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Sistemas operativos: una visión aplicada
Capítulo 7 Entrada/salida
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Sistemas operativos: una visión aplicada 1 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Introducción• Caracterización de los dispositivos de E/S• Arquitectura del sistema de E/S• Interfaz de aplicaciones• Almacenamiento secundario• Almacenamiento terciario• El reloj• El terminal• La red• Servicios de entrada/salida• Puntos a recordar
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Estructura de una computadora
Dispositivos de salida(impresora, monitor, ...)
Dispositivos de entrada(teclado, ratón, lápiz óptico, ...)
Dispositivos de entrada/salida(discos, cintas,
modem, ...)
Unidad principal(UCP, registros, memoria RAM,entrada/salida (discos internos,
red, ...))
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Jerarquía del almacenamiento
Almacenamiento secundario
MemoriaRAM
Registros
Almacenamiento terciario
10-60 nsegundos
20-70msegundos
150-500msegundos
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Conexión de dispositivos a una computadora
Bus del sistema
Bus de expansión
Controlador gráfico
…
CPUMemoria
Controlador de disco
estado control datos
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Direcciones de E/S de controladores
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Interrupciones que usan algunos controladores
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Sistema de DMA
Petición DMA(contador,dirección,datos)
Interrupción
Operación(L/E)
Aceptación DMA
Memoria
Contador
Registrode datos
Lógica de control
Contador
Dirección
Disco
ControladorUCP
Bus del sistema
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Capas del sistema de E/S
Controladores de dispositivo
Interfaz del Sistema Operativo
Gestor de Cache
Gestor de Bloques
Sistemas de ArchivosNFTS HPFS FAT CD-ROM ...
Manejadores de Dispositivos(CD-ROM, cinta, disco, puerto, ... )
Gestión de Redes(IPX/SPX, NETBEUI,
TCP/IP, ... )
Gestión de Redes
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Sistemas operativos: una visión aplicada 9 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Capas del software de E/S y flujo de una operación
AplicaciónSubsistema
o DLL
Manejadorde
dispositivo
Manejador deinterrupción
Gestor dearchivos
Gestor debloques
Gestor decache
Servicios
Controlador
Dispositivo(disco)
Copia en elsistema operativo
Copia enmemoria delusuarioModo usuario
Modo núcleo
Proceso
de usuario
SW de E/S
independiente
de dispositivo
SW de E/S
independiente
de dispositivo
SW de E/S
dependiente
de dispositivo
Hardware
Software
Bloque deldispositivo
Copia en elcontrolador
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Sistemas operativos: una visión aplicada 10 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Operaciones en un manejador
Enviar mandatosal controlador
Operacionessobre datos
Contestación ala petición
Traducir a formatodel controlador
Prepararrespuestade error
Extraer peticiónE/S de la lista
Peticiones de E/S del dispositivo
Bloqueo
Error
Esperarinterrupción
Programación delcontrolador
Si
Si
No
No
Interrupción
Leer registrosestado delcontrolador
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Sistemas operativos: una visión aplicada 11 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
E/S Bloqueante y No-bloqueante (II)
(A) E/S bloqueante (B) E/S no bloqueante
Operación de E/S
¿Fin Op. de E/S?
Proceso NO bloqueado
Retorno deLlamada E/S
Retorno deLlamada E/S
Programación de E/S
Tratamiento interrupciónContestación de E/S
interrupción
ControladorDispositivoControlador
Llamadade E/S
ID. op. de E/S
Registro de op. E/S
Biblioteca
Biblioteca
Proceso
Proceso
Llamadade E/S
Registro de op. E/S
Biblioteca
Biblioteca
Proceso
Proceso
Llamadade E/S
Retorno deLlamada E/S
Operación de E/S
Proceso bloqueado
Fin Op. de E/S
Programación de E/S
Tratamiento interrupciónContestación de E/S
interrupción
ControladorDispositivoControlador
Biblioteca
Proceso
Proceso
Biblioteca
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Sistemas operativos: una visión aplicada 12 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructura del sistema de E/S en LINUX
Interfaz de llamadas al sistema
Caché de bloques
Gestor de peticiones a los discos
Planificador de los discos
Controlador de dispositivos[bajo nivel]
Caché de páginas de memoria
Sistema de ficheros virtual
Sistema de ficheros Controlador del
dispositivo[alto nivel]
Sistema de Almacenamiento Secundario
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Sistemas operativos: una visión aplicada 13 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo de disco duro
Capacidad:
Velocidad:T. Búsqueda:Latencia:Memoria:
Cilindros: Cabezas:Sectores:
1
7200 RPM8,5 mseg.4,16 mseg2 Mbytes
0.2 GB102325683
SEAGATE Barracuda ATA II ST330630A
Parámetro Valor
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Sistemas operativos: una visión aplicada 14 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Tabla de particiones de un disco
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Sistemas operativos: una visión aplicada 15 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructura de un manejador de disco
Planificador
ManejadorSCSI
Manejadorde CD_ROM
ManejadorIDE
Manejadorde floppy
…
Manejador de disco
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FCFS (FIFO)
queue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53
0 1 4 37 53 6567 98 122124 183 199
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Sistemas operativos: una visión aplicada 17 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
SSTF
queue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53
0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199
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Sistemas operativos: una visión aplicada 18 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
SCAN
queue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53
0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199
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Sistemas operativos: una visión aplicada 19 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
C-SCAN
queue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53
0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199
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Sistemas operativos: una visión aplicada 20 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Redundancia con RAID 5
Disco 0 Disco 1 Disco 2 Disco 3
bloque 0
bloque 3
paridad
paridad
bloque 2bloque 1
Controlador
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Estructura del sistema de almacenamiento terciario
Sistema dealmacenamiento
secundario
Gestor del sistema dealmacenamiento
terciario
Interfaz
Servidorde nombres
Reubicadorde archivos
Localizadorde archivos
Sistema de E/S
Sistema de Almacenamiento Terciario
Cintas Robotde
cintas
JukeboxRAID SAN
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Esquema del terminal proyectado en memoria
Controladorde
teclado
Memoria
Procesador
Memoriade
vídeo
Contr.de
vídeo
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Sistemas operativos: una visión aplicada 23 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Esquema del terminal serie
Memoria
ProcesadorUART
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Sistemas operativos: una visión aplicada 24 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Niveles del software de red
Interfaz a las aplicaciones
Nivel de transporte
Nivel de red
Ethernet SLIP ..........