Giáo trình môn Hệ điều hành

ư sau: 
98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67 
Giả sử hiện tại đầu đọc đang ở vị trí 53. Như vậy đầu đọc lần lượt đi qua các khối 
53, 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67 như hình sau: 
Hình 10.7 Phương pháp FCFS 
b. Lập lịch SSTF (shortest-seek-time-first) 
Thuật toán này sẽ di chuyển đầu đọc đến các khối cần thiết theo vị trí lần lượt gần 
với vị trí hiện hành của đầu đọc nhất. Ví dụ: cần đọc các khối như sau: 
98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67 
Giả sử hiện tại đầu đọc đang ở vị trí 53. Như vậy đầu đọc lần lượt đi qua các khối 
53, 65, 67, 37, 14, 98, 122, 124 và 183 như hình sau: 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 167 
Hình 10.8 Phương pháp SSTF 
Với ví dụ này, thuật toán SSTF làm giảm số khối mà đầu đọc phải di chuyển là 
208 khối. 
c. Lập lịch SCAN 
Theo thuật toán này, đầu đọc sẽ di chuyển về một phía của đĩa và từ đó di chuyển 
qua phía kia. Ví dụ: cần đọc các khối như sau: 
98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67 
Giả sử hiện tại đầu đọc đang ở vị trí 53. Như vậy đầu đọc lần lượt đi qua các khối 
53, 37, 14, 0, 65, 67, 98, 122, 124 và 183 như hình sau: 
Hình 10.9 Phương pháp SCAN 
Thuật toán này còn được gọi là thuật toán thang máy. Hình ảnh thuật toán giống 
như hình ảnh của một người quét tuyết, hay quét lá. 
d. Lập lịch C-SCAN 
Thuật toán này tương tự như thuật toán SCAN, chỉ khác là khi nó di chuyển đến 
một đầu nào đó của đĩa, nó sẽ lập tức trở về đầu bắt đầu của đĩa. Lấy lại ví dụ trên, khi 
đó thứ tự truy xuất các khối sẽ là: 53, 65, 67, 98, 122, 124, 183, 199, 0, 14, 37 như hình 
sau: 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 168 
Hình 10.10 Phương pháp C-SCAN 
e. Lập lịch LOOK: 
Nhận xét rằng cả hai thuật toán lập lịch SCAN và C-SCAN luôn luôn chuyển đầu 
đọc của đĩa từ đầu này sang đầu kia. Nhưng thông thường thì đầu đọc chỉ chuyển đến 
khối xa nhất ở mỗi hướng chứ không đến cuối. Do đó SCAN và C-SCAN được chỉnh 
theo thực tế và gọi là lập lịch LOOK. Như hình sau: 
Hình 10.11 Phương pháp LOOK 
Lựa chọn thuật toán lập lịch: 
Với những thuật toán lập lịch, vấn đề là phải lựa chọn thuật toán nào cho hệ thống. 
Thuật toán SSTF thì rất thông thường. Thuật toán SCAN và C-SCAN thích hợp cho 
những hệ thống phải truy xuất dữ liệu khối lượng lớn. Với bất kỳ thuật toán lập lịch nào, 
điều quan trọng là khối lượng về số và kiểu khối cần truy xuất. Ví dụ, nếu số khối cần 
truy xuất là liên tục thì FCFS là thuật toán tốt. 
3. Quản lý lỗi 
Đĩa là đối tượng mà khi truy xuất có thể gây nhiều lỗi. Một trong số các lỗi thường 
gặp là: 
❖ Lỗi lập trình: yêu cầu đọc các sector không tồn tại. 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 169 
Lỗi lập trình xảy ra khi yêu cầu bộ điều khiển tìm kiếm cylinder không tồn tại, đọc 
sector không tồn tại, dùng đầu đọc không tồn tại, hoặc vận chuyển vào và ra bộ nhớ 
không tồn tại. Hầu hết các bộ điều khiển kiểm tra các tham số và sẽ báo lỗi nếu không 
thích hợp. 
❖ Lỗi checksum tạm thời: gây ra bởi bụi trên đầu đọc. 
