sisOpe Temario Curso: 16/17 Horas INTRODUCCIÓN 6 PROCESOS Y THREADS 11 GESTIÓN DE MEMORIA 9 ENTRADA/SALIDA 1 SISTEMA DE FICHEROS 5 Entrada / Salida

Tema 4. Entrada / Salida PRINCIPIOS HARDWARE Dispositivos y Controladores E/S mapeada DMA PRINCIPIOS SOFTWARE (Objetivos) NIVELES SOFTWARE Manejadores de interrupción Drivers de dispositivos Independencia del dispositivo Sw de E/S en el espacio de usuario DISCOS Hardware (discos magnéticos) Formateo Planificación del brazo Entrada / Salida

Principios Hardware (Dispositivos + Controladores ) Z80 D7-D0 INT PBUS ABUS PMEM PES LEC ESC A15-A0 8237 DMA D7-D0 EOP DREQ DACK MR MW IOR IOW CS HRQ HLDA 8272 FDC INT D7-D0 R W CS TC A0 MP 64K CS IOR IOW S.O => Simplicidad Eficiencia ? Entrada / Salida

Principios Hardware (Dispositivos) Orientados a bloques: Bloques [512B..32KB] y acceso aleatorio Orientados a caracteres: Flujo de bytes y acceso secuencial Tasas de transferencia muy variable: 10B/seg..528MB/seg Dispositivo Tasa Trans. Teclado Ratón 10 B/s 100 B/s Modem 56K Scanner 7 KB/s 400 KB/s 802.11g 6,75 MB/s 52x CD-ROM 7,8 MB/s USB 2.0 60 MB/s Giga Ethernet 125 MB/s Cinta Ultrium 320 MB/s Bus PCI 528 MB/s Disco SATA 300 MB/s 32  38,4  ? PCI-e 3.0  1GB/s PCI-e 4.0  2GB/s Entrada / Salida

Principios Hardware (Controladores) Preámbulo Datos ECC Sector 1 . CPU MP Controlador Disco/s Impresora ? Bloque de bytes Buffer amortiguador de velocidad Comprobar errores Dejar en la memoria Estándar Entrada / Salida

Principios Sotware (Objetivos) Independencia del dispositivo: sort < entrada > salida Uniformidad de nombres: /dev/lp /usr/alumnos/zz9999 /usr/profesores/pcarazo ¿mount? Gestión de errores: Cuanto más local mejor Tipo de transferencia: Síncrona vs asíncrona Interrupciones Bloqueo Almacenaje intermedio: Amortiguar velocidades, ... Compartido vs exclusivo: Ficheros en disco vs listados por impresora Entrada / Salida

Niveles Software read (df, ….) => Petición de la E/S Respuesta de la E/S HARDWARE Gestores de Interrupciones Drivers de dispositivos Sw independiente del dispositivo Sw de E/S a nivel de usuario Formateo, TRAP Nombrado, protección, bloqueo, almacenamiento Manejar controlador (reg), comprobar estado, errores Salvar y recuperar estado, realizar tratamiento Realización física de la E/S Entrada / Salida

Niveles Software (Gestores de interrupciones) HARDWARE Gestores de Interrupciones Drivers de dispositivos Sw independiente del dispositivo Sw de E/S a nivel de usuario read (df, ….) Driver Comandos* --------------- out reg,valor signal Rutina tratamiento interrupción ? ? wait (sDisco) más acciones Tratar la interrupción Salvar registros Ejecutar rutina específica Contexto rutina int Planificar proceso Pila rutina int Recuperar estado proceso Ack al controlador int rte Registros salvados a descriptor Entrada / Salida

Niveles Software (Drivers de dispositivos) HARDWARE Gestores de Interrupciones Drivers de dispositivos Sw independiente del dispositivo Sw de E/S a nivel de usuario read (df, ….) ¿Extraigo dispositivo? LeerBloque (12.300, &buffer) LeerBloque (5,&b) ¿Llega una petición? ? ? DDisco DTeclado DImpLaser cilindro pista, sector Atender petición DDisco ? ¿Motor encendido? ON ? ¿Mucho tiempo? ¿Posición actual? OFF Entrada / Salida

Niveles Software (Sw independiente del dispositivo) HARDWARE Gestores de Interrupciones Drivers de dispositivos Sw independiente del dispositivo Sw de E/S a nivel de usuario read (df, ….) Interfaz uniforme para los drivers Almacenamiento (buffers) Gestión de errores Pedir | Liberar dispositivos dedicados Tamaño de bloque independiente del dispositivo ? Sistema Operativo i-node tipo # principal # secundario df = open (“/dev/fd0”, …) ? Entrada / Salida Nombrado de dispositivos de E/S

Sw independiente: Almacenamiento (buffers) Pi Usuario Kernel Pi Pi Pi Entrada / Salida

Sw independiente: Almacenamiento (buffers) Entrada / Salida

Sw independiente (Gestión errores y dispositivos dedicados) Parámetros => Operación inocua e informar del error Físicos => Resolución local o pasar la pelota o crash Dispositivos dedicados: Open => Como entrar en región crítica Close => Como salir de región crítica Entrada / Salida

