Bài giảng Hệ điều hành - Chương 1a: Hệ thống máy tính

Nội dung text: Bài giảng Hệ điều hành - Chương 1a: Hệ thống máy tính

1. Các kỹ thuật thực hiện I/O (tt) ❑ Asynchronous I/O Các hàng đợi (wait queue) I/O 1.A.11
2. Các kỹ thuật thực hiện I/O (tt) ❑ Direct Memory Access (DMA) – CPU gửi yêu cầu đến module DMA (= DMA controller) – Module DMA chuyển một khối dữ liệu giữa bộ nhớ và thiết bị I/O mà không cần CPU can thiệp. – Khi xong một tác vụ gửi nhận thì phát khởi một ngắt quãng. – CPU chỉ tham gia vào giai đoạn khởi đầu và kết thúc của việc truyền nhận dữ liệu – Trong khi đang truyền nhận dữ liệu, CPU có thể thực thi công việc khác – Thích hợp cho các thiết bị có tốc độ cao (đĩa) 1.A.12
3. Cấu trúc & phân cấp hệ thống lưu trữ
4. Hệ thống lưu trữ ❑ Lưu trữ là một trong những dạng thức I/O quan trọng – Bộ nhớ chính (main memory, primary memory) ▪ CPU chỉ có thể truy cập trực tiếp thanh ghi (registers) và bộ nhớ ROM, RAM – Bộ nhớ phụ (secondary storage) ▪ Hệ thống lưu trữ thông tin bền vững (nonvolatile storage) ▪ Đĩa từ (magnetic disks): đĩa mềm, đĩa cứng, băng từ ▪ Đĩa quang (optical disk): CD-ROM, DVD-ROM ▪ Flash ROM: USB disk 1.A.14
5. Phân cấp hệ thống lưu trữ Tốc độ cao vd: file-system data Giá thành thấp Dung lượng lớn 1.A.15
6. Cơ chế caching ❑ Caching – nạp trước dữ liệu vào thiết bị lưu trữ tốc độ cao hơn ❑ Tại sao phải dùng cache? – Chênh lệch lớn giữa tốc độ CPU và tốc độ bộ nhớ RAM, đĩa, – Khai thác nguyên lý cục bộ (locality) ❑ Kích thước cache nhỏ → phải quản lý cache: thay nội dung cache ❑ Trong cơ chế caching, một dữ liệu có thể được lưu trữ nhiều nơi → phải bảo đảm tính nhất quán dữ liệu: cache coherency problem A: dữ liệu 1.A.16
7. Bảo vệ phần cứng – dual mode ❑ Cơ chế dual-mode: cần có phần cứng hỗ trợ – User mode – thực thi với quyền hạn của user bình thường – Kernel mode (còn gọi là supervisor mode, system mode, monitor mode) – có toàn quyền truy xuất tài nguyên hệ thống Phần cứng có thêm mode bit để kiểm soát mode hiện hành: – mode bit = 0: kernel mode – mode bit = 1: user mode – Khi có ngắt hoặc có lỗi xảy ra, hệ thống sẽ chuyển sang kernel mode. 1.A.17
8. Bảo vệ phần cứng – I/O ❑ Lệnh I/O đều là privileged instruction – Users không được phép tương tác trực tiếp với các thiết bị I/O mà phải thông qua lời gọi system call System call – Là phương thức duy nhất để process yêu cầu các dịch vụ của hệ điều hành – System call sẽ gây ra ngắt mềm (trap), quyền điều khiển được chuyển đến trình phục vụ ngắt tương ứng, đồng thời thiết lập mode = 0 (kernel mode). – Hệ điều hành kiểm tra tính hợp lệ, đúng đắn của các đối số, thực hiện yêu cầu rồi trả quyền điều khiển về lệnh kế tiếp ngay sau lời gọi system call, mode = 1. 1.A.18
9. Bảo vệ phần cứng – Bộ nhớ Vd: bảo vệ bộ nhớ dùng 2 thanh ghi - Truy cập bộ nhớ ngoài vùng xác định bởi thanh ghi base và thanh ghi limit sẽ sinh ra trap - Lệnh nạp giá trị cho các thanh ghi base và thanh ghi limit đều là privileged instruction (b) (a) 1.A.19
10. Bảo vệ phần cứng – CPU ❑ Bảo vệ CPU – Bảo đảm OS duy trì được quyền điều khiển – Tránh trường hợp CPU bị kẹt trong các vòng lặp vô hạn Cơ chế thực hiện là dùng timer để kích khởi các ngắt quãng định kỳ – Bộ đếm timer sẽ giảm dần sau mỗi xung clock. – Khi bộ đếm timer bằng 0 thì ngắt timer được kích hoạt → hệ điều hành sẽ nắm quyền điều khiển. ❑ Lệnh nạp giá trị bộ đếm timer là một privileged instruction. 1.A.20
11. Timer ❑ Có thể sử dụng timer để thực hiện cơ chế time-sharing. – Thiết lập timer gây ngắt định kỳ N ms (N: time slice, quantum time) và định thời CPU sau mỗi lần ngắt. ❑ Có thể dùng timer để tính thời gian trôi qua (elapse time) 1.A.21