Bài giảng Hệ điều hành - Chương 4: Quản lý file

Bài giảng Hệ điều hành Chương 4 Quản lý file nêu các khái niệm cơ bản giới thiệu hệ thống tập tin, cung cấp cơ chế, lưu trữ, truy cập dữ liệu và chương trình trên đĩa. Tập hợp dữ liệu có quan hệ với nhau phục vụ cho một chương trình nào đó.

CHƯƠNG 4 QUẢN LÝ FILE

1 Các khái niệm cơ bản

Giới thiệu

3

Hệ thống tập tin

 Cung cấp cơ chế

 Lưu trữ

 truy cập dữ liệu và chương trình trên đĩa

 Đơn vị lưu trữ: tập tin (file)

 Thư mục là 1 dạng tập tin đặc biệt

 Một số hệ thống tập tin hiện nay:

 FAT: FAT12, FAT16, FAT32

 NTFS

 Ext2, ext

 Vfat

 …

Tập tin – phân loại

Thực thi file.exe File chứa mã lệnh dùng để load lên bộ nhớ và thực thi Backup File.bak Backup file

Nguồn File.c File chứa mã nguồn gồm các dòng code, hàm,…

Đối tượng File.o File được tổ chức thành các khối được trình liên kết hiểu

File âm thanh, video,

File text File.txt

Tập tin – thuộc tính

Tên tập tin Loại tập tin Nơi lưu tập tin

Kích thước tập tin

Thời gian

Thuộc tính

7

Tập tin – thuộc tính

 Quyền hạn sử dụng

Tập tin – thuộc tính

 Một số thông tin khác

9

Tập tin – cấu trúc

(a) Chuỗi các bit, byte – file mã hóa (b) Tập các record – file danh sách sinh viên

(c) Dạng cây - BTree

7 Ghi thêm dữ liệu – append

8 Di chuyển đến 1 khối dữ liệu bất kỳ - seek

9 Đọc thuộc tính – get attr

10 Gán thuộc tính – set attr

11 Đổi tên – rename

12 Sao chép – copy

13 Tìm kiếm - search

14 Liệt kê – list, dir

11

Tập tin – phương pháp truy cập

 Giả thiết: có 1 tập tin lưu danh sách sinh viên

 Đặt vấn đề: cần đọc thông tin của sinh viên thứ N

Kích thước mỗi

record

Giải quyết Phương pháp

Giống nhau 1 Tính vị trí logic lưu SV thứ N là

p

2 Di chuyển đến vị trí p và đọc

Truy cập ngẫu nhiên

Thư mục

 Là một tập tin đặc biệt Trong nhiều hệ thống thư mục

được coi như là tập tin

 Giúp cho việc quản lý các tập tin dễ dàng hơn

 Gom nhóm các tập tin vào trong các thư mục theo ý nghĩa và mục đích sử dụng của người dùng

 Giúp định vị các tập tin 1 cách nhanh chóng

www fun

3013

13

Thư mục - Đường dẫn (Path)

 Dùng để xác định vị trí lưu tập tin khi hệ thốngđược tổ chức thành cây thư mục:

 Đường dẫn tuyệt đối:

 Ví dụ: “C:\Downloads\software\baigiang.doc”

 Đường dẫn tương đối:

 Ví dụ: “software\baigiang.doc” nếu thư mục hiện hành là

“C:\Downloads\”

 Các thư mục đặc biệt:

 Thư mục hiện hành (.)

 Thư mục cha ( )

2 Tổ chức thông tin trên đĩa từ

Đĩa từ - cấu trúc

read-write head

track sectors

Đĩa từ - cấu trúc

Cấu trúc vật lý của đĩa từ:

Hình tròn, gồm nhiều mặt gọi là head.

Mỗi mặt có nhiều đường tròn đồng tâm gọi là

track.

Trên các đường tròn (track) được chia thành các cung tròn gọi là sector.

Tập các track đồng tâm gọi là cylinder

Mỗi mặt có 1 đầu đọc để đọc ghi dữ liệu

Mỗi lần đọc/ghi ít nhất 1 cung tròn (512B).

17

Đĩa từ - cấu trúc

 Vị trí của mỗi sector trong đĩa được thể hiện bằng

3 tham số : {sector, track, head}

 Head được đánh số từ trên xuống bắt đầu từ 0.

