Chương 4:Quản lí vào ra

Nguyên lí chung về quản lí vào ra trong HĐH

-Phân cấp quản lí giữa CPU và ngoại vi (trung ương với địa phương)

+CPU chỉ thực hiện vào ra ở mức logic

+Ngoại vi thực hiện vào ra ở mức vật lí

+Khi cần thực hiện vào ra CPU tạo ra ngắt yêu cầu bằng cách đưa ra lời gọi ngắt (ngắt mềm)

+Thực hiện vào ra xong ngoại vi phát sinh ngắt báo cáo(ngắt cứng)

-Để thực hiện vào ra , HĐH xây dựng 2 hệ thống con:

+Hệ thống quản lí tệp

+Hệ thống quản lí thiết bị.

Bài 1: Hệ thống quản lí tệp:

1.Các thành phần cơ bản

-Thành phần giao tiếp giữa người với máy:

+Yêu cầu đối với thành phần này:thân thiệt,thuận tiện,dễ sử dụng

+HĐH hỗ trợ người sử dụng ở 2 mức :

Mức điều hành: Hỗ trợ các macro cho điều hành viên(delete, copy,cut)

Mức lập trình: Hỗ trợ các macro lập trình: open,close,read,write;

-Thành phần quản lí các truy nhập tệp:

+Căn cứ vào các dặc trưng vật lí của thiết bị để xây dựng các phương pháp truy nhập nhằm đảm bảo thời gian truy nhập thông tin trên thiết bị.

-Thành phần liên kết các trình thiết bị điều khiển:

+Làm nhiệm vụ chuyển giao các dữ liệu ,yêu cầu xử lí từng ứng dụng người dùng cho đến các thiết bị

+Yêu cầu: nội dung phần này có tính chuẩn hóa cao,tốc độ thực hiện nhanh.

2.Cách dịch vụ cơ bản

-Dịch vụ đặt tên: HĐH cung cấp cho người sử dụng quy cách đặt tên cho tệp tin. Quy cách này tùy thuộc vào từng HĐH khác nhau

-Dịch vụ thư mục(DIRECTORY) hỗ trợ người sử dụng quản lí tệp tin, đảm bảo tính riêng tư của người sử dụng, đưa ra chế độ bảo mật trong Windows. Khái niệm FOLDER có ý nghĩa rộng hơn.

-Dịch vụ quản trị hệ thống: hỗ trợ phân quyền người sử dụng, cho phép người sử dụng truy nhập tệp tin như thế nào? Quyền truy cập là gì? Các dịch vụ mở rộng như: dịch vụ truyền File FTP, các dịch vụ mạng.

-Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu(CSDL) :

+CSDL là kho dữ liệu có cấu trúc được tổ chức theo mô hình dữ liệu xác định.Mô hình dữ liệu là 1 phương thức tổ chức như:

Mô hình đẳng cấp

Mô hình phân cấp

Mô hình mạng

Mô hình quan hệ

+Hệ quản trị CSDL (DBMS) là công cụ cho phép tạo lập,cập nhật , truy vấn tới Database.

3.Vấn đề tối ưu hóa vào ra:

a.Mục tiêu: Giảm thời gian trao đổi giữa thiết bị ngoại vi với hệ thống.

b.Biện pháp:

*Kết khối dữ liệu:

-Gom kết nhiều bản ghi logic thành 1 bản ghi vật lí sao cho phù hợp với kiến trúc vật lí của thiết bị.

-Phương thức chung: việc kết khối có thể tiến hành ở mức người dùng hoặc HĐH, ai kết khối thì người đó phải phân rã khối.

-Có 5 phương pháp kết khối:

(1)Dạng F(Fixed): mỗi bản ghi vật lí có 1 bản ghi logic,độ dài bản ghi ko thay đổi.

(2)Dạng FB(Fixed Block) một khối nhiều bản ghi độ dài giống nhau.

(3)Dạng V(Variant) bản ghi có độ dài thay đổi đầu vào mỗi bản ghi có 1 trường ghi lại độ dài.

(4)Dạng VB(Variant Block) ở đầu mỗi khối có 1 trường ghi độ dài khối.

(5)Dạng U(Undefined) Bản ghi có độ dài không xác định->cuối bản ghi luôn có kí hiệu kết thúc.

*Kĩ thuật vùng đệm: (Buffer)

-Khái niệm:Vùng đệm là vùng bộ nhớ liên tục ở bộ nhớ trong hoặc trên đĩa từ, được dùng làm nơi trung chuyển thông tin giữa CPU với ngoại vi.

