

page number

0

1

2

3

BK TP.HCM


Paging hardware

Neáu kích thöôùc cuûa khoâng

gian nhôù thöïc laø 2l byte, thì

moãi muïc cuûa baûng phaân

trang coù l n bit frame number frame offset

f, l n bit d, n bit

CPU p d f d

f

p

page table

logical

address

physical

address

physical

memory

f 00…00

f 11…11

f frame

BK TP.HCM


Chuyeån ñoåi ñòa chæ nhôù trong paging

Ví duï:

BK TP.HCM


Paging hardware vôùi TLB

BK TP.HCM


Baûng phaân trang 2-möùc (tt.)

Minh hoïa

caùc baûng phaân trang möùc 2

- Coù 2p1

muïc trong baûng phaân

trang möùc 1

- Moãi baûng phaân trang möùc 2 chöùa

2p2

muïc

BK TP.HCM


Phaân ñoaïn

Nhìn laïi kyõ thuaät phaân trang

user view (khoâng gian ñòa chæ aûo) taùch bieät vôùi

khoâng gian boä nhôù thöïc. Kyõ thuaät phaân trang thöïc

hieän pheùp aùnh xaï user-view vaøo boä nhôù thöïc.

Trong thöïc teá, döôùi goùc nhìn cuûa user, moät chöông

trình caáu thaønh töø nhieàu ñoaïn (segment). Moãi ñoaïn laø

moät ñôn vò luaän lyù cuûa chöông trình, nhö

main program, procedure, function

local variables, global variables, common block,

stack, symbol table, arrays,…

BK TP.HCM


Phaàn cöùng hoã trôï phaân ñoaïn

CPU

+ physical

memory

no

trap; addressing error

limit base

s

s d

yes

segment

table

BK TP.HCM


Chuyeån ñoåi ñòa chæ

trong kyõ thuaät phaân ñoaïn

Ví duï

BK TP.HCM


Keát hôïp phaân trang vaø phaân ñoaïn

Keát hôïp phaân trang vaø phaân ñoaïn nhaèm

taän duïng caùc öu ñieåm vaø haïn cheá caùc

khuyeát ñieåm cuûa chuùng:

Vaán ñeà cuûa phaân ñoaïn: moät ñoaïn coù theå

khoâng naïp ñöôïc vaøo boä nhôù do phaân maûnh

ngoaïi, maëc duø ñuû khoâng gian troáng.

YÙ töôûng giaûi quyeát: paging ñoaïn, cho pheùp

caùc page cuûa ñoaïn ñöôïc naïp vaøo caùc frame

khoâng caàn naèm lieân tuïc nhau.

BK TP.HCM


Segmentation with paging (tt.)

BK TP.HCM


Page fault vaø caùc böôùc xöû lyù

BK TP.HCM


Giaûi thuaät thay trang OPT (OPTimal)

Thay theá trang nhôù seõ ñöôïc tham chieáu

trong töông lai xa nhaát

Ví duï: moät process coù 5 trang, vaø ñöôïc caáp 3

frame

chuoãi tham chieáu

trang nhôù

BK TP.HCM


Giaûi thuaät thay trang LRU

(Least Recently Used)

Thay theá trang nhôù khoâng ñöôïc tham chieáu laâu nhaát

Ví duï: moät process coù 5 trang, vaø ñöôïc caáp 3 frame

Moãi trang ñöôïc ghi nhaän (trong baûng phaân trang) thôøi ñieåm ñöôïc

tham chieáu. Trang LRU laø trang nhôù coù thôøi ñieåm ñöôïc tham

chieáu nhoû nhaát

OS toán chi phí tìm kieám trang nhôù LRU naøy moãi khi coù thay trang. Do

vaäy, LRU caàn söï hoã trôï cuûa phaàn cöùng. Ít CPU cung caáp ñuû söï hoã trôï

phaàn cöùng cho giaûi thuaät LRU.

chuoãi tham chieáu

trang nhôù

BK TP.HCM


Giaûi thuaät thay trang FIFO

Xem caùc frame ñöôïc caáp phaùt cho

process nhö laø circular buffer

Khi boä ñeäm ñaày, trang nhôù cuõ nhaát seõ

ñöôïc thay theá: first-in first-out

Moät trang nhôù hay ñöôïc duøng seõ thöôøng laø

trang cuõ nhaát neân hay bò thay theá bôûi giaûi

thuaät FIFO

Hieän thöïc ñôn giaûn: chæ caàn moät con troû

xoay voøng caùc frame cuûa process

BK TP.HCM


Giaûi thuaät FIFO: Belady’s anomaly

Soá page fault taêng maëc daàu quaù trình ñaõ ñöôïc

caáp nhieàu frame hôn.

