Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 1 / 50 CHƯƠNG 6 MỨC MÁY HỆ ĐIỀU HÀNH Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 2 / 50 CHƯƠNG 6 MỨC MÁY HỆ ĐIỀU HÀNH 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành 6.2 Bộ nhớ ảo 6.2.1 Việc phân trang - Paging 6.2.2 Thực hiện việc phân trang 6.2.3 Phương pháp Cấp trang khi có yêu cầu và Mô hình tập làm việc 6.3 Các chỉ thị vào/ra ảo - tự đọc Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 3 / 50 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành • Trình thông dịch chạy trên máy mức 1 có thể thông dịch các chương trình được viết bằng ngôn ngữ máy mức 2 • Trình thông dịch chạy trên máy mức 2 có thể thông dịch các chương trình được viết bằng ngôn ngữ máy mức 3.   Chúng ta gọi mức 3 là mức máy hệ điều hành. Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 4 / 50 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành • Mức máy HĐH đã tiến hoá dần lên từ mức máy thông thường: - Hầu hết các chỉ thị của mức máy HĐH cũng có ở mức máy thông thường - Các chỉ thị mức 3 khác, được gọi là các chỉ thị Mức máy HĐH. Thông dịch trực tiếp bằng vi chương trình HĐH thông dịch Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 5 / 50 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành - Hệ điều hành chịu trách nhiệm cấp phát vùng nhớ cho các tiến trình có yêu cầu. Để thực hiện tốt nhiệm vụ này, hệ điều hành cần phải xem xét các khía cạnh: - Sự tương ứng giữa địa chỉ logic và địa chỉ vật lý (physic) : làm cách nào để chuyển đổi một địa chỉ tượng trưng (symbolic) trong chương trình thành một địa chỉ thực trong bộ nhớ chính? - Quản lý bộ nhớ vật lý: làm cách nào để mở rộng bộ nhớ có sẵn nhằm lưu trữ được nhiều tiến trình đồng thời? - Chia sẻ thông tin: làm thế nào để cho phép hai tiến trình có thể chia sẻ thông tin trong bộ nhớ? - Bảo vệ: làm thế nào để ngăn chặn các tiến trình xâm phạm đến vùng nhớ được cấp phát cho tiến trình khác? Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 6 / 50 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành - Các địa chỉ trong chương trình nguồn là địa chỉ tượng trưng, vì thế, một chương trình phải trải qua nhiều giai đoạn xử lý để chuyển đổi các địa chỉ này thành các địa chỉ tuyệt đối trong bộ nhớ chính. - Có thể thực hiện liên kết các chỉ thị và dữ liệu với các địa chỉ bộ nhớ vào một trong những thời điểm sau:  Thời điểm biên dịch  Thời điểm nạp  Thời điểm xử lý Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 7 / 50 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành  Thời điểm biên dịch:  Nếu tại thời điểm biên dịch, có thể biết vị trí mà tiến trình sẽ thường trú trong bộ nhớ, trình biên dịch có thể phát sinh ngay mã với các địa chỉ tuyệt đối.  Nếu sau đó có sự thay đổi vị trí thường trú ban đầu của chương trình, cần phải biên dịch lại chương trình. Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 8 / 50 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành  Thời điểm nạp:  Nếu tại thời điểm biên dịch, chưa thể biết vị trí mà tiến trình sẽ thường trú trong bộ nhớ, trình biên dịch cần phát sinh mã tương đối.  Sự liên kết địa chỉ được trì hoãn đến thời điểm chương trình được nạp vào bộ nhớ, lúc này các địa chỉ tương đối sẽ được chuyển thành địa chỉ tuyệt đối do đã biết vị trí bắt đầu lưu trữ tiến trình.  Khi có sự thay đổi vị trí lưu trữ, chỉ cần nạp lại chương trình để tính toán lại các địa chỉ tuyệt đối, mà không cần biên dịch lại. Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 9 / 50 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành  Thời điểm xử lý:  Nếu có nhu cầu di chuyển tiến trình từ vùng nhớ này sang vùng nhớ khác trong quá trình tiến trình xử lý, thì thời điểm liên kết địa chỉ phải trì hoãn đến tận thời điểm xử lý.  Để thực hiện liên kết địa chỉ vào thời điểm xử lý, cần sử dụng cơ chế phần cứng đặc biệt. Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 10 / 50 6.1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành  Khái niệm không gian địa chỉ được xây dựng trên không gian nhớ vật lý:  Địa chỉ logic: còn gọi là địa chỉ ảo, là tất cả các 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 chương trình.  Không gian vật lý: là tập hợp tất cả các địa chỉ vật lý tương ứng với các địa chỉ ảo. [...]... Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 15 / 6. 2.1 Việc phân trang - Paging • Ví dụ: một máy tính trong đó các chỉ thị có trường địa chỉ 16 bit và có bộ nhớ 40 96 word • Một chương trình chạy trên máy tính này có thể đánh địa chỉ 65 5 36 word bộ nhớ, chứ không phải 40 96 • Khi còn chưa phát minh ra bộ nhớ ảo, phải phân biệt 2 miền địa chỉ: • 0 4095: khả dụng • 40 96 65535: không khả dụng Bộ môn Kỹ thuật máy tính... 6. 