Bài giảng Hệ điều hành - Chương 2: Quản lý nhập xuất - Trần Trung Dũng

Nội dung text: Bài giảng Hệ điều hành - Chương 2: Quản lý nhập xuất - Trần Trung Dũng

1. NỘI DUNG Giới thiệu Bộ điều khiển thiết bị (device controller) Mô hình phân lớp trong quản lý nhập xuất Cơ chế DMA Quản lý lỗi và bảo vệ quá trình nhập xuất Một số thiết bị nhập xuất chuẩn 2
2. NHIỆM VỤ Tạo thành một lớp giao tiếp độc lập thiết bị  Che giấu các chi tiết kỹ thuật của các thiết bị phần cứng  Quản lý và sửa lỗi. Làm cho các thiết bị phần cứng đơn giản và dễ dùng. Cho phép chia sẻ các thiết bị phần cứng  Xây dựng các cơ chế bảo vệ các thiết bị được chia sẻ.  Điều phối thiết bị để phục vụ cho nhiều nhu cầu sử dụng. cùng lúc 4
3. PHÂN LOẠI - 1 Theo mục đích sử dụng:  Các thiết bị giao tiếp: Thiết bị chỉ nhập bàn phím, chuột, joystick Thiết bị chỉ xuất màn hình, máy in, loa Thiết bị vừa nhập vừa xuất card mạng  Các thiết bị lưu trữ Thiết bị vừa xuất, vừa nhập đĩa (cứng/mềm) Thiết bị chỉ xuất CD-ROM 6
4. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUY CẬP IO - 1 HĐH cung cấp thư viện giao tiếp cho các ứng dụng: system calls Các bước thực hiện khi gọi system call read (fd, buffer, nbytes) 8
5. MỘT SỐ WIN32 API SYSTEM CALL 10
6. BLOCKING VS. NON-BLOCKING Blocking – ứng dụng dừng lại cho đến khi hoàn tất thao tác đọc ghi  Ví dụ: Trong thiết bị mạng, nếu muốn ghi 1000 bytes, thì HĐH ghi tất cả các byte cho đến khi ghi hoàn tất.  Nếu thiết bị không thể thực hiện lệnh ghi được (ví dụ hỏng dây nối)? ➔ kết thúc và trả về số bytes đã ghi được. Nonblocking – HĐH đọc và ghi các bytes khi có thể, không cần ứng dụng phải dừng lại. 12
7. SYNCHRONOUS VS. ASYNCHRONOUS Synchronous: các xử lý khác của ứng dụng của người dùng cuối sẽ dừng lại để chờ các thao tác nhập xuất của nó hoàn tất. Asynchronous: các xử lý khác của ứng dụng có thể thực thi song song với các thao tác nhập xuất 14
8. BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ - DEVICE CONTROLLER Mỗi thiết bị nhập xuất:  Thành phần cơ: Bản thân thiết bị  Thành phần điện: bộ điều khiển (controller) Bộ điều khiển:  Trung gian giao tiếp giữa thiết bị và HĐH.  Thông qua bus - hệ thống mạch truyền dẫn.  Công việc: Nhận lệnh từ HĐH Chuyển đổi dãy bit thành các byte và đặt chúng vào trong bộ đệm (buffer) của bộ điều khiển. Báo hiệu cho HĐH khi tác vụ hoàn tất. 16
9. ĐỊA CHỈ GIAO TIẾP THIẾT BỊ HĐH giao tiếp với thiết bị thông qua địa chỉ nhập xuất của bộ điều khiển: 18
10. MÔ HÌNH PHÂN LỚP TRONG QUẢN LÝ NHẬP XUẤT Hệ thống nhập xuất được tổ chức theo từng lớp, mỗi lớp có 1 chức năng nhất định và có sự hỗ trợ liên hoàn lẫn nhau 20
11. TRÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ Chức năng:  Nhận yêu cầu từ phía lớp phần mềm độc lập thiết bị.  Chuyển đổi yêu cầu trừu tượng này thành cụ thể.  Điều phối yêu cầu này cho bộ điều khiển thiết bị (device controller).  Giám sát thực hiện yêu cầu. Ví dụ:  HĐH muốn đọc tập tin io.sys trên đĩa ở thư mục C:\.  Trình điều khiển đĩa phải hiểu là cần đọc khối nào.  Trình điều khiển đĩa chuyển yêu cầu này cho bộ điều khiển đĩa.  Bộ điều khiển đĩa phải kiểm tra hoạt động của motor đĩa, xác định đầu đọc đã đúng vị trí chưa. 22
12. BỘ KIỂM SOÁT NGẮT - INTERRUPT HANDLER - 1 Tương tác giữa HĐH và các thiết bị phần cứng đều được thực hiện thông qua cơ chế ngắt (interrupt). Bộ kiểm soát ngắt sẽ tiếp nhận các ngắt từ HĐH và ứng dụng của người dùng cuối. Dựa trên bảng “Interrupt vector” để phân phối các ngắt đến các bộ điều khiển thiết bị tương ứng. Quản lý và giám sát quá trình thực hiện ngắt. Nhận ngắt thông báo quá trình nhập xuất hoàn tất hoặc có lỗi xảy ra trong quá trình nhập xuất từ bộ điều khiển thiết bị để chuyển lên cho HĐH. 24
13. NỘI DUNG Giới thiệu Bộ điều khiển thiết bị (device controller) Mô hình phân lớp trong quản lý nhập xuất Cơ chế DMA Quản lý lỗi và bảo vệ quá trình nhập xuất Một số thiết bị nhập xuất chuẩn 26
14. CƠ CHẾ DMA Không lãng phí CPU cho việc chuyển đổi dữ liệu bộ đệm sang bộ nhớ 28
15. NỘI DUNG Giới thiệu Bộ điều khiển thiết bị (device controller) Mô hình phân lớp trong quản lý nhập xuất Cơ chế DMA Quản lý lỗi và bảo vệ quá trình nhập xuất Một số thiết bị nhập xuất chuẩn 30
16. QUẢN LÝ LỖI & BẢO VỆ NHẬP XUẤT THIẾT BỊ Quản lý:  Khi gặp lỗi trong quá trình nhập xuất, các bộ điều khiển thiết bị sẽ trả về cho HĐH mã lỗi tương ứng  HĐH diễn dịch mã lỗi trả về để có phương án giải quyết thích hợp.  HĐH cũng diễn dịch và lưu vào nhật ký hệ thống (system log) các lỗi tương ứng để giúp người quản trị hệ thống giám sát lỗi và phục hồi. 32
17. MÀN HÌNH Thiết bị xuất chuẩn:  Ký tự hay đồ hoạ  Khả năng hiển thị: Độ phân giải: Ví dụ : 25 x 80 ký tự hay 800 x 600 x 256 màu. Độ làm tươi: 30-60 lần/giây. 34
18. MÁY IN – MÁY QUÉT Máy in  Máy in dòng, máy in điểm, máy in phun, in laser.  Tốc độ đẩy dữ liệu chậm  Hướng ký tự Máy quét  Số hoá các tài liệu in thành các dữ liệu số dưới dạng ảnh bitmap.  Tốc độ quét chậm 36
19. CARD MẠNG – ĐỒNG HỒ Card mạng: thiết bị giao tiếp mạng  hỗ trợ cho quá trình truyền nhận các luồng/gói dữ liệu. Đồng hồ hệ thống (clock) và bộ định giờ (timer)  Cung cấp thời gian hệ thống để giúp đồng bộ hoá các hoạt động trên máy tính. 38