tema 2 - entrada y salida
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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
Ing. Eliecer Henriquez
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
Ing. Eliecer Henriquez
Funciones del Subsistema de Entrada y Salida
* $ontrolar todos los dispositivos de E/S de la
computadora#
* Proporcionar una interfa% sencilla " f&cil de usar
entre los dispositivos " el resto del sistema#
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Sistemas Operativos
Ing. Eliecer Henriquez
Hardware de Entrada y Salida
* Dispositivos de /O '$omponente mec&nico(
* $ontroladores o adaptadores de dispositivos
'$omponente electr!nico(
* D)* 'Direct )emor" *ccess(
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Sistemas Operativos
Ing. Eliecer Henriquez
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
Ing. Eliecer Henriquez
Hardware - Dispositios de I/O
* 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
Ing. Eliecer Henriquez
Hardware - Dispositios de I/O
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
Ing. Eliecer Henriquez
$P. )emoria
$ontroladorde disco#
$ontrolador
de impresora#
nterfa%
bits
egistros1uffer
Hardware - Controladores o adaptadores
0arjetas de $ircuito impreso
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Sistemas Operativos
Ing. Eliecer Henriquez
Hardware - Controladores o adaptadores
* 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
Ing. Eliecer Henriquez
Hardware - Controladores o adaptadores
* 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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Ing. Eliecer Henriquez
Hardware - Controladores o adaptadores
Si t O ti
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Sistemas Operativos
Ing. Eliecer Henriquez
Hardware - Controladores o adaptadores
$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
Ing. Eliecer Henriquez
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#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
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
$P. Memoria
DriveControlador
de disco.
Dir. de memoria
Cuenta
Buffer
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Ob#etios ($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#
Sistemas Operativos
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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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Ob#etios
- Independencia de los dispositios
* Entre dispositivos del mismo tipo 'por ejemplo4diferentes tipos de impresoras(
Sistemas Operativos
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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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Ing. Eliecer Henriquez
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
Ing. Eliecer Henriquez
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 $Apunt. al #CB%
Estru
ctura
d
el
Descriptor
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Sistemas Operativos
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Ob#etios
- !ane#o de errores lo m+s cercano al ,ardware
* 2a correcci!n de un error debe intentarlo primero el
controlador4 luego el manejador4 luego el softwarellamador4 ####
* *dem&s4 en forma transparente#
Sistemas Operativos
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S s e as Ope a os
Ing. Eliecer Henriquez
Ob#etios
- ransparencia en el tipo de ranserencia* 0ipos de transferencia,
Sincr!nica o blo+ueante#
*sincr!nica ! conducida por interrupciones#
* 2a ma"orAa de las trasferencias son asincr!nicas#
* 1lo+uear a los procesos mientras se 6ace la transferencia "
ejecutar a otros procesos#
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Ob#etios
- Control de acceso a los Dispositios
Dependiendo de si el dispositivo puede ser compartido o
no 'de acceso eCclusivo o dedicado(#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
PROCESO DEL USUARIO
Sot!areIn"epen"iente "el
Dispositivo#ane$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
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
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!#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
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 ####(#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
Implantaci&n - Estructuras
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
Implantaci&n - C&di'o para lectura
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
$laniicaci&n de Entrada y
Salida de Disco
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
Disco - Estructura
Est&n direccionadas como arreglos
unidimensionales de blo+ues l!gicos4 donde @stos
son la unidad m&s pe+uea de transferencia#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
Disco - $laniicaci&n
* *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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Ing. Eliecer Henriquez
Disco - $laniicaci&n
* $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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Ing. Eliecer Henriquez
Disco - $laniicaci&n
* 0iempo de latencia despreciable
)inimi%ar el tiempo de b>s+ueda
* 0iempo de b>s+ueda
distancia de
b>s+ueda
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
Disco - $laniicaci&n
* *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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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
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#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
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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Ing. Eliecer Henriquez
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#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
Disco - $laniicaci&n C-SC".
$ola K ;4 ;4 G4 4 I4 I4 :J4 :G
$abe%al
cilindro J#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
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#
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
Disco - $laniicaci&n C-OO0
$ola K ;4 ;4 G4 4 I4 I4 :J4 :G
$abe%al
cilindro J#
Sistemas Operativos
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7/17/2019 Tema 2 - Entrada y Salida
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Ing. Eliecer Henriquez
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
Sistemas Operativos
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Ing. Eliecer Henriquez
Disco - Selecci&n de un "l'oritmo de $laniicaci&n
* El algoritmo de planificaci!n de discopodrAa ser escrito como un m!dulo separadodel S#O#4 permitiendo +ue sea reepla%ado
por un algoritmo diferente si es necesario#
SS0F es com>n#
SC". y C-SC". se e#ecutan me#or en un sistema1ue tiene una car'a pesada sobre el disco
SSF o OO0 es una esco'encia ra3onable comoal'oritmo por deecto
Sistemas Operativos
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Disco - Otras deiniciones
* Formateo de bajo nivel formateo fsico:Divide el disco en sectores que el controlador
de disco pueda leer y escribir.
* Formateo lgico: construye un sistema de
archivos.
* Bloque de arranque !Boot bloc"#$: Bloque de
iniciali%acin del sistema.
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