BK TP.HCM


Giaûi thuaät thay trang clock (tt.)

BK TP.HCM


Giaûi thuaät ngâu nhiên

BK TP.HCM


Not-Used-Recently

Reference bit = 0 : trang chưa được tham chiếu

1 : trang đã được tham chiếu

Modified bit = 0 : trang chưa bị thay đổi

1 : trang đã bị thay đổi

Group 1 Chưa tham chiếu (0) Chưa thay đổi (0)

Group 2 Chưa tham chiếu (0) Thay đổi (1)

Group 3 Tham chiếu (1) Chưa thay đổi (0)

Group 4 Tham chiếu (1) Thay đổi (1)

BK TP.HCM


Thrashing diagram

BK TP.HCM


Hê thống Xuất/Nhập

(i/o)

BK TP.HCM


Giao dieän I/O cho öùng duïng

OS cung caáp moät giao dieän I/O chuaån

hoùa, thuaàn nhaát cho caùc öùng duïng.

Ví duï: moät öùng duïng in taøi lieäu ra maùy in maø

khoâng caàn bieát hieäu maùy in, ñaëc tính maùy

in,…

Giao dieän laøm vieäc laø caùc I/O system call

cuûa OS.

Trình ñieàu khieån thieát bò laø “caàu noái” giöõa

kernel vaø caùc boä ñieàu khieån thieát bò

(device controller).

BK TP.HCM


System call yeâu caàu I/O

Blocking: process bò suspended cho ñeán khi I/O

hoaøn taát.

Deã daøng söû duïng

Khoâng hieäu quaû trong moät soá tröôøng hôïp

Nonblocking: process seõ tieáp tuïc thöïc thi ngay

sau leänh goïi I/O.

Ví duï: data copy (buffered I/O)

Thöôøng hieän thöïc vôùi multithreading

Khoù kieåm soaùt keát quaû thöïc hieän I/O

Asynchronous: process vaãn thöïc thi trong luùc heä

thoáng ñang thöïc hieän I/O.

Khoù söû duïng

I/O subsystem baùo hieäu cho process khi I/O hoaøn taát

BK TP.HCM


Ñònh nghóa file

File laø moät chuoãi caùc byte

ñöôïc ñaët teân,

persistent,

caùc taùc vuï leân moät file goàm ít nhaát laø

read

write

BK TP.HCM


Giao dieän I/O cho öùng duïng

OS cung caáp moät giao dieän I/O chuaån

hoùa, thuaàn nhaát cho caùc öùng duïng.

Ví duï: moät öùng duïng in taøi lieäu ra maùy in maø

khoâng caàn bieát hieäu maùy in, ñaëc tính maùy

in,…

Giao dieän laøm vieäc laø caùc I/O system call

cuûa OS.

Trình ñieàu khieån thieát bò laø “caàu noái” giöõa

kernel vaø caùc boä ñieàu khieån thieát bò

(device controller).

BK TP.HCM


Ñònh daïng file (tt.)

Ví duï trong

UNIX

Executable file Archive

BK TP.HCM


Caáu truùc file

Caáu truùc file: moâ hình file ñeå ngöôøi duøng laäp trình

Khoâng coù caáu truùc: moät chuoãi byte (Unix, DOS, Windows), Hình a

Caáu truùc record

Fixed length, Hình b

Variable length: hoã trôï tìm nhanh choùng moät record vôùi key cho

tröôùc (IBM mainframe), Hình c

BK TP.HCM


Caùc taùc vuï treân file

Create

Taïo moät file môùi

Write

Thöïc hieän taùc vuï ghi döõ lieäu vaøo file taïi vò trí con troû ghi

Read

Thöïc hieän taùc vuï ñoïc döõ lieäu töø file taïi vò trí con troû ñoïc

Reposition

Thieát laäp con troû ñoïc/ghi ñeán vò trí do quaù trình chæ ñònh

Delete

Xoùa file

Truncate

Giöõ laïi taát caû caùc thuoäc tính cuûa file, ngoaïi tröø kích thöôùc file ñöôïc