Bụi tồn tại giữa đầu đọc và bề mặt đĩa sẽ gây ra lỗi đọc. Nếu lỗi tồn tại, khối có 
thể bị đánh dấu hỏng bởi phần mềm. 
❖ Lỗi checksum thường trực: đĩa bị hư vật lý trên các khối. 
❖ Lỗi tìm kiếm: ví dụ đầu đọc đến cylinder 7 trong khi đó phải đọc 6. 
❖ Lỗi điều khiển: bộ điều khiển từ chối thi hành lệnh. 
4. RAM Disks 
Ý tưởng RAM disk khá đơn giản. Thiết bị khối là phần lưu trữ trung gian với hai 
lệnh: đọc một khối và ghi một khối. Thông thường những khối này được lưu trữ trên đĩa 
mềm hoặc đĩa cứng. RAM disk dùng một phần đã định vị trước của bộ nhớ chính để lưu 
trữ các khối. RAM disk có ưu điểm là cho phép truy xuất nhanh chóng (không phải chờ 
quay hay tìm kiếm). Như vậy nó thích hợp cho việc lưu trữ những chương trình hay dữ 
liệu được truy xuất thường xuyên. 
Hình 10.12 Tổ chức RAM disks 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 170 
Hình trên mô tả ý tưởng của RAM disk. Một RAM disk được chia làm nhiều khối, 
số lượng tùy thuộc vào dung lượng của vùng nhớ. Mỗi khối có cùng kích thước và vừa 
đúng bằng kích thước của khối thực sự trên đĩa. Khi driver nhận được chỉ thị là đọc hoặc 
ghi một khối, nó sẽ tìm trong bộ nhớ RAM disk vị trí của khối, và thực hiện việc đọc 
hay ghi trong đó thay vì từ đĩa mềm hay đĩa cứng. 
Một ứng dụng RAMDisk trên Windows 
Hình 10.13 Mô hình RAM disk 
5. Interleave 
Bộ điều khiển đọc ghi đĩa phải thực hiện hai chức năng là đọc/ghi dữ liệu và chuyển 
dữ liệu vào hệ thống. Để thực hiện được đồng bộ hai chức năng này, bộ điều khiển đọc 
đĩa cung cấp chức năng interleave. Trên đĩa các sector số hiệu liên tiếp nhau không nằm 
kế bên nhau mà có một khoảng cách nhất định, khoảng cách này được xác định bởi quá 
trình format đĩa. 
Hình 10.14 Hoạt động Interleave với 4 banks 
Ví dụ: giả sử hệ thống chỉ có 17 sector, và interleave được chọn là 4 thì các sector 
được bố trí theo thứ tự như sau: 
1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, 5 
Cách đọc lần lượt như sau: 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 171 
Lần 1: 
1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, 5 
Lần 2: 
1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, 5 
Lần 3: 
1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, 5 
Lần 4: 
1, 14, 10, 6, 2, 15, 11, 7, 3, 16, 12, 8, 4, 17, 13, 9, 5 
Như vậy sau bốn lần thứ tự các sector đọc được vẫn là từ 1 đến 17 
Hình 10.15 Thứ tự lắp đầy vào các bank trong interleave với (n=4) 
V. HỆ THỐNG I/O CHUẨN (TERMINALS) 
Mọi máy tính đều liên lạc với một hay nhiều terminals. Terminals có rất nhiều 
dạng khác nhau. Bộ điều khiển terminals ẩn dấu mọi sự khác biệt, vì vậy phần độc lập 
thiết bị của hệ điều hành và chương trình người sử dụng không cần thiết phải viết lại 
cho mỗi loại terminal. 
