Giáo trình hướng dẫn phân tích chuyển địa chỉ trong kỹ thuật table indecator kết hợp paging p5

Tham khảo tài liệu ''giáo trình hướng dẫn phân tích chuyển địa chỉ trong kỹ thuật table indecator kết hợp paging p5'', công nghệ thông tin, quản trị mạng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

hoạt động của hệ thống file Một trong những nhiệm vụ quan trọng của hệ thống file là theo dõi việc lưu trữ file trên đĩa, theo dõi và điều hành việc truy cập file của các tiến trình, bảo vệ file và nội dung của file, …Cấu trúc, tổ chức hoạt động và những nhiệm vụ của hệ thống file của hệ điều hành, của các hệ điều hành cụ thể, sẽ được chúng ta xem xét trong chương này

Tổng quan về quản lý tập tin và đĩa

IV.1.1 Tập tin và hệ thống quản lý tập tin

Tập tin (File): Tập tin là đơn vị logic được lưu trữ và xử lý bởi thành phần quản lý

tập tin của hệ điều hành Hệ điều hành cung cấp các công cụ để người sử dụng và

chương trình của người sử dụng có thể lưu trữ tập tin trên thiết bị lưu trữ (đĩa và

các thiết bị media khác) và có thể đọc lại tập tin này nhanh nhất Mỗi tập tin được

hệ điều hành tạo ra một sự tương ứng với một tên cụ thể nào đó, tên tập tin là một

khái niệm trừu tượng, nó tạo ra sự đồng nhất giữa tập tin với các thiết bị lưu trữ

khác nhau Nhờ đó, mà người sử dụng dễ dàng truy xuất tập tin thông qua tên của

nó Đa số các hệ điều hành đều cho phép tên tập tin là một dãy kí tự ASCII hoặc

Unicode

Nội dung của tập tin có thể là một chương trình, một tập các thủ tục hoặc một khối dữ liệu Nó có thể là một dãy tuần tự các byte không cấu trúc, hệ điều

hành không biết nội dung của tập tin Một dãy các record có chiều dài cố định Hay

là một cấu trúc cây, gồm cây của những record có thể không có cùng độ dài, mỗi

record có một trường khoá để giúp cho việc tìm kiếm nó được nhanh hơn

Các hệ điều hành hỗ trợ nhiều kiểu tập tin khác nhau như: tập tin thường, tập tin thư mục, tập tin có ký tự đặc biệt, tập tin khối Tập tin thường là tập tin text hay

tập tin nhị phân chứa thông tin của người sử dụng Tập tin thư mục là những tập tin

hệ thống dùng để lưu giữ cấu trúc của hệ thống tập tin Tập tin có ký tự đặc biệt,

liên quan đến nhập xuất thông qua các thiết bị nhập xuất tuần tự như màn hình,

máy in, mạng Tập tin khối dùng để truy xuất trên các thiết bị lưu trữ khối (đĩa là

thiết bị lưu trữ khối)

Thiết bị lưu trữ tập tin thường được chia thành các block có kích thước cố định bằng nhau, các block được đánh địa chỉ để phân biệt Thành phần quản lý tập

tin của hệ điều hành có nhiệm vụ cấp phát và thu hồi các block cho các tập tin khi

cần thiết Vì kích thước tập tin có thể thay đổi, nên các hệ điều hành thường tổ chức

cấp phát động các block cho các tập tin Hệ điều hành có thể tổ chức cấp phát tĩnh

block cho các tập tin có kích thước không thay đổi như các tập tin thực thi, các tập

tin thư viện, … Cấp phát tĩnh sẽ nhanh và đơn giản hơn nhiều so với cấp phát động

