TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THUỘC HỌC PHẦN NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH Đề tài NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ QUẢN LÝ THIẾT BỊ NGOẠI VI TRONG HĐH LINUX Giảng viên hướng dẫn Nhóm số 08 Hà Nội – Năm 2020 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 3 LỜI MỞ ĐẦU 4 Chương 1 Sơ lược về hệ điều hành linux 5 1 Giới thiệu hệ điều hành linux 5 2 Ưu điểm và nhược điểm 6 Chương 2 Quản lý thiết bị ngoại vi trong HĐH Linux 7 2 1 Input và output trong linux 7 2 1 1 Thiết b.
Sơ lược về hệ điều hành linux
Giới thiệu hệ điều hành linux
Linux là một hệ điều hành miễn phí và nổi bật với việc phát triển mã nguồn mở, thu hút sự ưu tiên sử dụng từ nhiều người.
Hệ điều hành Linux được viết ra vào năm 1991 bởi ông Linus Torvalds.
Phần mềm Linux là miễn phí, tương thích với nhiều thiết bị và được phát hành dưới bản quyền GNU General Public License, cho phép mọi người tải về và xem mã nguồn.
Hệ điều hành Linux ban đầu được phát triển cho vi xử lý 386, nhưng hiện nay đã trở thành một nền tảng phổ biến cho nhiều ứng dụng, từ máy tính cá nhân đến siêu máy tính và các thiết bị di động.
Linux đã hợp tác với các tập đoàn lớn như IBM và Hewlett-Packard, đồng thời bắt kịp với các phiên bản Unix độc quyền Hiện nay, hệ điều hành Linux và Microsoft Windows luôn đứng đầu trong lĩnh vực công nghệ Nhờ vào nhiều tính năng nổi bật, Linux đã nhanh chóng gặt hái thành công với chi phí phần cứng thấp, tốc độ cao so với các phiên bản Unix độc quyền, và khả năng bảo mật tốt hơn so với Windows Hệ điều hành này còn nổi bật với giá thành rẻ và không bị phụ thuộc vào nhà cung cấp.
Một đặc tính nổi trội của nó là được phát triển bởi một mô hình phát triển phần mềm nguồn mở hiệu quả.
Hình 1 : giao diện hdh Linux
Ưu điểm và nhược điểm
-Bản quyền và chi phí: được phát triển miễn phí cho người sử dụng và dựa trên nền tảng mã nguồn mở
-Linh hoạt : tương thích với rất nhiều các môi trường khác nhau, rất lý tưởng cho các lập trình viên và developer
-Chạy ổn định cả trên các máy cấu hình yếu
- Số lượng ứng dụng hỗ trợ vẫn còn rất hạn chế
- Một số nhà sản xuất không phát triển driver hỗ trợ nền tảng Linux
- Mất thời gian để làm quen, đặc biệt là khi chuyển từ Windows sang sử dụng Linux thì sẽ cần thời gian để thích nghi từ đầu
Quản lý thiết bị ngoại vi trong HĐH Linux
Input và output trong linux
Hệ thống thiết bị-trình điều khiển trong Linux cho người dùng trải nghiệm tương tự như các hệ thống UNIX khác, với tất cả các trình điều khiển thiết bị xuất hiện dưới dạng tệp bình thường Người dùng có thể truy cập vào thiết bị thông qua các tệp trong hệ thống tệp, tương tự như việc mở các tệp khác Quản trị viên hệ thống có khả năng tạo các tệp đặc biệt chứa tham chiếu đến các trình điều khiển thiết bị cụ thể, cho phép người dùng đọc và ghi vào thiết bị đó Hệ thống bảo vệ tệp đảm bảo quyền truy cập, cho phép quản trị viên thiết lập quyền truy cập cho từng thiết bị một cách linh hoạt.