thieát laäp veà 0

Open

Quaù trình phaûi môû file tröôùc khi söû duïng

Close

Quaù trình phaûi ñoùng file sau khi söû duïng

BK TP.HCM


Caùc taùc vuï treân thö muïc

Create

Taïo moät directory môùi

Delete

Xoùa moät directory troáng

Opendir

Quaù trình phaûi môû directory tröôùc khi ñoïc noù

Closedir

Quaù trình phaûi ñoùng directory sau khi ñoïc noù

Readdir

Ñoïc entry tôùi cuûa directory

Link

Unlink

BK TP.HCM


Baûo veä (protection)

Heä ñieàu haønh phaûi hoã trôï chuû nhaân cuûa file trong vieäc

kieåm soaùt truy caäp file

Caùc taùc vuï coù theå thöïc hieän treân file?

Nhöõng ai ñöôïc quyeàn thöïc hieän thao taùc treân file?

Caùc quyeàn truy caäp file

Read

Write

Execute, Append, Delete,…

Caùch tieáp caän thoâng thöôøng

Moãi file coù moät Access Control List (ACL), goàm caùc

caëp user, rights

Windows NT/2K/XP, Linux

user coù theå laø moät nhoùm

BK TP.HCM


Access Control List

File F1:

- Moïi quaù trình cuûa user A coù quyeàn ñoïc/ghi

- Moïi quaù trình cuûa user B coù quyeàn ñoïc

Owner cuûa process

B: R

moät ACL

BK TP.HCM


VFS (Virtual File System)

VFS cung caáp moät giao dieän ñoàng nhaát ñeán caùc loaïi

file system khaùc nhau

disk

partition

disk

partition

ext2 file system FAT file system NFS file system

ÖÙng duïng

VFS

: goïi haøm/thuû tuïc

open, read,

write, opendir,…

BK TP.HCM


Hieän thöïc file

Caáp phaùt khoâng gian löu tröõ cho

file/directory, muïc tieâu:

söû duïng khoâng gian ñóa höõu hieäu

truy caäp file nhanh

Caùc phöông phaùp caáp phaùt phoå bieán

Caáp phaùt lieân tuïc (contiguous allocation)

Caáp phaùt theo danh saùch lieân keát (linked list

allocation)

Caáp phaùt duøng chæ muïc (indexed allocation)

BK TP.HCM


Caáp phaùt lieân tuïc

Seek time? Di chuyeån ñaàu

ñoïc?

Coù theå truy xuaát ngaãu nhieân

moät block cuûa file: block nr =

start + block offset

Phaân maûnh ngoaïi

Vaán ñeà khi taïo file môùi vaø khi

caàn theâm block cho file

ÖÙng duïng: ISO-9660 (CDROM)

BK TP.HCM


Caáp phaùt theo danh saùch lieân keát

1

1

pointer

data

layout cuûa block

BK TP.HCM


FAT ‟ moät hieän thöïc caáp phaùt theo

danh saùch lieân keát:

Nhöng khoâng löu con troû

ñeán file block tieáp theo

trong block chöùa döõ lieäu

file

FAT (File Allocation Table)

Moãi block ñóa ñöôïc töôïng

tröng bôûi moät entry trong

FAT

Block vôùi block nr i ñöôïc

töôïng tröng bôûi entry vôùi

chæ soá (index) i

Entry chöùa block nr keá

tieáp trong file, neáu file

goàm nhieàu block

no. of disk blocks - 1

BK TP.HCM


Caáp phaùt duøng chæ muïc

Baûng index (index

block)

chöùa ñòa chæ caùc

block cuûa file

thöù töï caùc ñòa chæ

treân trong baûng cuõng

laø thöù töï caùc block

trong file

BK TP.HCM


i-node – moät hieän thöïc cuûa index block

UNIX v7 i-node: 13 pointers

Linux ext2 i-node: 15 pointers

i-node

BK TP.HCM


Quaûn lyù khoâng gian troáng

„ Caùc phöông phaùp

Bit vector (bit map)