Các hệ điều hành cho phép truy xuất tập tin theo 2 cách tuần tự và ngẫu nhiên Trong các hệ thống truy xuất tuần tự, các tiến trình có thể đọc tất cả các byte

hoặc các record trong tập tin, theo thứ tự, từ một vị trí bắt đầu nào đó mà không thể

bỏ qua một byte hay một record nào Truy cập ngẫu nhiên thì ngược lại, các tiến

trình có thể truy xuất tại bất kỳ một byte hay một record nào đó trong file Trong cả

hai cách trên đều phải chỉ ra vị trí bắt đầu đọc Trong cách thứ nhất, mỗi thao tác

đọc cần phải xác định ví trí bắt đầu đọc trong file Trong cách thứ 2, trước khi đọc

hệ thống phải tìm đến (SEEK) vị trí bắt đầu đọc, sau đó tiến hành đọc tuần tự như

cách thứ nhất

Hệ thống quản lý tập tin (File management System): Hệ thống quản lý tập tin,

hay gọi ngắn gọn là hệ thống tập tin, là một tập các dịch vụ mà hệ điều hành cung

cấp cho người sử dụng và chương trình người sử dụng để các đối tượng này sử

dụng các tập tin trên hệ thống Người sử dụng và chương trình của người sử dụng

chỉ có thể truy xuất các tập tin thông qua hệ thống tập tin Hệ thống quản lý tập tin

của hệ điều hành phải đáp ứng các mục tiêu cơ bản sau đây:

khả năng lưu trữ, độ tin cậy và hiệu suất

đa người sử dụng

Đối với người sử dụng thì hệ thống quản lý tập tin của một hệ điều hành phải đáp ứng các yêu cầu tối thiểu sau đây:

(change) các tập tin

của người sử dụng khác

tên tượng trưng của tập tin

họ trong trường hợp hệ thống bị hỏng

Kiến trúc hệ thống tập tin (File System Architecture): Các hệ điều hành khác

nhau có cách tổ chức hay kiến trúc của hệ thống tập tin khác nhau Hình vẽ sau đây

trình bày một kiến trúc hệ thống tập tin chung nhất mà các hệ điều hành thường sử

dụng

Logical I/O

Uer Program

 Cấp thấp nhất trong kiến trúc này là các điều khiển thiết bị (device driver) truyền thông trực tiếp với các thiết bị ngoại vi Device driver chịu trách

nhiệm khởi tạo một thao tác vào/ra trên thiết bị và xử lý các yêu cầu vào/ra Các

device driver trong hệ thống tập tin thường là các điều khiển đĩa

file system), hoặc cấp vào/ra vật lý, đó là giao diện chính giữa môi trường bên

ngoài với hệ thống máy tính Nó giao tiếp với các block dữ liệu trao đổi giữa các

đĩa với hệ thống vì thế nó được kết nối với các block trên đĩa và các buffer trên bộ

nhớ chính Nó không hiểu các dữ liệu cũng như các cấu trúc file phức tạp

thao tác vào/ra tập tin Tại cấp này, các cấu trúc điều khiển được duy trì, các cấu

trúc điều khiển này giao tiếp với thiết bị vào/ra, bộ phận lập lịch đọc đĩa và bộ phận

quản lý trạng thái tập tin Basic I/O supervisor kết hợp với các bộ phận lập lịch đọc

đĩa để tối ưu các thao tác đọc đĩa, nhằm góp phần tăng tốc độ truy xuất tập tin của

các chương trình người sử dụng

tập tin, nó cho phép người sử dụng và chương trình người sử dụng truy cập đến các

record Trong khi hệ thống tập tin cơ sở giao tiếp với các block dữ liệu, thì logical

I/O giao tiếp với các record file Logical I/O cung cấp các công cụ chung nhất để

thực hiện các thao tác vào/ra file dựa trên record

sử dụng Nó cung cấp một giao diên chuẩn giữa chương trình người sử dụng, hệ

thống tập tin và thiết bị lưu trữ dữ liệu Các phương pháp truy cập dữ liệu khác

nhau phản ánh các cấu trúc tập tin khác nhau và các cách khác nhau để truy cập và

xử lý dữ liệu Các phương pháp truy cập đó là: Pile, Sequential file,

Indexed-sequential file, Indexed file, Hashed, vv Xem cụ thể ở [6]