Linux chia tất cả các thiết bị thành ba lớp: thiết bị khối, thiết bị ký tự và thiết bị mạng
Thiết bị khối là các thiết bị cho phép truy cập ngẫu nhiên vào các khối dữ liệu độc lập với kích thước cố định, bao gồm đĩa cứng, đĩa mềm, CD-ROM và bộ nhớ flash Chúng thường được sử dụng để lưu trữ hệ thống tệp, nhưng cũng cho phép truy cập trực tiếp để các chương trình có thể tạo và sửa chữa hệ thống tệp Các ứng dụng, như ứng dụng cơ sở dữ liệu, có thể truy cập trực tiếp vào thiết bị khối để tối ưu hóa việc bố trí dữ liệu trên đĩa, thay vì sử dụng hệ thống tệp chung.
Thiết bị ký tự, bao gồm chuột và bàn phím, khác biệt với thiết bị khối ở chỗ thiết bị khối cho phép truy cập ngẫu nhiên, trong khi thiết bị ký tự chỉ có thể truy cập tuần tự Ví dụ, việc tìm kiếm một vị trí cụ thể trong tệp có thể thực hiện trên DVD nhưng không khả thi với thiết bị như chuột.
Các thiết bị mạng hoạt động khác biệt so với thiết bị khối và ký tự, vì người dùng không thể gửi dữ liệu trực tiếp đến chúng Thay vào đó, để truyền tải thông tin, người dùng cần thiết lập một kết nối đến hệ thống con mạng của hạt nhân.
Thiết bị khối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp giao diện cho tất cả các thiết bị đĩa trong hệ thống Hiệu suất của thiết bị này cực kỳ quan trọng, vì nó đảm bảo rằng việc truy cập đĩa diễn ra nhanh chóng nhất có thể Để đạt được điều này, thiết bị khối cần có chức năng lập lịch cho các hoạt động I/O hiệu quả.
Trong hệ thống thiết bị khối, một khối là đơn vị mà hạt nhân thực hiện các thao tác I/O Khi khối được đọc vào bộ nhớ, nó sẽ được lưu trữ trong bộ đệm Trình quản lý yêu cầu là phần mềm chịu trách nhiệm quản lý việc đọc và ghi dữ liệu từ bộ đệm đến trình điều khiển thiết bị khối.
Mỗi trình điều khiển thiết bị khối lưu giữ một danh sách các yêu cầu riêng biệt, được lên lịch theo thuật toán thang máy đơn hướng (C-SCAN) Thuật toán này khai thác thứ tự mà các yêu cầu được đưa vào và xóa khỏi danh sách, duy trì chúng theo thứ tự sắp xếp tăng dần của số lượng ngành Khi một yêu cầu được chấp nhận để xử lý, nó sẽ không bị xóa khỏi danh sách.
Yêu cầu chỉ bị xóa sau khi quá trình I/O hoàn tất, cho phép trình điều khiển tiếp tục xử lý yêu cầu tiếp theo trong danh sách, bất chấp việc có yêu cầu mới được thêm vào trước đó Khi có yêu cầu I/O mới, trình quản lý yêu cầu sẽ cố gắng hợp nhất các yêu cầu trong danh sách để tối ưu hóa hiệu suất.
Việc lập lịch các hoạt động I/O đã có sự thay đổi trong phiên bản 2.6 của hạt nhân, với vấn đề chính là thuật toán thang máy có thể dẫn đến tình trạng bỏ đói các yêu cầu ở các vùng khác của đĩa Bộ lập lịch I/O thời hạn trong phiên bản này hoạt động tương tự như thuật toán thang máy, nhưng kết hợp thời hạn cho mỗi yêu cầu, giúp giải quyết vấn đề chết đói Thời hạn mặc định cho yêu cầu đọc là 0,5 giây và cho yêu cầu ghi là 5 giây.
Bộ lập lịch thời hạn duy trì hàng đợi I/O được sắp xếp theo số khu vực và quản lý hai hàng đợi riêng biệt cho hoạt động đọc và ghi Các yêu cầu I/O được đưa vào cả hàng đợi đã sắp xếp và hàng đợi đọc hoặc ghi nếu cần thiết Thông thường, hoạt động I/O được thực hiện từ hàng đợi đã sắp xếp, nhưng nếu một yêu cầu trong hàng đợi đọc hoặc ghi hết thời hạn, hoạt động I/O sẽ được lập lịch từ hàng đợi chứa yêu cầu đó Chính sách này giúp đảm bảo rằng không có hoạt động I/O nào phải chờ đợi lâu hơn thời gian quy định.