1. Phần cứng terminal 
Dưới quan điểm của hệ điều hành, terminal được chia làm hai loại lớn dựa vào 
cách liên lạc với hệ điều hành. Loại thứ nhất bao gồm những loại terminal giao tiếp theo 
chuẩn RS-232 (COM1). Loại thứ hai là những terminal dùng ánh xạ bộ nhớ. Mỗi loại 
được chia làm nhiều loại nhỏ như hình sau: 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 172 
Hình 10.16 Các loại Terminals 
Terminal RS-232 là những thiết bị bao gồm như bàn phím và màn hình. Đây là 
thiết bị giao tiếp tuần tự, mỗi lần một bit. Những terminals này dùng connector 25-pin, 
một pin dùng để chuyển dữ liệu, một pin dùng để nhận dữ liệu, một pin là nền, 22 pin 
còn lại có những chức năng khác nhau, hầu hết thường thường không dùng đến. Để gởi 
một ký tự cho terminal RS-232, máy tính mỗi lần chuyển một bit, ngoài ra có một bit 
bắt đầu, và sau đó có 1 hoặc 2 bit kết thúc để giới hạn một ký tự. Thường thường tốc độ 
vận chuyển là 1200, 2400, 4800, 9600bps. Vì cả máy tính và terminal đều làm việc 
với ký tự mà phải liên lạc với nhau bằng bit nên hệ thống phải thiết kế bộ chuyển đổi 
gọi là UART. Bộ phận này được gắn vào các card giao tiếp của RS-232. 
Hình 10.17 Terminal RS-232 
Để in một ký tự, bộ điều khiển terminal ghi một ký tự lên card giao tiếp, sau đó sẽ 
chuyển cho UART. 
Terminal RS-232 được chia làm nhiều loại. Dạng đơn giản nhất là terminal 
hardcopy(printing). Ví dụ các ký tự được nhập vào từ bàn phím và chuyển cho máy tính. 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 173 
Các ký tự từ máy tính xuất ra máy in. Dạng tương tự như vậy nhưng ký tự được xuất 
trên màn hình gọi là "glass ttys" do đó nó cũng có chức năng tương tự như trên. 
Terminals intelligent dùng trong máy tính nhỏ. Điểm khác biệt với loại trên dưới quan 
điểm hệ điều hành là nó sẽ gữi ký tự ASCII ESC sau những ký tự khác nhau dùng để 
chuyển cursor đến vị trí bất kỳ trên màn hình, chèn một dòng vào giữa màn hình. Blit là 
một terminal có bộ xử lý mạnh và một màn hình có 1024x800 điểm giao tiếp với máy 
tính bằng RS-232. 
2. Terminal ánh xạ bộ nhớ 
Dạng thứ hai của terminal là terminal ánh xạ bộ nhớ. Loại này không giao tiếp với 
máy tính qua đường serial. Nó là một phần của của hệ thống máy tính. Terminal ánh xạ 
bộ nhớ giao tiếp bằng một bộ nhớ đặc biệt gọi là video RAM, là một phần của bộ nhớ 
chính được định vị bởi CPU. 
Hình 10.18 Terminal ánh xạ bộ nhớ. 
Trên card video RAM có một chip gọi là bộ điều khiển video. Chip này sẽ lấy 
thông tin từ video RAM và tạo ra tín hiệu video để điều khiển màn hình. Màn hình tạo 
những tia điện tử quét từ trên xuống dưới. Thường thường có khoảng từ 200 đến 1200 
dòng, trên mỗi dòng có từ 200 đến 1200 điểm. Mỗi điểm được gọi là pixel. Bộ điều 
khiển tín hiệu sẽ xác định mỗi điểm là sáng hay tối. Màn hình màu sẽ có ba tia là đỏ, lục 
và xanh. 
Thông thường màn hình mono xây dựng một ký tự trong một box có chiều rộng là 
9 pixel và chiều cao là 14 pixel (bao gồm khoảng trống giữa những ký tự) như vậy sẽ có 
25 dòng và mỗi dòng có 80 ký tự. Mỗi khung được vẽ lại từ 45 đến 70 lần trong một 
giây. Bộ điều khiển video đặt các dòng 80 ký tự vào trong video RAM. 
Một ví dụ về màn hình ánh xạ ký tự trên máy IBM PC. Một phần bộ nhớ chính bắt 
đầu từ địa chỉ 0xB000 cho màn hình đơn sắc và 0xB800 cho màn hình màu. Mỗi ký tự 
trên màn hình chiếm hai bytes trong bộ nhớ. Byte thấp chứa giá trị ASCII của ký tự, 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 174 
byte cao chứa thuộc tính như màu sắc, nhấp nháy v.v... Màn hình 80x25 sẽ chiếm 4000 
bytes bộ nhớ video RAM 
Hình 10.19 Ánh xạ màn hình. 