Sơ đồ:

-Vai trò của vùng đệm:

+Hỗ trợ phân cấp quản lý giữa CPU với ngoại vi

+Tăng hệ số hoạt động song song của các thiết bị

+Đồng bộ hóa giữa truyền và xử lý thông tin: có 2 tình huống cần đồng bộ hóa có thể xảy ra:

Tốc độ truyền tin chậm,CPU phải đợi chờcần buffer

Tốc độ truyền tin nhanh,phức tạp,CPU ko đáp ứng kịpcần buffer

+Trong vùng đệm có các loại phòng đệm: Vào ,Ra, Xử lý. Ngoài ra còn có Spool(1 loại phòng đệm đặc biệt)

Chi tiết:

-Quản lý vòng đệm vào:

Nguyên tắc: Khi gặp lệnh nhập tin,HĐH quan sát bộ đệm, nếu còn thông tin thì đưa vào xử lý ngay(thiết bị ko phải làm việc), ngược lại phát sinh ngắt yêu cầu(ngắt mềm),thiết bị thực hiện vào ra xong -> phát sinh ngắt báo cáo(ngắt cứng)

-Quản lý vòng đệm ra:

Nguyên tắc: khi đưa thông tin ra ngoài, HĐH quan sát bộ đệm, nếu còn chỗ, đặt tiếp thông tin vào bộ đệm, nếu hết chỗ thì phát sinh ngắt yêu cầu để thiết bị giải phóng bộ đệm, sau đó mới đặt tiếp thông tin vào bộ đệm

-Spool:

Có 3 dòng xếp hàng:

+Dòng xếp hàng vào.

+Dòng xếp hàng chờ

+Dòng xếp hàng ra.

Mỗi dòng xếp hàng có 2 thành phần:

+Dòng xếp hàng các khối điều khiển

+Dòng xếp hàng nơi lưu trữ dữ liệu

+Spool cũng là một loại vòng đệm đặc biệt để dùng tổ chức các dòng xếp hàng trong hệ thống.Về bản chất thì nó là những vùng bộ nhớ liên tục, thường ở trên đĩa từ. Nó được phục vụ bởi chương trình điều phối công việc và theo nguyên tắc lập lịch.

*Các phương pháp truy nhập:

-Tùy thuộc vào đặc trưng vật lí của thiết bị,HĐH lưạ chọn phương pháp điều khiển truy nhạp thích hợp nhằm tối ưu hóa thời gian vào ra.

-Từ mục đích đó ta có 5 phương pháp:

+QSAM(Queue Sequential Access Method) :Áp dụng cho mọi thiết bị

Ghi tuần tự,đọc tuần tự

Bổ xung vào cuối tệp(phải chép sang tệp mới và bổ sung ở tệp mới)

Sửa 1 phần tử (phải chép sang tệp mới và sửa ở tệp mới)

+QISAM(Queue Index Sequential Access Method) : Dùng cho thiết bị từ tính như băng từ đĩa từ....

Nguyên tắc truy nhập: Mọi phân tử của 1 bộ dữ liệu có nhiều thuộc tính. Khi truy nhập sẽ theo 1 khóa nào đó(khóa có thể là 1 hay nhiều thuộc tính). Để truy cập nhanh với 1 khóa người ta thường xây dựng 1 tệp(tệp Index hay tệp chỉ dẫn) gồm 2 trường (khóa,vị trí lưu trữ). Tìm kiếm trên khóa theo phương pháp nhị phânbiết vị trí lưu trữ. Truy nhập đến vị trí lưu trữ đó.

+BSAM(Basic Sequential Access Method) :Áp dụng cho thiết bị từ tính có sử dụng phòng đệm khi truy nhập

Đối với các tệp mở ra để đọc. Ngay từ khi gặp lệnh mở tệp thì dữ liệu trên tệp đã được làm đầy ở cùng đệm.

+BDAM(Basic Direct Access Method) :Chỉ áp dụng cho đĩa từ và trống từ

Ghi ngẫu nhiên

Đọc ngẫu nhiên

Không phải sai chép sang tệp thứ 2.Tất cả các phép toán chỉ thực hiện trên 1 tệp

+BPAM(Basic Partition Access Method) : Truy nhập song song, chỉ áp dụng cho đĩa từ và trống từ.

Ứng dụng :cơ chế RAID: tác dụng sao lưu nhanh, phục hồi thông tin an toàn.

Chia dữ liệu phân hoạch

Tiến hành truy nhập song song

4.Khối FCB(File Control Block)

-Khi mở 1 tệp, HĐH sẽ cấp phát 1 khối FCB để phục vụ truy nhập tệp.

-Không gian lưu trữ các khối này được khởi tạo ngay từ khi hình thành HĐH (Trong tệp config.sys với lệnh File= "......") quy định số tệp được phép truy nhập đồng thời. Số tệp được phép truy nhập đồng thời của mỗi HĐH là khác nhau.