Linked list

Grouping

Counting

BK TP.HCM


Phöông phaùp bit vector (bit map)

Öu: Ñôn giaûn vaø hieäu quaû

khi caàn tìm khoái troáng ñaàu

tieân hoaëc chuoãi khoái troáng

lieân tuïc

Thao taùc treân bit

Khuyeát: Caàn khoâng gian

löu tröõ. Ví duï

Kích thöôùc block = 212

bytes

Kích thöôùc ñóa = 230

bytes

n = 230

/212

= 218

bit (32KB)

Ví duï:

bit vector 00111100…

block 0, 1 troáng

block 2, 3, 4, 5 ñaõ ñöôïc caáp

block 6, 7 troáng

…

…

0 1 2 n - 1

bit[ i ] =

0 block i coøn

troáng

1 block i ñaõ ñöôïc

caáp

BK TP.HCM


Phöông phaùp duøng linked list

Phöông phaùp

Lieân keát caùc khoái troáng vôùi

nhau

Chæ caàn giöõ con troû ñeán khoái

nhôù troáng ñaàu tieân treân ñóa

hoaëc cache trong boä nhôù chính

ñeå taêng toác

Öu: Ít laõng phí khoâng gian ñóa

Khuyeát: Khoâng hieäu quaû; trong

tröôøng hôïp xaáu nhaát phaûi

duyeät toaøn boä ñóa ñeå tìm khoâng

gian troáng lieân tuïc

BK TP.HCM


Grouping vaø counting

Phöông phaùp grouping

Ñòa chæ cuûa n khoái troáng ñöôïc löu trong khoái troáng

ñaàu tieân.

Khoái nhôù thöù n chöùa ñòa chæ cuûa n khoái nhôù troáng keá

tieáp.

Phöông phaùp counting

Toå chöùc baûng chæ muïc

moãi entry: ñòa chæ cuûa khoái troáng ñaàu tieân trong

nhoùm khoái troáng lieân tuïc vaø moät soá ñeám soá löôïng

khoái troáng.

Coù theå caáp phaùt hoaëc thu hoài ñoàng thôøi nhieàu khoái

nhôù lieân tuïc.

BK TP.HCM


Grouping vaø counting (tt.)

Ví duï: Phương phaùp linked list

Phương phaùp grouping: n =

3

Block 2 löu 3, 4, 5

Block 5 löu 8, 9, 10

Block 10 löu 11, 12, 13

Block 13 löu 17, 28, 25

Block 25 löu 26, 27

Phöông phaùp counting: noäi

dung index block

2 4

8 6

17 2

25 3

BK TP.HCM


Đia cưng: Hê thông tập tin

Caùc giaûi thuaät ñònh thôøi truy caäp ñóa

Ñònh daïng, phaân vuøng, raw disk

RAID (Redundant Arrays of

Independent (Inexpensive) Disks)

BK TP.HCM


Beân trong ñóa cöùng

BK TP.HCM


Caùc tham soá cuûa ñóa

Thôøi gian ñoïc/ghi döõ lieäu treân ñóa bao goàm:

Seek time: thôøi gian di chuyeån ñaàu ñoïc ñeå ñònh vò

ñuùng track/cylinder, phuï thuoäc toác ñoä/caùch di

chuyeån cuûa ñaàu ñoïc

Rotational delay (latency): thôøi gian ñaàu ñoïc chôø

ñeán ñuùng sector caàn ñoïc, phuï thuoäc toác ñoä quay

cuûa ñóa

Transfer time: thôøi gian chuyeån döõ lieäu töø ñóa vaøo

boä nhôù hoaëc ngöôïc laïi, phuï thuoäc baêng thoâng keânh

truyeàn giöõa ñóa vaø boä nhôù

Disk I/O time = seek time + rotational delay +

transfer time

BK TP.HCM


Ñònh thôøi truy caäp ñóa

YÙ töôûng chính

Saép xeáp laïi traät töï cuûa caùc yeâu caàu ñoïc/ghi ñóa sao

cho giaûm thieåu thôøi gian di chuyeån ñaàu ñoïc (seek

time)

Caùc giaûi thuaät ñònh thôøi truy caäp ñóa

First Come, First Served (FCFS)