Trình điều khiển thiết bị ký tự trong Linux là loại trình điều khiển không cung cấp quyền truy cập ngẫu nhiên vào các khối dữ liệu cố định Để được đăng ký với nhân Linux, các trình điều khiển này cần phải cung cấp một tập hợp các chức năng để triển khai các hoạt động I/O mà chúng có thể xử lý Nhân Linux chủ yếu không can thiệp vào các yêu cầu đọc hoặc ghi tệp; thay vào đó, nó chỉ chuyển tiếp yêu cầu đến thiết bị tương ứng để thiết bị đó xử lý.
Ngoại lệ chính của quy tắc này là tập hợp con đặc biệt của trình điều khiển thiết bị ký tự, được triển khai cho các thiết bị đầu cuối Kernel duy trì giao diện chuẩn cho các trình điều khiển này thông qua các cấu trúc tty_struct, mỗi cấu trúc cung cấp bộ đệm và kiểm soát luồng dữ liệu từ thiết bị đầu cuối, đồng thời truyền tải dữ liệu đó cho một đường truyền.
Kỷ luật dòng là một trình thông dịch cho thông tin từ thiết bị đầu cuối, với kỷ luật tty là phổ biến nhất Nó gắn luồng dữ liệu của thiết bị đầu cuối vào các luồng đầu vào và đầu ra tiêu chuẩn của quy trình người dùng, cho phép giao tiếp trực tiếp với thiết bị đầu cuối Công việc này trở nên phức tạp do nhiều quy trình có thể chạy đồng thời, và kỷ luật dòng tty đảm nhiệm việc gắn và tách đầu vào, đầu ra của thiết bị đầu cuối khỏi các quy trình khác khi chúng bị tạm dừng hoặc đánh thức bởi người dùng.
Các nguyên tắc dòng khác cũng được triển khai không liên quan gì đến I /
Giao thức mạng PPP và SUP là phương pháp mã hóa kết nối mạng qua thiết bị đầu cuối như đường dây nối tiếp, được triển khai trong Linux dưới dạng trình điều khiển Tại một đầu, chúng tương tác với hệ thống đầu cuối thông qua các quy tắc đường truyền, trong khi ở đầu kia, chúng kết nối với hệ thống mạng như một trình điều khiển thiết bị mạng Khi một trong các quy tắc dòng được kích hoạt trên thiết bị đầu cuối, mọi dữ liệu từ thiết bị đó sẽ được chuyển trực tiếp đến trình điều khiển thiết bị mạng tương ứng.
Các cách quản lý thiết bị lưu trữ trong Linux
Khác với Windows, trên Linux, để truy cập và sử dụng các thiết bị như USB, đĩa CD/DVD, file ISO, phân vùng ổ cứng, và các tài nguyên chia sẻ qua mạng, các thiết bị này cần được gắn kết (mount) vào một thư mục trống, gọi là mount point Khi muốn tháo gỡ thiết bị khỏi hệ thống, bạn phải thực hiện việc ngắt kết nối (umount) giữa thiết bị và mount point đã được thiết lập trước đó.
Lệnh mount được sử dụng để thông báo cho hệ thống rằng một hệ thống tập tin riêng biệt cần được kết nối vào hệ thống tập tin chính tại một điểm gắn (mount-point), thường là một thư mục dễ dàng truy cập Để sử dụng bất kỳ thiết bị lưu trữ vật lý nào trên Linux, lệnh mount là cần thiết, với điểm gắn kết phổ biến là thư mục /mnt.
Cú pháp lệnh mount: mount [tùy-chọn]
Lệnh này yêu cầu hệ thống kết gắn hệ thống tập tin từ thiết bị vào thư mục được chỉ định, gọi là điểm kết gắn.
