28/01/2564 ระบบปฏิบัติการ นายเมธา อินทร์หอม เลขที่ 5
นายเมธา อินทร์หอม
การจัดการอุปกรณ์
Device Management
ลักษณะของอุปกรณ์ (Device Characteristic)
- อุปกรณ์อินพุต-เอ้าต์พุต (Input/Output Device)
- อุปกรณ์เก็บข้อมูล (Storage Device)
อุปกรณ์อินพุต-เอ้าต์พุต (Input/Output Device)
- อุปกรณ์อินพุต คืออุปกรณ์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถสัมผัสและรับรู้สิ่งต่าง ๆ จากโลกภายนอกได้ เช่น เครื่องอ่านบัตร คีย์บอร์ด เมาส์
- อุปกรณ์เอ้าต์พุต คือ อุปกรณ์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์ ควบคุมหรือส่งผลออกมาสู่โลกภายนอกได้ เช่น จอภาพ เครื่องพิมพ์ แบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ
- อุปกรณ์ชนิดข้อมูลเป็นสาย (Stream)
- อุปกรณ์ชนิดข้อมูลไม่เป็นสาย (Non-Stream)
อุปกรณ์ชนิดข้อมูลเป็นสาย (Stream)
- ข้อมูลที่ส่งเข้าออกจะเรียงมาเป็นลำดับก่อนหลัง
- การแบ่งแยกข้อมูลทำได้โดยตรวจสอบลำดับของข้อมูล
- สามารถจัดการได้ง่าย
- อุปกรณ์เหล่านี้ได้แก่ คีย์บอร์ด เครื่องพิมพ์
อุปกรณ์ชนิดข้อมูลไม่เป็นสาย (Non-Stream)
- ข้อมูลที่ส่งและรับไม่ขึ้นอยู่กับลำดับการส่ง
- ต้องอาศัยข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อที่จะแยกแยะข้อมูลแต่ละตัวและมีวิธีจัดการโดยเฉพาะ
- อุปกรณ์ชนิดนี้ได้แก่ จอภาพ
อุปกรณ์เก็บข้อมูล (Storage Device)
- เป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลที่คอมพิวเตอร์ใช้เก็บข้อมูลต่าง ๆ
- ข้อมูลสามารถถูกดึงหรือเรียกกลับมาใช้ได้ในภายหลัง แบ่งเป็น 2 ประเภทคือ
- อุปกรณ์ที่มีการเข้าถึงแบบลำดับ (Serial Access Storage Device)
- อุปกรณ์ที่มีการเข้าถึงโดยตรง (Direct Access Storage Device)
อุปกรณ์ที่มีการเข้าถึงแบบลำดับ (Serial Access Storage Device)
- การเข้าถึง (Access) ต้องเป็นไปตามลำดับ เรียงไปจนถึงตำแหน่งที่ต้องการ
- การเก็บข้อมูลจะเก็บเป็นกลุ่ม ๆ ไม่มีแอดเดรสของแต่ละกลุ่ม การอ่านต้องอ่านเข้ามาทีละกลุ่มแล้วตรวจสอบว่าเป็นกลุ่มที่ต้องการหรือไม่จนพบข้อมูล
- อุปกรณ์พวกนี้ได้แก่ เทป
อุปกรณ์ที่มีการเข้าถึงโดยตรง (Direct Access Storage Device)
- ข้อมูลจะถูกจัดไว้เป็นกลุ่มในระดับบล็อกหรือ เซกเตอร์ แต่ละกลุ่มจะมีแอสเดรสของตัวเอง
- การเข้าถึงทำได้โดยกำหนดแอดเดรสของข้อมูลกลุ่มนั้นทำให้การเข้าถึงสามารถเข้าถึงได้โดยตรงไม่ต้องผ่านข้อมูลกลุ่มอื่น
- อุปกรณ์พวกนี้ได้แก่ ดิสก์
ตัวควบคุมอุปกรณ์ (Device Controller)
- อุปกรณ์แต่ละประเภทจะประกอบด้วยกลไกต่าง ๆ และส่วนที่เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์
- สำหรับส่วนที่เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์เราเรียกว่าชิพ ที่ประกอบรวมกันอยู่บนเซอร์กิตบอร์ด (Circuit board) ซึ่งส่วนนี้เองที่ถูกเรียกว่า ตัวควบคุมอุปกรณ์
- ตัวควบคุมอุปกรณ์ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ ตรวจสอบและแก้ไขข้อผิดพลาดเมื่อเกิดขึ้น ในแต่ละอุปกรณ์ก็จะมีตัวควบคุมอุปกรณ์นั้น ๆ เช่น
- ตัวควบคุมจอภาพ หรือรู้จักกันในนามของการ์ดจอภาพ
