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Sistemas Operativos

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Sistemas Operativos. Administración de Periféricos. Temario. Objetivos Repaso de Unidades involucradas: Canales, UC, Dispositivos, instrucciones de E/S, tipos de canales Asignación de dispositivos Base de datos necesaria

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sistemas operativos

Sistemas Operativos

Administración de Periféricos

temario
Temario
  • Objetivos
  • Repaso de Unidades involucradas: Canales, UC, Dispositivos, instrucciones de E/S, tipos de canales
  • Asignación de dispositivos
  • Base de datos necesaria
  • Rutinas: Planificador de E/S, Controlador de tráfico de E/S, Manipulador de periféricos
  • Bloqueo y Algoritmos de acceso
  • Spooling
  • Tecnología RAID
  • Mecanismos de E/S
  • Puertos y protocolos de E/S
  • Ejemplo: UNIX
objetivos
Objetivos
  • Llevar el estado de control de los dispositivos
  • Políticas de uso (dedicados, compartidos, virtuales)
  • Asignación y desasignación de dispositivos a procesos
controladores y adaptadores

procesador

Controladores y adaptadores
  • Controlador:
    • Interfaz electrónica del dispositivo
    • Gobierna el funcionamiento del dispositivo
    • Recibe órdenes del procesador
  • En sistemas más simples: específico para ordenador y dispositivo

controlador

electromecánica

BUS

concepto de canal
Concepto de canal
  • Canal de E/S: subsistema hardware especializado en gestión de lectura/escritura
    • Adaptadores se conectan a canal
    • Basados en procesador especializado
    • Son capaces de procesar listas de órdenes de “alto nivel”
    • Simplifican en gran medida SO pues:
      • abstraen gran parte de la gestión de los dispositivos
      • homogeinizan los dispositivos conectados

adaptador

canal de L/E

BUS

controlador

instrucci n procesador de e s
Instrucción Procesador de E/S
  • Codop: Transferencia – Acciones

Para DISCO

    • Posicionamiento (cilindro, cabeza)
    • Búsqueda del bloque (sector)
    • Reintento
    • Transferencia (Dir, Long)
unidad de control controladora
Unidad de Control (controladora)
  • Detecta errores de paridad
  • Controla movimientos del periférico
  • Buffers de sincronismo
  • Serializa y deserializa la información
controladores m ltiples
Controladores múltiples
  • Gobiernan varios dispositivos del mismo tipo
  • Formas de conexión:
    • Conexión directa (multiplexor)
    • Conexión en cadena
    • Conexión en bus
  • Conexión directa (multiplexor)
  • Circuitos independientes por dispositivo

Dispositivo 1

controlador

Dispositivo 2

Dispositivo n

controladores m ltiples1
Controladores múltiples
  • Ventajas:
    • Posibilidad de simultanear transferencias
    • Fallo en un dispositivo no afecta a los demás
  • Inconvenientes:
    • Complejidad del hardware (coste)
    • Nº de dispositivos limitado por controlador
controladores m ltiples2
Controladores múltiples
  • Conexión en bus

Todos los dispositivos comparten conexión a controlador

Hardware se simplifica mucho (más barato)

Fallo de un dispositivo no necesariamente afecta a otros

No se puede garantizar que fallo en un dispositivo no pueda afectar a otros (ejemplo: cortocircuito en bus

Transferencia simultánea : imposible.

Dispositivo 1

controlador

Dispositivo n-1

Dispositivo n

estructura l gica de un controlador
Estructura lógica de un controlador
  • Arquitectura en tres niveles:
      • interfaz al bus (hardware)
      • registros (software)
      • interfaz al dispositivo (hardware)
    • Registros de órdenesde configuración (selección de modo)
    • Registros de comandos
    • Registros de estado
    • Registros de lectura/escritura

controlador

interfaz a disp.

