tema 2 - entrada y salida

7/17/2019 Tema 2 - Entrada y Salida

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Sistemas Operativos

Ing. Eliecer Henriquez

Subsistema

de

Entrada y Salida(I/O)


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Sistemas Operativos


Contenido:

* Funciones

* Hardware de E/S

* Objetivos perseguidos en su Diseo

* Principios de Software

* Estructura en Niveles del Subsistema de /O

* mplantaci!n

* Planificaci!n de Entrada " Salida de Disco#


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Sistemas Operativos


Funciones del Subsistema de Entrada y Salida

* $ontrolar todos los dispositivos de E/S de la

computadora#

* Proporcionar una interfa% sencilla " f&cil de usar

entre los dispositivos " el resto del sistema#


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Sistemas Operativos


Hardware de Entrada y Salida

* Dispositivos de /O '$omponente mec&nico(

* $ontroladores o adaptadores de dispositivos

'$omponente electr!nico(

* D)* 'Direct )emor" *ccess(


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Sistemas Operativos


Hardware - Dispositios de I/O

* *spectos en los +ue difieren,

-elocidad

.nidad de transferencia

epresentaci!n de los datos, encodificaci!n diferente Operaciones permisibles

$ondiciones de error


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Sistemas Operativos



* 0ipos,

Dispositivos de 1lo+ues

*lmacenan la informaci!n en blo+ues de tamao fijo

$ada blo+ue tiene una direcci!n2ectura independiente de cada blo+ue

Ejemplo, Disco


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Sistemas Operativos



Dispositivos de $aracteres

Entregan o aceptan flujos de caracteres

No es direccionable

No tienen operaciones de SEE3#

Ejemplo, 0erminales4 impresoras4 rat!n4 cintas4 ###

No son blo+ues direccionables4 ni aceptan flujos de

caracteres

elojes ' producen interrupciones a intervalos bien

definidos (#


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Sistemas Operativos


$P. )emoria

$ontroladorde disco#

$ontrolador

de impresora#

nterfa%

bits

egistros1uffer

Hardware - Controladores o adaptadores

0arjetas de $ircuito impreso


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Sistemas Operativos



* 1uffer,

Se usa para convertir el blo+ue de bits seriales en blo+ue de

b"tes# Se ensambla el blo+ue en el buffer

Se verifica el 5c6ec7sum8

Si no 6a" error4 se copia en memoria principal

Si O i


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Sistemas Operativos



* egistros

Permite la comunicaci!n con el $P.

Pueden estar en,

Espaciode direcciones de la memoria regular del computador

Es+uema 5)emor"9)apped /O8 'Procesador )otorola :;


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Sistemas Operativos



Si t O ti


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Sistemas Operativos



$omunicaci!n $P. 9 $ontrolador,

El SO escribe comandos 'read4 write4 see74 ##( " par&metros a estos

registros#

Si el comando es aceptado,

El $P. contin>a con otro trabajo 6asta +ue el controlador cause

una interrupci!n#

El $P. carga al SO de nuevo " prueba los resultados " el estado

del dispositivo#

Sistemas Operati os


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Sistemas Operativos


Hardware - D!"

* Operaciones de E/S sin D)* ' E/S indirecta(

El SO lee el blo+ue desde el buffer del controlador4 palabra a palabra4

" los almacena en memoria

?asta tiempo

* Operaciones de E/S con D)* ' E/S directa(

El controlador copia el contenido del buffer en la memoria a trav@s de

un procesador especiali%ado llamado Canal de I/O " luego avisa al SO

a trav@s de una interrupci!n#

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Sistemas Operativos


Hardware - D!"

Para una lectura4 el SO da al controlador,

2a direcci!n del blo+ue en disco

2a direcci!n del blo+ue donde ir& el blo+ue

El n>mero de b"tes a transferir

$P. Memoria

DriveControlador

de disco.

Dir. de memoria

Cuenta

Buffer

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Sistemas Operativos


Ob#etios ($rincipios) del Dise%o del Subsistema de

Entrada y Salida

* ndependencia del c!digo de caracteres

* ndependencia de los dispositivos

* Eficiencia

* 0ratamiento .niforme de los Dispositivos

* )anejo de errores lo m&s cercano al 6ardware#

* 0ransparencia en el tipo de 0ransferencia#

* $ontrol de acceso a los Dispositivos#

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Sistemas Operativos


Ob#etios

- Independencia del c&di'o de caractereseconocer diversos c!digos asociados a los

dispositivos

Presentarlos en una manera est&ndar "