1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành   Phương thức liên kết địa chỉ vào thời điểm biên dịch và vào thời điểm nạp: Địa chỉ ảo và địa chỉ vật lý là như nhau Phương thức liên kết vào thời điểm xử lý: địa chỉ ảo và địa chỉ vật lý khác nhau Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 11 / 6. 2 Bộ nhớ ảo • Thời kỳ đầu bộ nhớ máy tính thường nhỏ  chương trình càng bé càng tốt •... riêng để tổ chức lưu trữ bảng trang Đa số các hệ điều hành cấp cho mỗi tiến trình một bảng trang Tuy nhiên phương pháp này không thể chấp nhận được nếu hệ điều hành cho phép quản lý một không gian địa chỉ có dung lượng quá (232, 264 ): trong các hệ thống như thế, bản thân bảng trang đòi hỏi một vùng nhớ qúa lớn! Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 35 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang  Có hai giải... chỉ ảo được chia thành các trang có kích thước bằng nhau, nằm trong khoảng 512 40 96 Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 20 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang – Ví dụ • Không gian địa chỉ ảo 64 K được chia thành các frame kích thước 4K • Không gian địa chỉ vật lý 32K chia thành các khung trang kích thước 4K • Để thực hiện được bộ nhớ ảo ở mức 2, cần phải sử dụng page table có 16 word, để theo dõi... và dùng vi chương trình thực hiện chuyển đổi bằng lập trình trực tiếp đối với các thanh ghi Tuỳ thuộc vào kiến trúc của mức vi chương trình, chuyển đổi bằng cách này có thể gần nhanh bằng cách chuyển đổi trực tiếp bằng phần cứng mà không đòi hỏi phải có các mạch điện đặc biệt Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 34 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang  Tổ chức bảng trang:   Mỗi hệ điều hành có một... (PTBR) Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 25 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang – Ví dụ Mô hình bộ nhớ phân trang Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 26 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang – Ví dụ Sử dụng thanh ghi nền trỏ đến bảng trang Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 27 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang – Ví dụ    Theo cách tổ chức này, mỗi truy xuất đến dữ liệu hay chỉ thị đều... Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang – Ví dụ Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 29 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang • Hình a: Khi một chương trình truy cập bộ nhớ, đầu tiên nó sẽ sinh ra một địa chỉ 16 bit • 4 bit cao làm số trang ảo • 12 bit thấp làm địa chỉ trong trang ảo đã được chọn  12310 (đc vật lý) là địa chỉ (ảo)22 của trang 3 • Hình b: Mối liên hệ giữa trang... Điện Tử 16 / 6. 2.1 Việc phân trang - Paging • Ý tưởng: tách biệt các khái niệm về không gian địa chỉ và các vị trí nhớ: • Vào bất cứ thời điểm nào 40 96 word bộ nhớ có thể được truy cập trực tiếp, nhưng chúng không nhất thiết phải tương ứng với các địa chỉ từ 0 4095 • 40 96  sử dụng word 0 • 4097  sử dụng word 1 • 8191  sử dụng word 4095 v.v Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 17 / 6. 2.1 Việc... nhà khoa học ở Manchester, đề xuất năm 1 961 • Phương pháp thực hiện quá trình overlay một cách tự động • Đầu 1970s bộ nhớ ảo đã trở nên thông dụng Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 12 / 6. 2.1 Việc phân trang - Paging • Ý tưởng: • Phân bộ nhớ vật lý thành các khối có kích thước cố định, bằng nhau: là khung trang - page frame • Không gian địa chỉ được chia thành các khối có cùng kích thước với khung... môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 32 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang Minh hoạ ánh xạ từ không gian chỉ ảo lên không gian bộ nhớ chính: • Trang ảo số 0 nằm ở khung trang số 1 • Trang ảo số 1 nằm ở khung trang số 0 • Trang ảo số 2 không nằm trong bộ nhớ chính v.v Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 33 / 6. 2.2 Thực hiện việc phân trang • Để tăng tốc độ việc chuyển đổi địa chỉ ảo thành địa chỉ . thuật máy tính – Khoa Điện Tử 1 / 50 CHƯƠNG 6 MỨC MÁY HỆ ĐIỀU HÀNH Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 2 / 50 CHƯƠNG 6 MỨC MÁY HỆ ĐIỀU HÀNH 6. 1 Giới. ngữ máy mức 3.   Chúng ta gọi mức 3 là mức máy hệ điều hành. Bộ môn Kỹ thuật máy tính – Khoa Điện Tử 4 / 50 6. 1 Giới thiệu mức máy hệ điều hành • Mức máy