registros

interfaz al bus

BUS

estructura l gica de un controlador1
Estructura lógica de un controlador
  • Acceso a registros:
    • Mapeados en memoria:
      • Acceso mediante cualquier instrucción con operandos en memoria
      • Protección: mediante mecanismos de protección de memoria
    • Mapeados en espacio de lectura/escritura
      • Algunos procesadores (ej. Intel) disponen de espacio de direcciones separado para lectura/escritura
      • Acceso mediante instrucciones especiales: IN, OUT, etc
acceso directo a memoria dma

procesador

Acceso directo a memoria (DMA)
  • DMA: dispositivo capaz de transferir bloques de datos entre memoria y dispositivo
  • Es programado por procesador con:
        • dirección del registro del dispositivo
        • dirección inicial del bloque
        • nº de bytes/palabras a transferir
        • cuando termina transferencia: interrupción

DMA

Dispositivo

Memoria

BUS

acceso directo a memoria dma1
Acceso directo a memoria (DMA)
  • Puede estar integrado en:
    • Chipset del sistema: de propósito general, asignable a cualquier dispositivo
    • En el controlador de un dispositivo: de uso dedicado a dicho dispositivo
  • Controladores de DMA de propósito general: frecuentemente son multicanal (múltiples transferencias en curso)
  • Algunos controladores de DMA soportan transferencias de memoria a memoria
tratamiento por interrupciones
Tratamiento por Interrupciones
  • Dispositivos suelen disponer de alguna señal de interrupción
  • Esta señal de interrupción se puede conectar a entrada de interrupción de CPU
  • Dispositivos se puede configurar para que generen interrupción cuando requieran atención
  • Tratamiento del dispositivo: en subrutina de servicio de interrupción
    • Se ejecuta en modo supervisor de modo transparente para el resto de actividades de la CPU
dise o modular de e s
Diseño Modular de E/S

Software de L/E en espacio de usuario

Software de L/E independientede dispositivo

Gestor de dispositivo

SSI

Software

Hardware

Controlador de Dispositivo

Dispositivo

dise o modular de e s1
Diseño Modular de E/S

Proceso de usuario

abcedefghi….

ch= fgetc(f);

Administrador de Archivos

Administradorde Memoria

Administradorde Red

READ fd, pos, tam

Tarea Floppy

Tarea HD

Tarea del Sistema

DISK_READ fd0, bloque

FLOPPY

Núcleo

SSI Floppy

Controlador

tipos de perif ricos
Tipos de Periféricos
  • Dedicados (cintas – impresoras)
  • Compartidos (discos giratorios - sólidos)
  • Virtuales (SPOOL – RAM Disk – Discos Virtuales)
asignaci n
Asignación
  • Dedicados
    • al comienzo del trabajo
    • al comienzo de la etapa
    • al realizarse la instrucción Open
  • Asignación total o parcial
  • Compartidos: asignación dinámica
  • Virtuales: Asignación como archivos
tablas de uso bloques de dispositivos
Tablas de uso: Bloques de Dispositivos
  • Bloque control de Dispositivo
    • Identificador del dispositivo
    • Estado del dispositivo
    • Lista de unidades de control a las que está conectado el dispositivo
    • Lista de procesos esperando este dispositivo
tablas de uso bloques de unidades de control
Tablas de uso (Bloques de Unidades de Control)
  • En el Bloque de Control de la Unidad de Control tendremos la siguiente información:
    • Identificador de la unidad de control
    • Estado de la unidad de control
    • Lista de dispositivos conectados a esta unidad de control
    • Lista de canales conectados a esta unidad de control
    • Lista de procesos esperando a esta unidad de control
tablas de uso bloques de procesadores de e s
Tablas de uso (Bloques de Procesadores de E/S)
  • En el Bloque de Control del Procesador de E/S tendremos la siguiente información:
    • Identificador del canal o procesador de E/S
    • Estado del canal
    • Lista de unidades de control a las que está conectado el canal
    • Lista de procesos esperando el canal
rutinas
Rutinas
  • Planificador de E/S: Decide qué proceso toma el recurso. Determina el orden en que se asignarán a los procesos los dispositivos, unidades de control y procesadores de E/S, ya sea por algoritmos o por alguna prioridad
  • Controlador de Tráfico de E/S: Lleva el estado de los dispositivos, unidades de control y procesadores de E/S por medio de bloques de control. Determina la posibilidad de una operación de E/S y la posibilidad de caminos alternativos. Una vez que hay un orden, es el controlador de tráfico de E/S el que determina que puede ser satisfecho el pedido al colocarlo en un determinado Bloque de control estableciendo de esta forma la ruta.
slide29