 Track được đánh số từ ngoài vào bắt đầu từ 0.

 Sector được đánh số bắt đầu từ 1 theo chiều ngược với chiều quay của đĩa.

 Mỗi lần đọc ghi N sector

Đĩa từ - cấu trúc

Head 0 Head 2

19

Đĩa từ - dung lượng đĩa

 Kích thước đĩa phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Số mặt từ, head

 Số track trên mỗi mặt từ

 Số sector trên mỗi track

 Kích thước (byte) trên mỗi track.

Đĩa từ - tổ chức đĩa

 Các thông số trên đĩa mềm 1.44MB:

 2 head, 80 track/head, 18 sector/track.

 Dung lượng đĩa = 2 head/disk *80 track/head *18 sector/track = 2880 sector/disk = 0.5 KB/sector *

2880 sector/disk = 1440 KB/disk (~ 1.4MB)

 Sector logic: 0 đến 2879 và tương ứng với các sector vật lý như sau:

 Sector 0 17 tương ứng với sector vật lý (1,0,0) (18,0,0)

 Sector 18 35 tương ứng với sector vật lý (1,0,1) (18,0,1)

 …

 Sector 2879 tương ứng với sector vật lý (18,79,1).

21

Đĩa từ - thuật toán đọc đĩa

TRUY XUẤT ĐĨA CỨNG

 3 yếu tố ảnh hưởng thời gian truy xuất đĩa

Seek time: thời gian di chuyển đầu đọc tới track

Latency: thời gian để quay đĩa sao cho sector cần đọc

nằm dưới đầu đọc

Transfer time: thời gian đọc/ ghi dữ liệu lên sector

 Thực tế:

 Seek time >> latency time > transfer time

 Tối ưu seek time  định thời truy xuất đĩa

 Tối ưu latency time:

 Làm đĩa nhỏ, quay nhanh hơn, lưu trữ dữ liệu liên quan gần nhau

 Chọn kích thước sector, nơi lưu trữ các file thường dùng hợp lý

23

CÁC GIẢI THUẬT ĐỊNH THỜI ĐĨA

 Bài toán: Cóù n yêu cầu đọc đĩa ở các track khác nhau x1, x2, … , xN vào các thời điểm tương ứng t1, t2, …, tN

 phục vụ các yêu cầu đó vào thời điểm nào?

 Tiêu chuẩn đánh giá

 Công bằng

 Hiệu suất cao

 Thời gian đáp ứng trung bình thấp

 Dự đoán được thời gian phục vụ

 Một số giải thuật tiêu biểu:

 FCFS

First Come First Serve - FCFS

Phục vụ theo thứ tự yêu cầu

Đơn giản nhưng không đáp ứng tốt dịch vụ

7

21 8

24

scheduling queue

Shortest Seek Time First - SSTF

 Chọn nhu cầu gần với vị trí hiện hành nhất.

 Có nhiều yêu cầu chờ chờ…và chờ…

 Nguyên tắc:

 Tương tự thuật toán SCAN.

 Chỉ khác khi di chuyển đến 1 đầu của đĩa thì trở về

vị trí bắt đầu của đĩa.

12 14 2 7 21 8 24

Các khối cần đọc (đầu đọc hiện tại tại vị trí 11):

29

LOOK – C-LOOK

 Nhận xét:

 Hai thuật toán lập lịch SCAN và C-SCAN luôn luôn

di chuyển đầu đọc của đĩa từ đầu này sang đầu kia

và di chuyển đến khối cuối cùng ở mỗi hướng.

 Nguyên tắc:

 Giống SCAN và C-SCAN nhưng chỉ di chuyển đầu đọc đến khối xa nhất chứ không đến cuối.

LOOK – C-LOOK

Các khối cần đọc (đầu đọc hiện tại tại vị trí 11):

12 14 2 7 21 8 24

31

3 Hệ thống quản lý tập tin trên

Windows

° Phân hoạch đĩa cứng theo chuẩn Basic Disk

(Tối đa 4 Primary Partitions hoặc 3 Primary Partitions + 1 Extended Partition, trong số đó có 1 Active Partition)

Master Boot Record

MBR Partition 1 Partition 2 Partition 3 Partition 4

BR

Boot Record (Sector)

FAT1 FAT2 RootDir

Thư mục Gốc Đầu mục (Directory Entry) trỏ đến tập tin hay thư mục con

2 3 Các liên cung (Cluster) dữ liệu

1 Cluster= n Sector

1 Sector= 512 Bytes

FAT File System

33

° Ổ đĩa NTFS trong Windows 2000/XP/2003

– Simple Volume: Ổ đơn dựa trên 1 vùng nhớ của

Dynamic Disk (phân biệt với Basic Disk ).