Các tuỳ chọn của lệnh mount:
Để xác định kiểu của thiết bị, ví dụ như msdos, chúng ta cần sử dụng kiểu còng để nhận diện hệ thống tập tin Danh sách các kiểu hệ thống tập tin hiện tại được hỗ trợ có thể tìm thấy trong tập tin Linux/fs/filesystems.c.
-h : Đưa ra trang trợ giúp.
Tệp tin fstab lưu trữ thông tin về trạng thái của các tập tin hệ thống, và lệnh "a" sẽ gắn kết tất cả các tập tin hệ thống thuộc kiểu được chỉ định trong tệp tin này.
Tùy chọn -n cho phép gắn kết hệ thống tập tin mà không ghi vào tập tin /etc/mtab, giúp lưu trữ thông tin về các tập tin hệ thống hiện có Tùy chọn này rất cần thiết khi tập tin /etc chỉ có quyền đọc.
-r : Kết gắn hệ thống tập tin chỉ có quyền đọc.
-w : Kết gắn hệ thống tập tin có quyền đọc ghi.
-L : Kết gắn phân vùng được chỉ ra bởi nhón.
UUID là một phương pháp để xác định phân vùng trên hệ thống, cho phép gắn kết phân vùng thông qua UUID Tuy nhiên, hai tùy chọn này chỉ khả thi khi tập tin /proc/partitions tồn tại, vì đây là nơi lưu trữ thông tin về các phân vùng hiện có.
Lệnh umount cho phép người dùng tháo gỡ kết nối của một hệ thống tập tin trên hệ thống tập tin chính Để thực hiện thao tác này, cần sử dụng lệnh umount kèm theo tên thiết bị lưu trữ của hệ thống tập tin cần tháo gỡ.
Cú pháp lệnh: umount
Lệnh này cho phép tháo bỏ kết gắn của hệ thống tập tin trên thiết bị khỏi hệ thống tập tin chính Lưu ý rằng việc tháo bỏ kết gắn chỉ có thể thực hiện khi hệ thống tập tin không đang được sử dụng, tức là không có tiến trình nào đang truy cập vào các tập tin trên hệ thống đó.
-h : Hiển thị thông báo trợ giúp và thoát.
-n ; Loại bỏ các gắn kết mà không ghi vào thư mục /etc/mtab.
-v : Hiện các chế độ liên quan.
-r : Trong trường hợp loại bỏ gắn kết bị lỗi, tùy chọn này sẽ giúp tạo lại gắn kết với chế độ chỉ đọc.
-a : Tất cả các tập tin hệ thống được hiển thị trong /etc/mtab đó được loại bỏ các gắn kết.
Tùy chọn -t cho phép người dùng xác định kiểu hệ thống tập tin khi tháo gỡ kết gắn Người dùng có thể kết hợp nhiều kiểu hệ thống tập tin bằng cách ngăn cách chúng bằng dấu ",".
-f ; Bắt buộc phải tháo bỏ các gắn kết.
Ví dụ khi không dùng đến đĩa mềm nữa, có thể dùng lệnh sau:
Hình 3 : umount tháo bỏ kết gắn của hệ thống tập tin
Khi một hệ thống tập tin được gắn kết bằng lệnh mount, thông tin quan trọng về sơ đồ các tập tin sẽ được lưu trữ trong nhân Nếu thiết bị vật lý chứa hệ thống tập tin bị loại bỏ mà không thực hiện lệnh umount, có thể dẫn đến mất mát thông tin lưu trữ Lệnh umount có mục đích xóa bỏ thông tin này khỏi bộ nhớ khi không còn sử dụng.
Các lệnh định dạng đĩa và tạo hệ thống tập tin trong Linux
Định dạng vật lý một thiết bị đĩa và tạo tập tin hệ thống là hai công việc khác nhau Trong khi lệnh FORMAT A: trong DOS thực hiện cả hai nhiệm vụ, thì trong Linux, chúng được tách biệt thành hai lệnh riêng Dưới đây là một số lệnh hữu ích để định dạng thiết bị lưu trữ vật lý của bạn.