Khi CPU ghi một ký tự vào video RAM, nó xuất hiện trên màn hình theo mỗi lần 
hiển thị (1/50 giây cho mono, 1/60 cho màu). CPU có thể nạp 4K ảnh màn hình đã được 
tính trước vào video RAM trong vài phần triệu giây. Với tốc độ 9600 bps, ghi 2000 ký 
tự vào terminal RS-232 mất khoảng 2083 phần triệu giây. Terminal ánh xạ bộ nhớ cho 
phép truy xuất rất nhanh. 
Terminal bit-map tương tự như vậy, ngoại trừ là mọi bit trong video RAM kiểm 
soát mỗi điểm trên màn hình. Màn hình có 1024x800 pixel cần dùng 100 K bộ nhớ 
nhưng khó thiết kế font và kích thước cho ký tự. Bàn phím giao tiếp thông qua cổng 
song song và giao tiếp RS-232. Mỗi khi gõ phím vào, CPU bị ngắt, bộ điều khiển bàn 
phím xác định kiểu ký tự được đọc từ cổng I/O. Đôi khi bàn phím chỉ cung cấp số hiệu 
phím, không phải mã ASCII. Trên IBM PC khi gõ phím A mã ký tự 30 được đưa vào 
thanh ghi I/O. Bộ điều khiển xác định ký tự là chữ hoa hay chữ thường hay là tổ hợp 
phím. 
3. Phần mềm nhập 
Bàn phím và màn hình hầu như độc lập với thiết bị. Công việc cơ bản của bộ điều 
khiển bàn phím là tập hợp các dữ liệu nhập từ bàn phím và chuyển cho chương trình của 
người sử dụng. Khi có một phím được gõ, nó sẽ gây một ngắt, và bộ điều khiển yêu cầu 
ký tự trong suốt quá trình ngắt này. Nếu ngắt được gây ra bởi một lời gọi ngắt của một 
ngôn ngữ lập trình cấp thấp nó sẽ chuyển ký tự này cho chương trình đó. Nó sử dụng 
một buffer trong bộ nhớ chính và một thông điệp để báo cho bộ điều khiển biết đã có ký 
tự nhập. Một khi bộ điều khiển nhận một ký tự, nó sẽ bắt đầu xử lý. Nếu dưới dạng mã 
bàn phím, nó sẽ ánh xạ lại mã ASCII thật. Nếu terminal ở dạng cook, ký tự phải được 
lưu trữ cho tới khi nhận được hết dòng vì người sử dụng có thể xóa một phần nội dung 
của nó. 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 175 
Có hai loại buffer thông thường. Dạng thứ nhất, bộ điều khiển chứa pool chính của 
buffer, mỗi buffer chứa 16 ký tự. Có một cấu trúc dữ liệu liên kết với nó, trong đó có 
chứa một con trỏ trỏ tới chuỗi trong buffer. Khi ký tự chuyển cho chương trình, nó sẽ 
được loại khỏi buffer. Dạng thứ hai là buffer trực tiếp có cấu trúc dữ liệu vì nếu tổ chức 
theo dạng thứ nhất sẽ không đủ bộ nhớ. Hình sau cho biết sự khác biệt giữa hai cách 
như hình sau: 
Hình 10.20 Hai dạng cấu trúc dữ liệu Terminal 
Mặt dù màn hình và bàn phím là hai thiết bị logic riêng biệt, nhưng mọi người đều 
quen với việc gõ ký tự và xem nó xuất hiện trên màn hình. Một số terminal cho phép tự 
động hiển thị lên màn hình những gì vừa gõ hoặc chỉ là những dấu. khi gõ password. 
Một số terminal không hiển thị ký tự được gõ do đó phải dựa vào phần mềm để hiển thị 
input, xử lý này gọi là echoing. 
Echoing phức tạp vì chương trình phải xuất lên màn hình khi người dùng gõ vào. 