Rutinas

  • Manipuladores de E/S (Drivers) : Arma el programa del procesador de E/S. Emite la instrucción de arranque de E/S. Procesa las interrupciones del dispositivo. Maneja errores del dispositivo. Realiza una planificación de acuerdo al periférico (estrategia de acceso).
  • Calcula direcciones en términos del Cilindro-Pista-Sector
  • Las rutas siempre se adquieren desde el periférico hacia el canal.
  • Pueden ser reemplazados por un IOP
c lculo cilindro pista sector
Cálculo Cilindro-Pista-Sector
  • NB = nro. de bloque buscado (lo provee el FS)
  • Nps = nro. de sectores por pista
  • Cp = nro. de pistas por cilindro
  • [NB/Nps] = nro de pista (Np) – f(resto) (NB/Nps)= Sector
  • [Np/Cp] = Cil – f(resto) (Np/Cp) = Pista del cilindro
  • FS proveebloque 2005 (disco con 20 sectores x pista ) (4 platos  8 caras)
  • [2005/20] = 100 (pista) f(resto) (2005/20) = 5 (sector)
  • [100/8] = 12 (cilindro) f(resto) (100/8) = 4 (pista) o sea cilindro 12, pista 4, sector 5
c lculo lba
Cálculo LBA
  • CHS (cylinder/head/sector) tuples can be mapped to LBA address with the following formula:
  • LBA = ((C x HPC) + H) x SPT + S (-1)
  • Where:
    • C, H and S are the cylinder number, the head number, and the sector number
    • LBA is the logical block address
    • HPC is the maximum number of heads per cylinder
    • SPT is the maximum number of sectors per track
    • LBA addresses can be mapped to CHS tuples with the following formula
    • C = [LBA / (SPT x HPC)]
    • H = [LBA / SPT] mod HPC
    • S = (LBA mod SPT) (+1)
algoritmos de acceso a discos
Algoritmos de acceso a discos
  • FCFS (accesos 53 – 37 – 122 – 14 – 124) = (16 + 85 + 108 +110 = 319) de otra manera (23 + 16 + 69 + 2 = 110)
algoritmos de acceso a discos alternativas
Algoritmos de acceso a discos (alternativas)
  • El más cercano primero NSCAN
  • SCAN o barrido ascensor (se debe conocer comienzo y sentido)
  • C-SCAN o barrido circular (ordena los pedidos en un solo sentido, luego vuelve al comienzo)
  • Posición angular (sector queueing)
slide36

0

5

10

15

20

25

30

35

FCFS
  • Criterio FCFS
  • Número total de cilindros saltados: 10 + 35 + 20 + 18 + 25 + 3 = 111
  • Las peticiones se atienden en el mismo orden en que se reciben
  • Ejemplo:
    • Cabezal inicialmente en cilindro 11
    • Búsquedas: 1, 36, 16, 34, 9, 12

10

35

20

18

25

3

c scan

0

5

10

15

20

25

30

35

C-SCAN
  • Se establece sentido de movimiento de las cabezas:
    • Se atienden todas las peticiones en el orden en que se van encontrando, hasta llegar a la última
    • Se salta a petición mas lejana en extremo opuesto de disco
    • Se repite proceso
  • Ejemplo:
    • Cabezal inicialmente en cilindro 11, sentido ascendente
    • Búsquedas: 1, 36, 16, 34, 9, 12

4

1

18

2

35

Número total de cilindros saltados: 1 + 4 + 18 + 2 + 35 + 8 = 68

beneficios del spooling
Beneficios del spooling
  • Simular más periféricos dedicados de los que existen en la instalación
  • Simular periféricos que no existen en la instalación
  • Menor tiempo en Listo-Ejecutando-Bloqueado
  • Funcionamiento del periférico a su máxima velocidad
  • Permite planificación de los trabajos de impresión
comparaci n
Comparación

Si calculo el turnaround de un proceso solo en un ambiente de monoprogramación y luego lo calculo colocando ese proceso (también solo) en un ambiente de multiprogramación y luego también en un ambiente de multiprogramación con spool, concluimos que:

Monoprogramación < Multiprogramación

Por que se agrega el tiempo del Planificador de Procesos!!