2.3.1 Ổ đĩa cứng Ổ đĩa cứng phải được phân hoạch trước khi có thể định dạng và sử dụng nó Tương tự như DOS, trong Linux có fdisk Trong Linux có thể tạo các kiểu phân hoạch khác nhau, mỗi phân hoạch được gắn với một chỉ số (index: ID) để thông báo cho hệ điều hành biết kiểu phân hoạch của nó
Các lệnh quản lý phân vùng bao gồm: 'a' để bật/tắt cờ có thể boot, 'b' để hiệu chỉnh loại thiết bị lưu trữ BSD, 'c' để bật cờ tương thích với thiết bị kiểu DOS, 'd' để xóa một phân vùng, 'l' để liệt kê các kiểu phân vùng sẵn có, 'm' để hiển thị trang trợ giúp, 'n' để thêm một phân vùng mới, 'o' để tạo bảng phân vùng DOS trống, 'p' để hiển thị bảng phân vùng trên hệ thống, 'q' để thoát mà không ghi thay đổi, 's' để tạo phân vùng cho thiết bị lưu trữ SUN, 't' để thay đổi chỉ số phân vùng hệ thống, 'u' để thay đổi đơn vị hiển thị, 'v' để kiểm tra bảng phân vùng, 'w' để ghi thay đổi trên bảng phân vùng và thoát, và 'x' để truy cập các tính năng mở rộng dành cho chuyên gia.
Hình 4 : Thêm 1 phần vùng mới
Hình 5 : hiển thị bảng phân vùng trên hệ thống
Các cột thông báo trên đây có ý nghĩa như sau:
Cột Device có mục thiết bị dành cho phân vùng trong /dev, chẳng hạn /dev/hda1.
Cột Boot chỉ xem phân vùng đã có khả năng khởi động hay không, nếu có khả năng khởi động thì có dấu '*’.
Cột Start, End chỉ ra chỉ số trụ (cylinder) đầu và cuối của phân vùng.
Cột Bloocks chỉ ra dung lượng của phân vùng (là số lượng tính theo khối 1KB).
Cột Id và System chỉ số ID và ý nghĩa của ID đã, ví dụ ID = 82 có ý nghĩa là Linux swap.
Lệnh l đưa ra danh sách các kiểu phân vùng sẵn có với thông tin chi tiết hơn.
Sau khi thực hiện lệnh fdisk, bạn cần sử dụng lệnh mkfs với quyền root để định dạng phân vùng theo hệ thống tập tin mong muốn.
2.3.2 Xây dựng một hệ thống tập tin trên Linux với lệnh mkfs
Cú pháp lệnh: mkfs [tùy-chọn] [khối]
Lệnh mkfs được sử dụng để tạo hệ thống tập tin trên thiết bị, thường là phân vùng đĩa cứng Bạn có thể chỉ định hệ thống tập tin hoặc tên thiết bị như /dev/sda1, /dev/sda2, hoặc điểm kết nối như /, /usr, /home; đồng thời, cần xác định số khối sử dụng cho hệ thống tập tin.
Tùy chọn -t xác định kiểu tập tin hệ thống được sử dụng khi xây dựng, trong khi nếu không có tùy chọn này, hệ thống sẽ mặc định sử dụng kiểu ext2.
-c : Kiểm tra thiết bị để tìm ra các khối hỏng trước khi xây dựng hệ thống tập tin.
Sau khi hoàn tất việc phân hoạch và thiết lập hệ tập tin, bạn có thể bắt đầu sử dụng hệ thống này Để làm điều đó, hãy đăng nhập với tư cách quản trị (người dùng root) và sử dụng lệnh mount Khi đã sử dụng xong, hãy tháo kết nối bằng lệnh umount.
Hình 6 : Hệ thống tập tin trên thiết bị
Lệnh quản lí đĩa
2.4.1 Xem dung lượng đĩa đã sử dụng với lệnh du
Linux cho phép người dùng xem thông tin về dung lượng đĩa đã được sử dụng bằng lệnh du với cú pháp:
Lệnh du liệt kê kích thước (tính theo kilobytes) của mỗi tập tin thuộc vào hệ thống tập tin có chứa tập-tin được chỉ trong lệnh.