Sw independiente (Tamaño de bloque independiente) Bloque N Datos: Sw independiente dispositivo Drivers Por encima del Sw independiente, cada dispositivo de bloques: leerBloque (dispositivo, indBloque, dirBuffer) escribirBloque Operaciones: 0..N ramDisk Entrada / Salida

Niveles Software (Sw E/S en el espacio de usuario) Llamadas al sistema  rutinas de biblioteca count = write (fd, buffer, nbytes) Rutinas tipo printf (formateo y pasar parámetros) Sistema de spooling impresora: demonio y directorio de spooling red: demonio y directorio de spooling Entrada / Salida

DISCOS (Hardware de los discos magnéticos ¿ SSD ?) 120GB 64€ 250GB 90€ 500GB 162€ 1TB 337€ 2TB 726€ 500GB 44€ 2TB 61€ 4TB 138€ 8TB 242€ 4TB 175€ [8GB Flash] 2015 Precio Capacidad Disponibilidad Velocidad Ruido Consumo SSHD Entrada / Salida

DISCOS (Hardware de los discos magnéticos - I) Entrada / Salida

DISCOS (Hardware de los discos magnéticos - II) Posibilidad de posicionamiento simultáneo en varias unidades (búsquedas solapadas). Posibilidad de posicionamiento y r/w simultáneos en dos unidades. NO transferencias simultáneas. WD 18300 HD 10.601 12 281 (media) 35.742.000 512 18,3 GB 0,8 mseg 6,9 mseg 8,33 mseg 20 seg 17 µseg Parámetro Pistas x cilindro Sectores x pista Sectores x disco Bytes x sector Capacidad disco Cil => CilAdya Posiciona medio T. rotación T. on/off motor T. Transferir sector Número cilindros IBM PC Floppy 40 2 9 720 360 KB 6 mseg 77 mseg 200 mseg 250 mseg 22 mseg 1983 2000 WD Blue HD 2010 1.953.525.169 1 TB 150MB x seg 28,7MB x seg 8,33 mseg 512 Entrada / Salida

DISCOS (Hardware de los discos magnéticos - II) www.taringa.net/posts/imagenes/13906349/Disco-duro-de-5-MB-lanzado-por-IBM-en-1956-pesaba-1-tonelada.html Entrada / Salida

DISCOS (Hardware de los discos magnéticos - III) Geometría física de un disco con dos zonas Geometría virtual para el disco 192 Tanenbaum comenta detalles de electrónica y algo de formateo. No hay referencias a los drivers del sistema que los gestionan. La tecnología de cómo están construidos estos dispositivos no es de SO-1. Entrada / Salida

DISCOS (Formateo a bajo nivel: Sector de disco) Preámbulo Datos ECC ¿ Capacidad efectiva ? Patrón de bits Cilindro, Sector Parametrizable Habitual 512B Error Correcting Code Habitual 16 bits ¿ Sectores defectuosos de fábrica ? Sectores extra alternativos Entrada / Salida

DISCOS (Formateo a bajo nivel: Sector de disco) ¿ Fichero especial que recolecte todos los sectores dañados ? ¿ Cómo ubicar los sectores en la superficie del disco ? Entrada / Salida

DISCOS (Formateo a bajo nivel: cylinder skew) Leer 5 sectores Amortigua posicionamiento ¿Viable? Entrada / Salida

DISCOS (Formateo a bajo nivel: Entrelazado de sectores) Mientras se transfiere a memoria, el disco sigue girando y …. ¡ Controlador con un único buffer (sector) ! Interleaving = 0 Interleaving = 1 Interleaving = 2 ¡ Habitual buffer en controlador para toda una pista ! Entrada / Salida

DISCOS (Establecer particiones) ¿Formateo a alto nivel? Master boot record Código de arranque Tabla particiones # 1er sector tamaño C D E F 1 1001 ----- 1000 8000 ¿Partición activa? Entrada / Salida

DISCOS (Planificación del brazo: FCFS) ¡ Colas de peticiones pendientes por cilindro ! Ejemplo: Posición actual: cilindro 11 Llegan peticiones: 1, 36, 16, 34, 9 ,12 1 9 11 12 16 34 36 X X X X 10 35 20 18 25 3 ¡ En total se atraviesan 111 cilindros ! Entrada / Salida

DISCOS (Planificación del brazo: SSF “Shortest Seek First”) ¡ En total se atraviesan 61 cilindros ! INJUSTICIA + INANICIÓN Entrada / Salida

DISCOS (Planificación del brazo: Ascensor ) Idea de sentido: (Sube – Baja) * Entrada / Salida

DISCOS (Planificación del brazo: Ascensor mejorado CSCAN ) Entrada / Salida

DISCOS (Planificación del brazo: Otras optimizaciones ) Peticiones sobre el mismo cilindro  sector más cercano Caché en el controlador Si N unidades de disco: Ordenar posicionamiento en N-1 Realizar transferencia actual La sección 5.4.4 Gestión de errores viene bastante bien explicada. En cualquier caso es puramente ilustrativa: cada SO trata los suyos (que son muchos más). La sección 5.4.5 explica una estrategia para asegurar la integridad de datos en un disco en presencia de errores (según modelo que formula). Dado lo corto que vamos de tiempo, optaría por no pedirlo para el examen. (Leer la sección 5.4.4. La sección 5.4.5 no entra para el examen.) Entrada / Salida