Y ahora

Multiprogramación << Multiprogramación con spool

Por que se agregan los tiempos de:

- grabar y leer el disco de spool y

- el tiempo de la rutina de Spool!!

tecnolog a raid redundant array of independent disks
Tecnología RAID: Redundant Array of Independent Disks
  • 0 Striping (sin redundancia)
  • 1 Mirror
  • 2 error recording code (Hamming)
  • 3 bit-interleaved parity
  • 4 Block-interleaved parity
  • 5 Block interleaved and rotated parity
  • 6 idem 5 dual redundancy
  • 7 idem 5 pero con paridad en la cache
  • 10 1 + 0 Idem 1, o sea mirror con striping
  • 53 Igual 3 con striping
  • 0 + 1 Igual 0 con mirror
ejemplo raid 5
Ejemplo Raid 5
  • Puede tener disco “spare”
ejemplos raid 3 a 5
Ejemplos Raid 3 a 5
  • Raid levels 3 through 5
  • Backup and parity drives are shaded
raid 1 0 mirror stripe

Mirror Set 1

Mirror Set 2

Mirror Set 3

Mirror Set 4

RAID 1+0: Mirror & Stripe
raid 3 a 6
RAID (3 a 6)

Actualización

  • x4(i) = x3(i) xor x2(i) xor x1(i) xor x0(i) (1)
  • x1(i)  x’1(i)
  • x’4(i) = x3(i) xor x2(i) xor x’1(i) xor x0(i)

Como sabemos x1(i) xor x1(i) = 0, entonces sumamos en el 2do término recordando (1)

  • x’4(i) = x4(i) xor x1(i) xor x’1(i)

Esto me ahorra tener que leer todos los discos para obtener un valor.

raid 3 a 61
RAID (3 a 6)

Reconstrucción

  • Suponemos pérdida de x1(i)
  • Al (1) anterior le sumamos x4(i)+ x1(i) en ambos miembros y eliminamos los miembros nulos

Luego queda

  • x1(i) = x3(i) xor x2(i) xor x0(i) xor x4(i)

Con lo que se puede reconstruir todo x1

logical volumen
Logical Volumen
  • Es posible tener (directorios (FS)) sobre distintos discos físicos
  • Existen discos físicos (PD)
  • Todo un PD o parte de él forma una partición física PP
  • Varias PP forman un disco Lógico LVG
  • Sobre un LVG se pueden armar discos lógicos (LD) o Particiones Lógicas (LP)
mecanismos de i o
Mecanismos de I/O
  • Testeo de puertos (polling)
  • Interrupciones
puerto de i o
Puerto de I/O
  • Básicamente consiste en 4 registros
  • status – control - data-in – data-out –
  • status: estado de la operación
  • control: se escribe el comando
  • data-in: lee información el host
  • data-out: escribe información el host
puerto i o protocolo
Puerto I/O (protocolo)
  • 1 el host lee busy (status) hasta clear (pooling)
  • 2 el host pone write (control) y escribe data-out
  • 3 el host activa ready (control)
  • 4 El controlador pone busy el status
  • 5 El controlador lee ambos y hace I/O
  • 6 El controlador deja estado de fin de I/O en status y clear
en unix
En UNIX
  • < major, minor> number
  • major: Identifica el device driver
  • minor: identifica device (tabla asociada identificando puerto)
trim aproximado
trim (aproximado)
  • Nand no sobreesribre (primero borra)
  • La información se escribre en páginas agrupadas en bloques (se borra bloque completo)
  • La información borrada queda como Garbage collection
  • trim se ocupa de borrarla
    • background (cuando no se hace nada)
    • foreground (cuando se necesita)
  • http://thessdreview.com/daily-news/latest-buzz/garbage-collection-and-trim-in-ssds-explained-an-ssd-primer/
dudas ssd
Dudas SSD
  • Cuánto dura ? (por nand) ?
  • File System ? (quien le informa?) trim
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