-a : Liệt kê kích thước của tất cả các tập tin có trong hệ thống tập tin lưu trữ tập-tin.
-b, bytes : Hiển thị kích thước theo byte.
-c, total : Hiển thị cả tổng dung lượng được sử dụng trong hệ thống tập tin.
-D, dereference-args : Không tính kích thước các tập tin được liên kết đến nếu chúng nằm trên các thư mục khác.
-h, human-readable : Hiển thị kích thước các tập tin kèm theo đơn vị tính (ví dụ: 1K, 234M, 2G ).
-k, kilobytes : Hiển thị kích thước tính theo kilobytes.
-L, dereference : Tính cả kích thước của các tập tin được liên kết tới.
-l, count-links : Tính kích thước các tập tin nhiều lần nếu được liên kết cứng.
-m, megabytes : Tính kích thước theo megabytes.
-S, separate-dirs : Không hiển thị kích thước của thư mục con.
-s : Đưa ra kích thước của hệ thống tập tin có lưu trữ tập-tin.
-x, one-file system : Bỏ qua các thư mục trên các hệ thống tập tin khác. help : Hiển thị trang trợ giúp và thoát.
Cần lưu ý rằng, lệnh du không cho phép có nhiều tùy chọn trên cùng một dòng lệnh.
Ví dụ: lệnh sau cho biết kích cỡ của các tập tin trong thư mục /home (Hình 7)
Hình 7 : kích cỡ của các tập tin trong thư mục /home
Kích thước của tập tin /home/son/Public là 4 KB, tập tin /home/son/Videos cũng có kích thước 4 KB, trong khi đó, kích thước của thư mục hiện tại đạt 14,324 KB.
2.4.2 Kiểm tra dung lượng đĩa trống với lệnh df
Cú pháp lệnh: df [tùy-chọn] [tập-tin]
Lệnh này cho phép người dùng xem dung lượng đĩa trống trên hệ thống tập tin chứa tập tin cụ thể Nếu không chỉ định tập tin, lệnh sẽ hiển thị dung lượng trống trên tất cả các hệ thống tập tin đã kết nối.
-a, all : Bao gồm cả các tập tin hệ thống có dung lượng là 0 block.
block-size : Thiết lập lại độ lớn của khối là cừ byte.
-k, kilobytes : Hiển thị dung lượng tính theo kilobytes.
-l, local : Giới hạn danh sách các tập tin cục bộ trong hệ thống.
-m, megabytes : Hiển thị dung lượng tính theo megabytes.
-t, type=kiểu : Giới hạn danh sách các tập tin hệ thống thuộc kiểu.
-T, print-type : Hiển thị các kiểu của tập tin hệ thống.
Để kiểm tra dung lượng đĩa còn trống trong Linux, người dùng có thể sử dụng lệnh df, tuy nhiên lệnh này chỉ hiển thị dung lượng đã sử dụng và dung lượng còn trống của từng hệ thống tập tin Để biết tổng dung lượng đĩa còn trống, người dùng cần cộng dồn dung lượng còn trống của tất cả các hệ thống tập tin.
# df /dev/sda3 sẽ cho kt quả như sau trên màn hình (dòng đầu tiên là tên cột):
Hình 8 : Kiểm tra dung lượng /dev/sda3 còn trống
Có thể xác định được, đĩa mềm đã được sử dụng 26%, như vậy là còn 74% dung lượng đĩa chưa được sử dụng.
Cột Filesystem hiển thị tên thiết bị đĩa, trong khi cột 1k-blocks cho biết dung lượng tổng của thiết bị Cột Used thể hiện dung lượng đã sử dụng, cột Available chỉ ra dung lượng còn trống, cột Use% cho biết tỷ lệ phần trăm dung lượng đã sử dụng, và cột Mounted on xác định điểm gắn của thiết bị.
Cách nhanh nhất để kiểm tra dung lượng đĩa còn trống là xác định tên của một thư mục có trong đĩa Sử dụng lệnh df với tham số là tên thư mục đó, sau đó xem cột Available trên màn hình để biết dung lượng đĩa còn lại.