IV.1.2 Bảng danh mục và tập tin chia sẻ

Bảng danh mục (Directory Table): Các hệ điều hành phải tổ chức bảng danh

mục, để lưu trữ các thông tin liên quan đến các tập tin và các thư mục đang tồn tại

trên đĩa (hoặc thiết bị lưu trữ khác), đặc biệt là thông tin cho biết vị trí lưu trữ nội

dung của một tập tin trên đĩa Để truy xuất đến một tập tin hệ điều hành cần phải

thông qua bảng danh mục này

Bảng danh mục gồm nhiều entry (phần tử/mục vào), mỗi phần tử dùng để chứa thông tin của một tập tin hay thư mục trên đĩa Khi có một tập tin/ thư mục

được tạo ra thì hệ điều hành sẽ dùng một phần tử trong bảng danh mục để chứa các

thông tin của nó Khi một tập tin/ thư mục bị xoá khỏi đĩa thì hệ điều hành sẽ giải

phóng phần tử của nó trong bảng danh mục Có thể xem một phần tử trong bảng

danh mục là một sự tương ứng giữa tập tin và vị trí lưu trữ của tập tin tên đĩa

Số lượng phần tử trong bảng danh mục có thể bị giới hạn cố định trước hoặc không có giới hạn và có thể tăng/ giảm nếu cần Bảng danh mục có thể được chứa

tại một không gian đặc biệt nào đó trên đĩa, hoặc có thể chứa trong một file

metadata nào đó trên đĩa Trong quá trình hoạt động của hệ thống bảng danh mục

thường được hệ điều hành nạp từ đĩa vào bộ nhớ, để sẵn sàng cho việc truy xuất file

của hệ điều hành sau này

Một phần tử trong danh mục phải chứa các thông tin tối thiểu sau đây: Tên của tập tin; Kiểu của tập tin; Địa chỉ vật lý của tập tin trên đĩa Các thông tin kiểm

tra truy nhập tập tin; Các thông tin quản trị tập tin; vv

Các hệ điều hành thường thiết kế và sử dụng bảng danh mục hai mức Mức

1, được gọi là bảng danh mục chủ, bao gồm các con trỏ trỏ tới bảng danh mục

người sử dụng Mức 2, được gọi là bảng danh mục người sử dụng, bao gồm tên tập

tin và địa chỉ vật lý của tập tin trên đĩa,… Tổ chức bảng thư mục gốc và bảng thư

mục con là sự cài đặt cụ thể cấu trúc bảng danh mục hai mức của hệ điều hành

MS_DOS Muốn truy xuất đến tập tin thì người sử dụng và chương trình của người

sử dụng phải thông qua danh mục chủ và danh mục người sử dụng hay thông qua

thư mục gốc và thư mục con trong hệ điều hành MS_DOS

Để thực hiện bất kỳ một thao tác nào trên nội dung của tập tin thì trước hết tập tin phải được mở Khi nhận được yêu cầu mở tập tin thì hệ điều hành sử dụng

đường dẫn được chỉ ra bởi người sử dụng hay chương trình của người sử dụng để

tìm đến một mục vào tương ứng với tập tin cần mở trong bảng danh mục Phần tử

trong bảng danh mục sẽ cung cấp các thông tin cần thiết để hệ điều hành tìm đến

các block đĩa chứa nội dung của tập tin Tùy vào từng hệ điều hành mà thông tin

này có thể là địa chỉ của tất cả block đĩa chứa nội dung tập tin (trong chiến lược cấp

phát liên tục), địa chỉ của block đĩa đầu tiên chứa nội dung tập tin (trong chiến lược

danh sách liên kết và danh sách kiên kết chỉ mục), hoặc số hiệu của I-node (trong

chiến lược I-node) Các chiến lược này được trình bày trong phần quản lý các block

chứa file trên đĩa ngay sau đây

Tổ chức bảng thư mục gốc của MS_DOS, windows98 và MFT của windowsNT/2000 là các sự cài đặt cụ thể về cấu trúc của bảng danh mục của các hệ