Bộ điều khiển bàn phím phải kiểm soát không cho ghi chồng lên output của chương 
trình. Echoing cũng gặp khó khăn khi người nhập gõ nhiều hơn 80 ký tự trên màn hình 
80 ký tự một dòng. Một vấn đề khác là xử lý tab. Bộ điều khiển phải tính toán vị trí hiện 
thời cursor sau đó tính toán để chuyển cho chương trình và cho echoing và tính toán bao 
nhiêu khoảng trống phải hiển thị. Vấn đề tiếp theo là phải xử lý carriage return và line 
feed để chuyển cursor qua đầu dòng mới. Việc xử lý này tùy thuộc vào các hệ điều hành 
khác nhau. Ngoài ra phải kiểm soát tổ hợp ký tư và những ký tự xoá, lùi, hay các phím 
chức năng. 
4. Phần mềm xuất 
Phần mềm xuất thì đơn giản hơn nhập nhưng ở hai dạng thiết bị terminal RS-232 
và ánh xạ bộ nhớ là khác nhau. Phương pháp thông thường của terminal RS-232 là có 
một buffer xuất cho mỗi loại terminal. Dạng buffer có thể là pool như buffer nhập hay 
là dạng tận hiến như input. Khi chương trình ghi lên terminal, trước tiên nó xuất lên 
Giáo trình hệ điều hành 
Trang 176 
buffer. Sau khi đã xuất lên buffer, ký tự đầu tiên được xuất, sau đó bộ điều khiển tạm 
dừng, khi có một ngắt phát sinh, ký tự tiếp theo sẽ được xuất, và cứ tiếp tục như vậy. 
Với terminal ánh xạ bộ nhớ, vấn đề đơn giản hơn. Những ký tự được in được xuất 
một lần từ chương trình người dùng được xuất lên video RAM. Với một số kýtự sẽ được 
xử lý đặc biệt. Ví dụ: backspace, carriage return, line feed, và bell (CTRL-G). Bộ điều 
khiển ánh xạ bộ nhớ, lưu giữ trong phần mềm vị trí của video RAM, vì vậy những ký tự 
in được được xuất trên đó theo thứ tự, các ký tự đặc biệt cũng được cập nhật thích hợp. 
Khi một line feed được xuất tại cuối dòng của màn hình, màn hình sẽ cuộn. Thường 
thường phần cứng cung cấp một số giúp đỡ ở đây. Hầu hết những bộ điều khiển màn 
hình chứa một thanh ghi xác định vị trí của video RAM để bắt đầu đặt các byte vào dòng 
đầu tiên của màn hình. Phần mềm soạn thảo màn hình phải có nhiều xử lý phức tạp hơn 
là chỉ xuống dòng. Để tương thích, một số bộ điều khiển terminal hỗ trợ một số xử lý, 
thông thường là: 
❖ Di chuyển cursor lên, xuống, trái, phải của một vị trí. 
❖ Di chuyển cursor đến vị trí x,y. 
❖ Chèn một ký tự hay chèn một dòng. 
❖ Xóa một ký tự hay một dòng. 
❖ Cuộn màn hình lên hoặc xuống n dòng. 
❖ Xoá màn hình từ vị trí cursor đến cuối dòng hoặc màn hình. 
❖ Tạo tương phản, gạch dưới, nhấp nháy, hay mode thường. 
❖ Tạo, hủy, di chuyển quản trị các cửa sổ. 
Bài tập 
Giả sử đĩa có 2 side, mỗi side có 1024 track, mỗi track có 32 sector. Tốc độ xoay 
của đĩa là 6000 vòng/phút. Thời gian di chuyển giữa các track là 100ms. Giả sử thời 
gian đọc và chuyển dữ liệu là không đáng kể. Cho biết để truy xuất tất cả sector logic 
sau phải tốn bao lâu: 
34, 16, 120, 14, 86, 200, 79, 300, 8, 500, 170, 450, 1000, 380, 800 
Biết: Sector = Seclog / SecTrk + 1 
 Side = (Seclog/SecTrk) / SideNo 
 Track = (Seclog/(Sectrk *SideNo)) 
 Với Seclog là sector logic, SideNo là số side, Sectrk là số sector trên 1 track.