uniforme 'traducci!n antes de la salida "despu@s de la entrada(

Sistemas Operativos


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Sistemas Operativos


Ob#etios

- Independencia de los dispositios

* Entre dispositivos del mismo tipo 'por ejemplo4diferentes tipos de impresoras(

Sistemas Operativos


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Sistemas Operativos


Ob#etios

- Independencia de los dispositios

* Entre tipos de dispositivos ' cambios mAnimos a nivel de programas o

s6ells cuando el tipo de dispositivos cambie, cintas4 discos4 ###(

* )anejo de dispositivos virtuales 'streams4 files4###(

Sistemas Operativos


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Sistemas Operativos


Ob#etios

- Eiciencia

* El c!digo +ue atiende una operaci!n de E/S

debe agregar el mAnimo 5over6ead8 posible#

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Sistemas Operativos


Ob#etios

-ratamiento *niorme de los Dispositios

5Handlers8 independientes de las

caracterAsticas de los dispositivos B

descriptores

Identificacin del dispositivoInstrucciones que manipulan el dispositivo

Apuntador a la tabla de traduccin de caracteresEstado actual ocupado! libre! da"ado.#roceso del usuario actual $Apunt. al #CB%

Estru

ctura

d

el

Descriptor

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Sistemas Operativos


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Sistemas Operativos


Ob#etios

- !ane#o de errores lo m+s cercano al ,ardware

* 2a correcci!n de un error debe intentarlo primero el

controlador4 luego el manejador4 luego el softwarellamador4 ####

* *dem&s4 en forma transparente#

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S s e as Ope a os


Ob#etios

- ransparencia en el tipo de ranserencia* 0ipos de transferencia,

Sincr!nica o blo+ueante#

*sincr!nica ! conducida por interrupciones#

* 2a ma"orAa de las trasferencias son asincr!nicas#

* 1lo+uear a los procesos mientras se 6ace la transferencia "

ejecutar a otros procesos#

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p


Ob#etios

- Control de acceso a los Dispositios

Dependiendo de si el dispositivo puede ser compartido o

no 'de acceso eCclusivo o dedicado(#

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p


PROCESO DEL USUARIO

Sot!areIn"epen"iente "el

Dispositivo#ane$a"ores "eDispositivos

#ane$a"or "e

Interrupciones

HARD%ARE

Requerimiento "e I&O

Respuesta"e I&O

Estructura en .ieles del Sistema de I/O

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p


Estructura - !ane#adores de interrupciones

Es la parte del SO +ue responde a las interrupciones#

* Funciones,

Determinar la fuente de la interrupci!n#

Servir a la interrupci!n 'vector de interrupciones(#

* Deben estar lo m&s escondidas posibles

1lo+uear los procesos de usuario# 2uego 4 el procedimiento de

interrupci!n desblo+uea el proceso +ue la origin!#

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Estructura - Driers o mane#ador del dispositio

* $!digo dependiente del dispositivo#

* Funci!n,

*cepta peticiones abstractas desde el software independiente del

dispositivo " vigila +ue el re+uerimiento es ejecutado#

* El driver es +uien conoce la estructura del dispositivo " los

mecanimos +ue 6acen +ue trabaje '$onoce de sectores4

cilindros4 cabe%ales4 ####(#

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Estructura - Driers

* Funciones especAficas,

0raducir el re+uerimiento abstracto a un re+uerimiento concreto#

Decidir cu&les operaciones del controlador son necesarias " en +ue

secuencia#

Escribir los comandos a los registros del controlador# El driver debe esperar 6asta +ue el controlador 6aga el trabajo 'se

blo+uea 6asta +ue el controlador ejecute la interrupci!n(#

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Estructura - Sotware Independiente del

Dispositio

* Funci!n, ejecutar las funciones de entrada " salida +ue son

comunes a todos los dispositivos#

* Funciones especAficas,

Proveer una interfa% uniforme para los manejadores de los

dispositivos#

)anejar nombres simb!licos de los dispositivos#

Protecci!n#

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Estructura - Sotware Independiente del

Dispositio

* Funciones especAficas 'cont#(, Proveer un tamao de blo+ue independiente del dispositivo#

.so de buffers# *signaci!n de espacio en los dispositivos por blo+ues#

*signaci!n " liberaci!n de los dispositivos dedicados o de usoeCclusivo#

nformaci!n de errores#

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Estructura - Sotware a niel de usuario

* Permiten enla%ar las funciones de E/S residentes en el Sistema

Operativo con los programas de los usuarios#

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Implantaci&n - Estructuras

Sistemas Operativos


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Implantaci&n - C&di'o para lectura

Sistemas Operativos


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$laniicaci&n de Entrada y

Salida de Disco

Sistemas Operativos


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Disco - Estructura

Est&n direccionadas como arreglos

unidimensionales de blo+ues l!gicos4 donde @stos

son la unidad m&s pe+uea de transferencia#

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Disco - Estructura

* Este arreglo es mapeado a sectores secuenciales del disco#

El sector 0 es el primer sector de la primera pistasobre el cilindro ms externo.