- ตัวควบคุมดิสก์ หรือรู้จักกันในนามของดิสก์คอนโทรเลอร์ (Disk Controller)
ตัวขับอุปกรณ์ (Device drivers)
- อุปกรณ์แต่ละชนิดย่อมมีลักษณะที่แตกต่างกันออกไปในหลาย ๆ อย่าง ทั้งการติดต่อรับส่งข้อมูล การควบคุมการทำงานภายในอุปกรณ์
- ถ้าเราให้ OS เป็นผู้ควบคุมทุกอุปกรณ์ ตัว OS จะต้องรู้การทำงานของอุปกรณ์แต่ละชนิดอย่างละเอียด รวมทั้งกรณีที่มีการพัฒนาอุปกรณ์ใหม่ ๆ ขึ้นมาก็จะต้องมีการแก้ไขให้ OS รู้จักอุปกรณ์ตัวใหม่อยู่ตลอดเวลา
- ด้วยความไม่สะดวกดังกล่าวผู้ออกแบบ OS จึงได้ทำการแยกเอาส่วนควบคุมอุปกรณ์ทั้งหมดออกจากระบบ โปรแกรมที่แยกตัวออกมานั้นมีหน้าที่ควบคุมการ ติดต่อกับอุปกรณ์เหล่านั้นเราเรียกว่า ตัวขับอุปกรณ์ (Device drivers)
- กำหนดการให้ใช้งานเมื่อมีการร้องขออุปกรณ์โดยมีเทคนิคอยู่ 3 ประการ
- การยกให้ (Dedicated device) เป็นการกำหนดให้อุปกรณ์ถูกใช้ได้โดยโปรเซสเพียงโปรเซสเดียว โปรเซสอื่น ๆ จะเข้ามาใช้อุปกรณ์ตัวนี้ไม่ได้
- การแบ่งปัน (Shared device) เป็นการกำหนดให้อุปกรณ์ถูกใช้ได้โดยหลายโปรเซสร่วมกัน ไม่เป็นของโปรเซสใดโปรเซสหนึ่ง
- การปลอม (Virtual device) เป็นการจำลองอุปกรณ์ชิ้นหนึ่งให้เป็นอุปกรณ์อีกชิ้นหนึ่ง
- จัดสรร (Allocate) อุปกรณ์ เพื่อมอบหมายอุปกรณ์ชิ้นนั้นให้โปรเซสที่ร้องขอ
- เรียกคืน (Deallocate) อุปกรณ์เมื่อโปรเซสที่ครอบครองอุปกรณ์ทำงานจบลง หรือต้องการคืนอุปกรณ์ให้กับระบบ
- ควบคุมและขัดจังหวะการรับส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์กับซีพียู หรือหน่วยความจำการรับส่งข้อมูลระหว่าง CPU กับอุปกรณ์
- เมื่อโปรเซสต้องการส่งข้อมูลให้กับอุปกรณ์ต่าง ๆ ข้อมูลที่จะส่งจะถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำ
- การส่งจะกระทำโดย CPU เป็นผู้ดึงข้อมูลมาจากหน่วยความจำและส่งไปให้อุปกรณ์ต่าง ๆ
- ในทางกลับกันเมื่ออุปกรณ์ต่าง ๆ ต้องการส่งข้อมูลให้โปรเซส ข้อมูลจะถูกส่งผ่าน CPUไปไว้ในหน่วยความจำ จากนั้นโปรเซสจึงนำข้อมูลไปใช้ได้
- วิธีการรับส่งข้อมูล มีอยู่ 3 วิธี ได้แก่
- การพอลลิ่ง (Polling)
- การอินเตอร์รัพต์ (Interrupt)
- เมลบ็อกซ์ (Mailbox)
การพอลลิ่ง (Polling)
- ลักษณะการติดต่อแบบนี้คือ ทุก ๆ ช่วงเวลาหนึ่งซีพียูจะหยุดงานที่ทำอยู่ชั่วคราวและไปตรวจเช็คที่แต่ละแชนเนลเพื่อดูว่ามีอุปกรณ์ใดต้องการส่งข้อมูลบ้างตั้งแต่ตัวแรก-ตัวสุดท้าย จนกระทั้งหมดซีพีจะกลับไปทำงานตามเดิม
การอินเตอร์รัพต์ (Interrupt)
- เมื่ออุปกรณ์ตัวใดต้องการส่งข้อมูล จะส่งสัญญาณผ่านทางแชนแนลไปบอกซีพียู เมื่อซีพียูทราบก็จะหยุดงานชั่วคราวแล้วไปรับรับส่งข้อมูลจนเสร็จสิ้น แล้วกลับไปทำงานต่อ
เมลบ็อกซ์ (Mailbox)
- ระบบจะเสียเนื้อที่ส่วนหนึ่งไปเพื่อเป็นที่พักของข้อมูลเมื่อมีอุปกรณ์บางตัวต้องการส่งข้อมูล ก็จะส่งไปเก็บไว้ในเนื้อที่ส่วนนี้ เมื่อถึงระยะเวลาหนึ่งซีพียูจะหยุดงานที่ตัวเองทำไปรับส่งข้อมูลเสร็จแล้วก็จะไปทำงานที่ค้างไว้ต่อ
การจัดการสื่อจัดเก็บข้อมูล (Storage Management)
- สื่อจัดเก็บข้อมูลในที่นี้หมายถึงหน่วยความจำสำรอง (Secondary Storage) ที่ใช้ในการจัดเก็บข้อมูล