Trong quá trình truy nhập tệp có thể xảy ra lỗi : "too many files be opened"

Có 2 giải pháp để sửa lỗi trên:

+Tắt các file không cần thiết đang mở.

+Sửa tệp config.sys

-Khối này chứa các thông tin sau:

+Tên tệp và đường dẫn.

+Thuộc tính tệp.

+Địa chỉ lưu trữ tệp: Địa chỉ logic của thiết bị lưu trữ(ổ A,B,C,D....)

Địa chỉ vật lí trên thiết bị đó.

+Phương pháp truy nhập

+Trạng thái tệp(Vị trí đầu ghi,đọc)

+Chương trình điều khiển thiết bị, phục vụ vào ra tệp.

5.An toàn cho các tệp trong HĐH

-Mục tiêu :CIAA

+C: Bí mật với người không có thẩm quyền

+I: Toàn vẹn : Vật lí

Giá trị(Tránh sự truy nhập bất hợp pháp)

+A: Sẵn dùng cho người có thẩm quyền ( Người có thẩm quyền thì muốn dùng là có ngay)

+A: Tính xác thực: Tính đúng đắn của thông tin.

-Nguyên lí xây dựng 1 hệ thống thông tin: 5 bước:

+Bước1: Nghiên cứu hệ thống

+Bước2: Nghiên cứu nguy cơ,điểm yếu. Phân tích khả năng rủi ro(Tính đến các trường hợp xấu nhất)

+Bước3: Xây dựng chính sách an toàn

+Bước4: Xây dựng các giải pháp

+Bước5: Cài đặt , kiểm nghiệm các giải pháp.

- 4 Nguy cơ dẫn đến mất an toàn :

+Thông tin dùng chung.(thông tin có thể bị sao chếp hoặc bộ nhớ bị ghi đè)

+Thiết bị dùng chung(Chung thiết bị găng có thể làm phong tỏa tài nguyên găng lỗi)

+Các bộ dữ liệu dùng chung

+Dịch vụ dùng chung

-Các chính sách an toàn: +Sử dụng phần cứng

+Sử dụng phần mềm

+Sử dụng hỗn hợp

-Giải pháp an toàn:

+Phân mức bảo vệ.

+Share all ỏ not share.

+Bảo mật dựa trên các quyền điều khiển truy nhập.

a.Kĩ thuật sao lưu và phục hồi:

-Tạo nhiều bản sao cho 1 bộ dữ liệu.

-Phục hồi lại dữ liệu nhờ các bản sao đó.

b.An toàn ở dạng lưu trữ:

-Giải pháp chung: Kĩ thuật mã hóa.

+Mã hóa theo thiết bị lưu trữ.(Kiến trúc đĩa)

+Mã hóa theo cấu trúc tệp tin

+Mã mật

-Đối với mã mật: có 2 loại:

+Mã đối xứng: mã hóa và giải mã theo cùng 1 phương pháp. Vdụ: mã cổ điển, mã khối DES

+Mã công khai: mã hóa và giải mã theo các phương pháp khác nhau(mã bất đối xứng). Vdụ: Mã RSA

c.Bảo vệ qua thuộc tính.: Dựa vào 6 thuộc tính của 1 tệp

d.Bảo vệ qua điều khiển truy nhập:

-Xác lập quyền thao tác trên các tệp dữ liệu: Có 7 quyền(Tạo mới,Sao chép(Copy), Xóa(Delete), Cut ,Quản trị,Bổ sung mới,Sửa đổi(Modify)).

-3 mô hình truy nhập: DAC,MAC,RBAC

Ôn tập cuối chương:

Câu 1: Khi nào có lỗi "Too many Files Opened"? Nguyên nhân,khắc phục?

Câu 2: Tại sao cặp lệnh mở và đóng tệp lại là cặp lênh P,V

Câu 3: Quản lí vào ra là gì?Nhiệm vụ? Vấn đề tối ưu hóa trong quản lí vào ra?

Câu 4: Quản lí thiết bị là gì? Mục tiêu,nhiệm vụ?

Câu 5: Truy nhập thông tin trên đĩa từ như thế nào?

Câu 6: An toàn tệp trong HĐH?

Câu 7: Virus là gì? Cơ chế tồn tải, ẩn mình và phá hoại của virus. Phân loại spyware với Virus?

Câu8: Khi in tài liệu thì đường kể bảng bị mờ đi hoặc 1 phần của ảnh bị mờ đi. Giải thích nguyên nhân và cho cách xử lí?