El mapeo procede en orden a travs de aquellapista, luego a travs de las pistas en ese cilindro yluego a travs del resto de los cilindros desde el ms

externo al ms interno.

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Disco - $laniicaci&n

El S#O# debe velar por el uso eficiente del

6ardware#

En este caso4 debe m&Cimi%ar el anc,o de

banda" minimi%ar el tiempo de acceso#

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* *nc6o de banda

Es el n>mero total de b"tes transferidos4dividido por el tiempo total entre el primer

re+uerimiento por servicio " la

completaci!n de la >ltima transferencia#

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* $omponentes principales del tiempo de acceso,

Tiempo de bsqueda: es el tiempo que se

consume en mover el cabezal hasta el cilindroque contiene el sector deseado.

Latencia rotacional: es el tiempo gastado en la

rotacin del disco hasta que el sector deseadoest bajo el cabezal del disco.

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* 0iempo de latencia despreciable

)inimi%ar el tiempo de b>s+ueda

* 0iempo de b>s+ueda

distancia de

b>s+ueda

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* *lgoritmos de planificaci!n para servir

re+uerimientos de E/S a disco,

Se ilustrar&n con la siguiente cola dere+uerimientos 'cilindros, = al (,

;4 ;4 G4 4 I4 I4 :J4 :G

El cabe%al apunta al cilindro J#

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Disco - $laniicaci&n FCFS

$ola K ;4 ;4 G4 4 I4 I4 :J4 :G

$abe%al

cilindro J#

Ha" un total de :I= movimientos#

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Disco - $laniicaci&n SSF

* Selecciona el re+uerimiento con el menor tiempo de

b>s+ueda desde la posici!n actual del cabe%al#

* Puede causar 5starvation8 de algunos

re+uerimientos#

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Disco - $laniicaci&n SSF

$ola K ;4 ;4 G4 4 I4 I4 :J4 :G

$abe%al

cilindro J#

Ha" un total de : movimientos#

Sistemas Operativos


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Disco - $laniicaci&n SC".

* El bra%o comien%a en uno de los eCtremos del disco

" se mueve 6acia el otro eCtremo4 sirviendo a los

re+uerimientos en ese sentido4 luego el movimiento

es reversado " el servicio contin>a#

* 2lamado el algoritmo del elevador#

Sistemas Operativos


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Disco - $laniicaci&n SC".

$ola K ;4 ;4 G4 4 I4 I4 :J4 :G

$abe%al

cilindro J#

Ha" un total de =; movimientos#

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Disco - $laniicaci&n C-SC".

* Provee un tiempo de espera m&s uniforme +ue

S$*N#

* El cabe%al se mueve s!lo en un sentido4 desde un

eCtremo al otro4 sirviendo los re+uerimientos a su

paso# 2uego retorna al comien%o del disco sin servir4

tratando a los cilindros como una lista circular#

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Disco - $laniicaci&n C-SC".

$ola K ;4 ;4 G4 4 I4 I4 :J4 :G

$abe%al

cilindro J#

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Disco - $laniicaci&n C-OO0

* -ersi!n del $9S$*N#

* El bra%o va s!lo 6asta el >ltimo re+uerimiento en

cada direcci!n4 luego reversa la direcci!n

inmediatamente#

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Disco - $laniicaci&n C-OO0

$ola K ;4 ;4 G4 4 I4 I4 :J4 :G

$abe%al

cilindro J#

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Disco - Selecci&n de un "l'oritmo de $laniicaci&n

* El rendimiento depende del n>mero " tipos dere+uerimientos#

* os re1uerimientos por sericio de disco est+ninluenciados por el m2todo de asi'naci&n dearc,ios

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Disco - Selecci&n de un "l'oritmo de $laniicaci&n

* El algoritmo de planificaci!n de discopodrAa ser escrito como un m!dulo separadodel S#O#4 permitiendo +ue sea reepla%ado

por un algoritmo diferente si es necesario#

SS0F es com>n#

SC". y C-SC". se e#ecutan me#or en un sistema1ue tiene una car'a pesada sobre el disco

SSF o OO0 es una esco'encia ra3onable comoal'oritmo por deecto

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Disco - Otras deiniciones

* Formateo de bajo nivel formateo fsico:Divide el disco en sectores que el controlador

de disco pueda leer y escribir.

* Formateo lgico: construye un sistema de

archivos.

* Bloque de arranque !Boot bloc"#$: Bloque de

iniciali%acin del sistema.

tema 2 - entrada y salida

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