- ได้แก่ ดิสก์แม่เหล็ก (Magnetic disk) เช่น ฮาร์ดดิสก์ ฟล็อปปี้ดิสก์ ดิสก์ (Disk)
- การจัดเนื้อที่บนดิสก์แม่เหล็กจะมีการจัดแบ่งออกเป็น ไซลินเดอร์ (cylinder)
- ในแต่ละไซลินเดอร์จะแบ่งออกเป็นแทร็ก (track)
- ในแต่ละแทร็กจะแบ่งออกเป็นเซ็กเตอร์ (sector)
- การจัดเก็บข้อมูลลงในดิสก์นั้นจะเก็บในรูปแบบของบล็อก (Block) ขนาดของบล็อกปกติจะมีขนาด 512 Byte แต่ละบล็อกจะอยู่เรียงตามลำดับในแต่ละเซกเตอร์ โดยเซ็กเตอร์ 0 จะเป็นเซ็กเตอร์แรกของแทร็กแรกซึ่งอยู่ที่ไซลินเดอร์ด้านนอกสุดของดิสก์
- การเรียงลำดับหมายเลขแทร็กและหมายเลขไซลินเดอร์จะเรียงต่อกันไปเรื่อย ๆ จากด้านนอกสุดไปด้านในสุดของดิสก์
การจัดเวลาการใช้ดิสก์ (Disk scheduling)
- การใช้งานดิสก์ให้มีประสิทธิภาพนั้นสามารถพิจารณาได้จากระยะเวลาที่ใช้ในการอ่านหรือบันทึกข้อมูล ซึ่งเวลาที่ใช้นั้นขึ้นอยู่กับปัจจัย 3 อย่าง ดังนี้
- ระยะเวลาการค้นหา (seek time) หมายถึงระยะเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่หัวอ่านไปยังไซลินเดอร์ที่มีเซ็กเตอร์ที่ต้องการ
- ระยะเวลาที่ใช้หมุนดิสก์ (rotational latency) หมายถึงที่ระยะเวลาที่รอคอยการหมุนดิสก์เพื่อหาเซ็กเตอร์ที่ต้องการให้ตรงกับหัวอ่าน
- ระยะเวลาการโอนย้ายข้อมูล (transfer time)
- ระยะเวลาการค้นหาเป็นปัจจัยที่สำคัญมากที่สุด ดังนั้นการลดระยะเวลาการค้นหาลงจะทำให้การใช้งานดิสก์มีประสิทธิภาพมากขึ้น
- เวลาในการเข้าถึงข้อมูล = เวลาค้นหา+เวลาหมุนดิสก์+เวลาถ่ายเทข้อมูล
- การจัดเวลาในการใช้ดิสก์นั้นแบ่งออกเป็น 5 แบบดังนี้
- การจัดเวลาแบบมาก่อนได้ก่อน (First come first served : FCFS)
- การจัดเวลาแบบเวลาสั้นสุดได้ก่อน (Shortest seek time first : SSTF)
- การจัดเวลาแบบสแกน (SCAN Scheduling)
- การจัดเวลาแบบซีสแกน (Circular-SCAN Scheduling)
- การจัดเวลาแบบ LOOK (Look Scheduling)
การจัดการเนื้อที่บนดิสก์ (Disk Management)
- OS ยังมีหน้าที่ที่เกี่ยวข้องกับการจัดการเนื้อที่บนดิสก์ เช่น การฟอร์แมตดิสก์ การกู้คืนดิสก์ส่วนที่เสียหาย นอกเหนือจากการจัดเวลาการใช้ดิสก์
- การฟอร์แมตดิสก์ (Disk formatting)
- การฟอร์แมตดิสก์เป็นขบวนการจัดแบ่งเนื้อที่บนดิสก์โดยใช้ซอฟต์แวร์เป็นตัวจัด กระบวนการนี้มีชื่อเรียกเป็นทางการว่า Low-Level formatting
- การฟอร์แมตดิสก์จะทำให้ดิสก์แบ่งออกเป็นแทร็กและเซ็กเตอร์
อุปกรณ์เสมือน
- คือการนำเอาอุปกรณ์ชนิดหนึ่งมาจำลองการทำงานเป็นอุปกรณ์อีกชนิดหนึ่ง เพื่อให้เกิดความคล่องตัวในการทำงานของระบบ
- ตัวอย่างของการทำอุปกรณ์เสมือนคือการทำแรมดิสก์ (RAM Disk)
- อีกวิธีที่นิยมคือการทำสพูล SPOOL (Simultaneous Peripheral Operation On-Line) การทำสพูล SPOOL
- เป็นการใช้อุปกรณ์ที่มีความเร็วสูงมาทำงานแทนอุปกรณ์ที่มีความเร็วต่ำ
- เช่นการใช้ดิสก์แทนเครื่องพิมพ์ เนื่องจากดิสก์มีการรับส่งข้อมูลได้รวดเร็วกว่าเครื่องพิมพ์มากหลายเท่า
- โดยมีโปรเซสหนึ่งของ OS ชื่อ SPOOLER ทำหน้าที่จัดการเรื่องการทำ SPOOL ของระบบ
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น