Câu1. -Lỗi "Too many Files Opened" xuất hiện khi có quá nhiều truy nhậpvào hệ thống tệp đồng thời. HĐH quy định số tệp truy nhập đồng thời. Mỗi HĐH khác nhau thì số tệp khác nhau. Quy định này được ghi trong file config.sys(đối với winXP là config.nt) với lệnh "files="

-Cách khắc phục: 2 cách:

+Đóng những tệp không cần thiết

+Sửa tệp config.sys

Câu 2. Tại sao cặp lệnh mở và đóng tệp lại là cặp lênh P,V?

- Khi mở một tệp, hệ điều hành sẽ cấp phát một khối FCB để phục vụ cho việc truy nhập tệp. Về không gian lưu trữ các khối FCB này, nó được hình thành ngay từ khi nạp hệ điều hành (được khai báo trong file config.sys, ở dòng FCBs = ...)

- Ta thấy, các khối FCB này về nguyên tắc cũng giống như tài nguyên găng (tài nguyên hữu hạn khả năng phục vụ nhưng trong một khoảng thời gian nào đó được nhiều tiến trình yêu cầu, cụ thể là các tiến trình mở tệp tin mới, yêu cầu cấp phát khối FCB). Khi có quá nhiều tệp tin mở đồng thời, sẽ xuất hiện lỗi "Too many files open!"

- Phải có giải pháp để điều độ các tiến trình qua đoạn găng này. Hệ điều hành sử dụng kĩ thuật Semaphore để giải quyết bài toán này. Vì thế, các cặp lệnh mở và đóng tệp là các cặp lệnh p,v

Câu3: -Quản lí vào ra là: Phân cấp quản lí giữa CPU và ngoại vi

-Nhiệm vụ chính:

+Gửi mã lệnh điều khiển đến thiết bị.

+Tiếp nhận các yêu cầu ngắt từ thiết bị.

+Phát hiện và xử lí lỗi trong quá trình vào ra(đường truyền hoảng, thiết bị chưa sẵn sàng....)

+Tối ưu hóa thời gian trao đổi giữa thiết bị ngoại vi với hệ thống.

-Tối ưu hóa thời gian vào ra( kết khối dữ liệu và kĩ thuật vùng đệm_ đã trình bày)

Câu4: -Quản lí thiết bị ??

Câu5: Câu6: Như lí thuyết đã có.

Câu7: Virus: là những chương trình hay đoạn mã được thiết kế để tự nhân bản và sao chép chính nó vào các đối tượng lây nhiễm khác .

-Cơ chế tồn tại: Tự nhân bản

-Cơ chế phá hủy: sao chép chính nó vào các đối tượng lây nhiễm khác để phá hủy đối tượng đó.(chiếm quyền các khối điều khiển)

-Cơ chế ẩn mình:

-Tác hại: Làm cạn kiệt bộ nhớ, phá hoại các chương trình, dữ liệu của máy tính.

Phân biệt Virus với Spyware:

-Giống:

+Xuất phát vì những mục đích không tốt.

+Phá hoại máy tính.

+Có cơ chế lây nhiễm

-Khác:

+Spyware thường là phần mền chuyên thu thập thông tin từ máy chủ (mục đích thương mại)

+Virus là đoạn mã phá hoại máy tính

Câu8 . Giải thích hiện tượng khi in tài liệu thì đường kẻ bảng bị mờ hoặc một phần của ảnh bị mờ hoặc mất. Cho cách xử lý:

-Hệ điều hành Windows sử dụng một cơ chế spool để phục vụ việc in ấn. Khi in một tài liệu , đầu tiên trình ứng dụng gửi tạm dữ liệu vào đĩa cứng. Mặc đinh, windows sẽ tạo ra tập tin spool trong folder windows/spool/printers. File spool này là vùng trên đĩa mà windows sử dụng để lưu trữ các printing jobs khi chúng được thực hiện in. Cơ chế spool giúp cho windows có thể trả quyền điều khiển ngay lập tức cho chương trình khi tài liệu đã được in.

-Hiện tượng đã miêu tả ở trên là do:

+File hoặc ảnh mà bạn đang cố gắng in đòi hỏi quá nhiều bộ nhớ. Cho nên khi vào folder spool thì file hoặc ảnh đó không được đưa vào hết, dẫn đến khi in ra bị mờ hoặc mất một phần.

Cách xử lý:

- Tắt tất cả các ứng dụng khác mà bạn đang sử dụng

- Tắt tất cả các tài liệu khác trừ tài liệu mà bạn đang muốn in

- Tắt tất cả các chương trình đang mở và khởi động lại máy

- Xem thử xem bạn có đủ dung lượng đĩa cần thiết không. Nếu thiếu thì có thể sử dụng các chương trình như disk defragment hoặc disk cleanup để giải phóng ổ đĩa.