Giáo trình Nguyên lý hệ điều hành: Phần 2

Giáo trình Nguyên lý hệ điều hành: Phần 2 cung cấp cho người học các nội dung về quản lý bộ nhớ, quản lý vùng nhớ phụ, quản lý vào ra, hệ thống quản lý file. Tài liệu dành cho các bạn chuyên ngành Công nghệ thông tin và những ai quan tâm đến vấn đề trên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Nguyên lý hệ điều hành: Phần 2 CHƯƠNG 3 :QUẢN LÝ BỘ NHỚ Bộ nhớ chính là thiết bị lưu trữ duy nhất thông qua đó CPU có thể trao đổithông tin với môi trường ngoài, do vậy nhu cầu tổ chức, quản lý bộ nhớ là một trongnhững nhiệm vụ trọng tâm hàng đầu của hệ điều hành . Bộ nhớ chính được tổ chứcnhư một mảng một chiều các từ nhớ (word), mỗi từ nhớ có một địa chỉ . Việc trao đổithông tin với môi trường ngoài được thực hiện thông qua các thao tác đọc hoặc ghi dữliệu vào một địa chỉ cụ thể nào đó trong bộ nhớ. Hầu hết các hệ điều hành hiện đại đều cho phép chế độ đa nhiệm nhằm nângcao hiệu suất sử dụng CPU. Tuy nhiên kỹ thuật này lại làm nảy sinh nhu cầu chia sẻ bộnhớ giữa các tiến trình khác nhau . Vấn đề nằm ở chỗ : « bộ nhớ thì hữu hạn và cácyêu cầu bộ nhớ thì vô hạn ».3.1 Tổ chức vùng nhớ Dung Tốc lượng độ nhỏ nhanh Register Cache1 SRAM Cache2 Main memory DRAM Dung Tốc lượng Disk độ lớn chậm Hình 3.13.2 Mục tiêu của việc quản lý vùng nhớ Cấp phát vùng nhớ cho các tiến trình có yêu cầu và thu hồi vùng nhớ khi tiếntrình thực hiện xong. Quản lý được vùng nhớ rỗi, vùng nhớ bận. - Tại một thời điểm có thể lưu giữ được nhiều tiến trình đồng thời. - Chuyển đổi giữa địa chỉ logic và địa chỉ vật lý (physic) 75 - Chia sẻ thông tin: làm thế nào để cho phép hai tiến trình có thể chia sẻ thôngtin trong bộ nhớ? - Ngăn chặn các tiến trình xâm phạm đến vùng nhớ được cấp phát cho tiến trìnhkhác3.3 Không gian địa chỉ và không gian vật lý Một trong những hướng tiếp cận trung tâm nhằm tổ chức quản lý bộ nhớ mộtcách hiệu qủa là đưa ra khái niệm không gian địa chỉ được xây dựng trên không giannhớ vật lý, việc tách rời hai không gian này giúp hệ điều hành dễ dàng xây dựng cáccơ chế và chiến lược quản lý bộ nhớ hữu hiệu : Địa chỉ logic – còn gọi là địa chỉ ảo , là địa chỉ do bộ xử lý tạo ra. Địa chỉ vật lý - là địa chỉ thực tế mà trình quản lý bộ nhớ nhìn thấy và thao tác. Không gian địa chỉ – là tập hợp tất cả các địa chỉ ảo phát sinh bởi một chươngtrình. Không gian vật lý – là tập hợp tất cả các địa chỉ vật lý tương ứng với các địa chỉảo. Địa chỉ ảo và địa chỉ vật lý là như nhau trong phương thức kết buộc địa chỉ vàothời điểm biên dịch cũng như vào thời điểm nạp. Nhưng có sự khác biệt giữa địa chỉảo và địa chỉ vật lý trong phương thức kết buộc vào thời điểm xử lý. MMU (memory-management unit) là một cơ chế phần cứng được sử dụng đểthực hiện chuyển đổi địa chỉ ảo thành địa chỉ vật lý vào thời điểm xử lý. Chương trình của người sử dụng chỉ thao tác trên các địa chỉ ảo, không bao giờnhìn thấy các địa chỉ vật lý . Địa chỉ thật sự ứng với vị trí của dữ liệu trong bô nhớ chỉđược xác định khi thực hiện truy xuất đến dữ liệu.3.4. Cấp phát liên tục Tiến trình được nạp vào một vùng nhớ liên tục đủ lớn để chứa toàn bộ tiếntrình. Không cho phép chương trình khác sử dụng vùng nhớ dành cho chương trình 3.4.1 Hệ đơn chương 76 Trong phương pháp này bộ nhớ được chia sẻ cho hệ điều hành và một tiến trìnhduy nhất của người sử dụng. Tại một thời điểm, một phần của bộ nhớ sẽ do hệ điềuhành chiếm giữ, phần còn lại thuộc về tiến trình người dùng duy nhất trong hệ thống.Tiến trình này được toàn quyền sử dụng bộ nhớ dành cho nó. Hình 3.2 Tổ chức bộ nhớ trong hệ thống đơn chương Để bảo vệ hệ điều hành khỏi sự xâm phạm tác động của chương trình ngườidung, sử dụng một thanh ghi giới hạn lưu địa chỉ cao nhất của vùng nhớ được cấp chohệ điều hành. Tất cả các địa chỉ được tiến trình người dung truy xuất sẽ được so sánhvới nội dung thanh ghi giới hạn, nếu địa chỉ này lớn hơn giới hạn cho phép thì là hợplệ, ngược lại một ngắt sẽ được phát sinh để báo cho hệ thống về một truy xuất bất hợplệ. Khi bộ nhớ được tổ chức theo cách thức này, chỉ có thể xử lý một tiến trình tạimột thời điểm. Quan sát hoạt động của các tiến trình, có thể nhận thấy rất nhiều tiếntrình trải qua phần lớn thời gian để chờ các thao tác nhập/xuất hoàn thành. Trong suốtthời gian này, ...