Shortest-Seek-Time First (SSTF)

SCAN

C-SCAN (Circular SCAN)

C-LOOK

Ví duï: ñònh thôøi chuoãi yeâu caàu ñoïc/ghi ñóa taïi

cylinder 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67

Ñaàu ñoïc ñang ôû cylinder soá 53

BK TP.HCM


First Come First Served (FCFS)

Haøng ñôïi: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67

Ñaàu ñoïc ñang ôû cylinder soá 53

14 37 53 65 67 98 122 124 183 199

Toång soá track/cylinder

ñaõ duyeät qua: 640

BK TP.HCM


Shortest-Seek-Time First (SSTF)

BK TP.HCM


SCAN (elevator algorithm)

BK TP.HCM


C-SCAN (Circular SCAN)

BK TP.HCM


C-LOOK

BK TP.HCM


Quaûn lyù ñóa: Phaân vuøng (partitioning)

Phaân vuøng: chia ñóa thaønh nhieàu vuøng

(partition), moãi vuøng goàm nhieàu block lieân tuïc.

Moãi partition ñöôïc xem nhö moät “ñóa luaän lyù”

rieâng bieät.

Ñònh daïng luaän lyù cho partition: taïo moät heä

thoáng file (FAT, ext2,…)

Löu caùc caáu truùc döõ lieäu khôûi ñaàu cuûa heä

thoáng file leân partition

Taïo caáu truùc döõ lieäu quaûn lyù khoâng gian

troáng vaø khoâng gian ñaõ caáp phaùt (DOS:

FAT, UNIX: inode table)

BK TP.HCM


Quaûn lyù ñóa: Raw disk

Raw disk: partition khoâng coù heä thoáng file

I/O leân raw disk ñöôïc goïi laø raw I/O

ñoïc hay ghi tröïc tieáp caùc block

khoâng duøng caùc dòch vuï cuûa file system nhö

buffer cache, file locking, prefetching, caáp

phaùt khoâng gian troáng, ñònh danh file, vaø thö

muïc

Ví duï

Moät soá heä thoáng cô sôû döõ lieäu choïn duøng raw

disk

BK TP.HCM


Quaûn lyù khoâng gian traùo ñoåi

(swap space)

Swap space

khoâng gian ñóa ñöôïc söû duïng ñeå môû roäng

khoâng gian nhôù trong kyõ thuaät boä nhôù aûo

Muïc tieâu quaûn lyù: cung caáp hieäu suaát cao

nhaát cho heä thoáng quaûn lyù boä nhôù aûo

Hieän thöïc

chieám partition rieâng, vd swap partition cuûa Linux

hoaëc qua moät file system, vd file pagefile.sys cuûa

Windows

Thöôøng keøm theo caching hoaëc duøng phöông

phaùp caáp phaùt lieân tuïc

BK TP.HCM


Quan ly các khối bị lôi

Tôn tại một sô khôi (sectors) bi lôi:

Ngay sau khi xuât xương: tự sưa băng cach thay thế với cac sectors, tracks dự trữ.

Phat hiên sau một thơi gian sư dung trong hê thông (OS):

Vi du:

Block 87 (logic block) không truy xuât được

Điều khiên đia phat hiên EEC không đúng, bao Os

Os ghi nhận đê lần sau khi reboot thông bao điều khiên đia thay thế

Sau đó vi tri block 87 đa được cập nhật lại

BK TP.HCM


RAID (Redudant Arrays of Independent Disk)

Khi mật độ yêu cầu truy cập đia cao: nghẽn, hoăc “cô chai” hạn chế hiêu năng va tinh ôn đinh cua hê thông

Giai phap: kết hợp nhiều đia (array) truy xuât song hanh: Hiêu năng cai thiên: chia manh dữ liêu va chưa

trên nhiều đia (data striping)

Reliability is improved through redundancy

Tăng độ tin cậy: lưu trữ dư thừa thông tin (Redundant Arrays of Independent Disks, or

RAID)

Có nhiều phương phap đê đap ưng theo tiêu chi lưu dữ thông tin (schemes or levels)

caùc thaønh phaàn cuûa heä thoáng maùy tínhsonsys/os_cql02/sum_up.pdfvaø phuïc hoài heä...

Documents