điều hành Tổ chức của bảng thư mục gốc của MS_DOS, windows98, windowsNT/

2000 sẽ được xem xét ở phần sau của chương này

Tập tin chia sẻ (Shared File): Tập tin chia sẻ xuất hiện trong các môi trường

nhiều người sử dụng, đây là một kỹ thuật của hệ điều hành, nhằm giúp nhiều người

sử dụng trên hệ thống có thể cùng nhau sử dụng một tập tin nào đó Đối với người

sử dụng, tập tin chia sẻ là tập tin được xuất hiện đồng thời trong các thư mục khác

nhau của các người sử dụng khác nhau

Kỹ thuật chia sẻ tập tin thường được các hệ điều hành sử dụng nhất là, cho phép các phần tử trong các bảng danh mục người sử dụng khác nhau chứa thông tin

của cùng một tập tin chia sẻ nào đó, đặc biệt là thông tin về địa chỉ của các block

đĩa chứa nội dung của tập tin chia sẻ Khi có một liên kết chia sẻ mới được thiết lập

đến một người sử dụng nào đó, hệ điều hành chỉ cần sao chép danh sách các block

đĩa của file chia sẻ đến phần tử tương ứng trong bảng danh mục người sử dụng của

người sử dụng đó Kỹ thuật này đơn giản dễ cài đặt nhưng cũng xuất hiện vấn đề:

nếu tập tin được cập nhật bởi một người sử dụng nào đó thì sự cập nhật này sẽ

không được nhìn thấy bởi các người sử dụng khác (điều này sẽ vi phạm mục đích

của việc chia sẻ tập tin) Vì khi tập tin được cập nhật thì hệ điều hành phải cung

cấp thêm một vài block đĩa cho nó, địa chỉ của các block đĩa mới này chỉ được liệt

kê thêm trong phần tử tương ứng trong bảng danh mục của người sử dụng thực hiện

sự cập nhật tập tin mà không được liệt kê trong các bảng danh mục của người sử

dụng khác

Vấn đề trên có thể được giải quyết như sau: danh sách địa chỉ các block đĩa chứa tập tin chia sẻ không được liệt kê trong phần tử bảng danh mục, mà được

chứa trong một khối dữ liệu có cấu trúc nào đó, tạm gọi là khối dữ liệu mô tả lưu

trữ tập tin hay nói gọn hơn là khối mô tả lưu trữ Khối mô tả lưu trữ này có thể

được gắn vào chính tập tin chia sẻ nếu kích thước nhỏ, hoặc được đặt ở một vị trí

nào đó trên đĩa, nếu kích thước lớn (trường hợp này có thể dùng chung cho nhiều

tập tin chia sẻ) Mọi sư thay đổi về danh sách địa chỉ các block đĩa chứa tập tin chia

sẻ đều được phản ánh ở khối mô tả lưu trữ của nó Các phần tử trong bảng danh

mục bây giờ chỉ đóng vai trò như một con trỏ trỏ đến khối mô tả lưu trữ của các tập

tin chia sẻ, nhờ vậy mà một sự thay đổi tập tin chia sẻ từ bất kỳ một người sử dụng

nào trong số những người sử dụng được chia sẻ tâp tin đều được nhìn thấy từ tất cả

những người sử dụng còn lại

Trong môi trường nhiều người sử dụng, việc chia sẻ một tập tin cho nhiều người sử dụng là rất cần thiết và nó đã mang lại nhiều thuận lợi Nhưng nó cũng

phát sinh nhiều lỗi trong quá trình sử dụng tập tin chia sẻ giữa nhiều người sử dụng

và chương trình người sử dụng, mà nếu hệ điều hành không tổ chức giám sát tốt thì