Một đĩa cứng có thể phân hoạch thành nhiều ổ đơn.

– Spanned Volume: Ổ ghép trải trên nhiều ổ đơn.

– Striped Volume: Ổ song song Nội dung mỗi tập tin

rải trên nhiều ổ đơn Còn gọi là RAID-0

– Mirrored Volume: Ổ ánh xạ gương Bao gồm 1 ổ đơn

được ánh xạ tự động sang 1 ổ đơn khác Còn gọi là

RAID-1

– RAID-5 Volume (Redundant Array of Inexpensive

Disks): Trải trên 3 hoặc hơn ổ đĩa đơn Dữ liệu được rải trên các ổ đĩa thành phần cùng với thông tin chẵn lẻ (parity) để đảm bảo khả năng kháng lỗi (fault

tolerance) mà Striped Volume không làm được.

Master Boot Record

STT Số bytes Nội dung

1 1 Chỉ thị Partition (80h = Active, 00h = Không Active)

2 1 Head bắt đầu

3 2 Cylinder bắt đầu (10 bits), Sector bắt đầu (6 bits)

4 1 Chỉ thị hệ thống (Nhận diện HĐH)

5 1 Head kết thúc

6 2 Cylinder kết thúc (10 bits), Sector kết thúc (6 bits)

7 4 Sector lô-gic bắt đầu (tương đối với sector đầu tiên)

8 4 Tổng số sector của Partition

– Chứa chương trình Khởi động , Đọc bảng mô tả các Partition trên đĩa , Tìm Active Partition , Chọn HĐH , Chuyển điều khiển cho chương trình trong Boot Record của Partition vừa chọn.

– Mỗi Partition được mô tả bằng 16 bytes sau:

37

Boot Record

1 3 Lệnh nhảy đến đầu đoạn mã boot của Boot Record

2 8 Tên và số hiệu phiên bản HĐH (ví dụ: MS DOS 6.0)

3 2 Số bytes / Sector (thường là 512 bytes)

4 1 Số Sector / Cluster

6 1 Số bảng FAT (thường là 2)

7 2 Số đầu mục (Directory Entry) trong Thư mục gốc

8 2 Tổng số sector của Partition

9 1 Nhận dạng thiết bị (ví dụ: F8 h -> Đĩa cứng)

10 2 Số sector / bảng FAT

11 2 Số sector / rãnh (track)

12 2 Số đầu đọc (head)

13 4 Số sector ẩn (hidden sectors)

14 4 Tổng số sector của Partition

15 1 Số đĩa vật lý

Cấu trúc Directory Entry trong hệ tập tin

FAT12 và FAT16

Nếu tên tập tin bắt

đầu bằng mã E5 h,

tập tin đã bị loại bỏ

Thời gian cập nhật gần nhất:

- Giờ ( 5 bit), Phút ( 6 bit), Giây ( 5 bit)

- Ngày ( 5 bit), Tháng ( 4 bit), Năm ( 7 bit)

39

Cấu trúc Directory Entry trong hệ tập tin FAT32

Ngày truy cập gần nhất

Nửa cuối của số hiệu Cluster đầu tiên Nửa đầu của số hiệu

Cluster đầu tiên

Các thuộc tính

41

BAD

Không sử dụng cho vùng dữ liệu

vùng dữ liệu.

(cluster tương ứng chưa dùng)

gif

42

Quá trình boot hệ thống

1. POST (Power-On-Self-Test)

2. Tải MBR để đọc thông tin bảng phân vùng

3. Tìm phân vùng “active”

4. Chuyển quyền điều khiển về cho đoạn mã chương

trình nằm trong Boot Record của phân vùng “active”

5. Tải HĐH tại phân vùng “active”

Power on

Reboot

Khởi tạo hệ thống CPU, device controller, main memory, load đoạn code khởi động hđh

43