公司 徽标 Gestión De Entrada Y Salida

Introducción Unaspectoconfusoenlossistemas operativos es la E/S, debido a la amplia variedad de dispositivos, resulta difícil desarrollar una solución general. Para desarrollar una solución es necesario conocer los dispositivos de E/S, almacenamiento intermedio,la E/S a disco….

Introducción

Objetivos Describirlaorganizacióndelsistema de E/S DescribirelmanejodeE/Senlos sistemas operativos actuales. Describirlacaracterizacióndelos dispositivos de E/S. Conocer interfaces de aplicación.

Clasificación de los dispositivos de E/S Dispositivos legibles por los humanos Dispositivos legibles por la máquina Dispositivos de comunicaciones

Diferencias entre dispositivos de E/S Velocidad de los datos Aplicaciones Complejidad del control Unidad de transferencia Representación de los datos Condiciones de error

Velocidades de los dispositivos de E/S E+09 Ethernet de gigabit Pantalla Gráfica Disco Duro Ethernet Disco Óptico Escaner Impresora Láser Disco Flexible Módem Ratón Teclado Dispositivos de E/S típicos Velocidad de datos en bps

Funciones de la E/S Técnicas para realizar la E/S Sin InterrupcionesCon interrupciones Transferencia de E/S a memoria a través del procesador E/S ProgramadaE/S dirigida por interrupciones Transferencia de E/S directa a memoria Acceso directo a memoria (DMA)

Evolución de las funciones deE/S Elprocesadorcontrola directamente los dispositivos periféricos. Se añade un controlador o módulo de E/S. Controlador de E/S, pero con interrupciones. El módulo recibe el control directo de la memoria. Procesador separado con instrucciones de E/S El módulo posee su propia memoria local

Acceso Directo A Memoria Cuenta de Datos Registro de Dirección Lógica de Control Líneas de direcciones Solicitud de DMA Reconocimiento de DMA Interrupción Lectura Escritura Líneas de datos Registro de Datos Funcionamiento del DMA

Acceso directo a Memoria Lectura o grabación: Líneas de control (procesador – modulo DMA) Comunica dirección (líneas de dato)). Comunica la ubicación de la lectura o escritura (registro de dirección) Comunica el número de palabrasa leer o escribir.

Ciclo del procesador Leer Instrucción Decodificar Instrucción Leer Operando Ejecutar instrucción Almacenar resultado Interrupción del proceso Ruptura por DMA e interrupción Tiempo Ciclo de Instrucción Puntos de ruptura por DMA Puntos de ruptura por Interrupción

Configuraciones posibles de DMA ProcesadorDMAE/S Memoria Procesador E/S DMA E/S Memoria … DMA separada de bus sencillo DMA integrada de bus sencillo

Configuraciones posibles de DMA ProcesadorMemoriaDMA E/S Bus del E/S Bus de E/S Bus del Sistema

Aspectos de Diseño Objetivos del Diseño Eficiencia La operaciones de E/S constituyen un cuello de botella. Generalidad Interés en la simplicidad y la exención de errores.

Organización de E/S Implica los siguientes niveles: E/S Lógica E/S con dispositivos Planificación y control Gestión de Directorios Sistemas de Archivos Organización física

Organización dela E/S. Procesos de Usuario E/S Lógica E/S con dispositivos Planificación y control Hardware Procesos de Usuario Arquitectura de comunicaciones E/S con dispositivos Planificación y control Hardware Procesos de Usuario Gestión de directorios E/S con dispositivos Planificación y control Hardware Sistema de Archivos Organización física Periférico Local Puerto de ComunicacionesSistemas de Archivos

Almacenamiento intermedio de la E/S (Buffering) Consiste en llevaracabo transferencias de E/S por adelantado a las peticiones. Para su estudio se diferencian: Dispositivos Orientados a bloques Dispositivos Orientadosflujo

Buffers Sencilla Doble Para la operación de E/S se le asigna espacio de la memoria principal. Seasignaalaoperación2 buffers. Circular Seusanmásdedos buffers de memoria intermedia.

Esquemas de Almacenamiento Intermedio Dispositivos de E/S Sistema Operativo Proceso de Usuario Entrar MoverMover Sin Buffer Sistema OperativoProceso de Usuario Buffer Sencillo

Esquemas de Almacenamiento Intermedio Dispositivos de E/S Sistema Operativo Proceso de Usuario Entrar MoverMover Buffer Doble Sistema OperativoProceso de Usuario Bufer Circular Mover

Parámetros De Rendimiento Del Disco Tiempo de búsqueda Retardo de giro Tiempo de transferencia

Políticas De Planificación Del Disco Prioridad Último en entrar, primero en salir Primero el tiempo de servicio más corto SCAN C-SCAN SCAN de N pasos y FSCAN

Algoritmos de planificación de Disco Selección en función del Demandante Comentarios RSSPara análisis y simulación FIFOEl más justo de todos PRIEl Control se lleva fuera de la gestión de la cola del disco. LIFOMaximiza el uso de recursos y cercanía.

Algoritmos de planificación de Disco Selección en función del elemento solicitado Comentarios SSTFGran aprovechamiento y colas pequeñas SCANMejor distribución del servicio C-SCANMenor variabilidad en el servicio SCAN de N PasosGarantía del servicio FSCANSensible a la carga

RAID (Arreglo redundante dediscos independientes) Maneja niveles de 0 a 6. Esun conjunto físico de unidades. Losdatosestándistribuidosenlas unidades físicas del vector.

RAID nivel 0 CategoríaNivelDescripciónTasa petición E/S Tasa de transferencia Aplicaciones Normales Bandas0No redundanteGrandes distribuciones : Excelente Distribuciones pequeñas: Excelente Aplicaciones que requieren alto rendimiento para datos no críticos. Raid 0 para alta capacidad de transferencia de datos RAID 0 para alta velocidad de solicitudes de E/S

RAID nivel 1 CategoríaNivelDescripciónTasa petición E/S Tasa de transferencia Aplicaciones Normales Espejo1Copia espejoBueno/JustoJusto/justoControladores del sistema; Archivos críticos Introduce la redundancia mediante el calculo de paridad. Desventaja: El Coste (2 veces mas espacio en disco) Ventaja: La recuperación a un fallo es sencilla.

RAID nivel 2 CategoríaNivelDescripciónTasa petición E/S Tasa de transferencia Aplicaciones Normales Acceso Paralelo 2Redundancia por código Hamming PobreExcelente Introduce la técnica de acceso paralelo. Aunque usa menos discos ; el coste es todavía alto. Solo es eficiente cuando se producen muchos errores en disco.

RAID nivel 3 CategoríaNivelDescripciónTasa petición E/S Tasa de transferencia Aplicaciones Normales Acceso Paralelo 3Paridad con intercalación de bits PobreExcelenteSolicitud de E/S de gran tamaño en aplicaciones tales como imágenes CAD. Solo posee un disco redundante Puede conseguir una tasa de transferencia de datos muy alta.

RAID nivel 4 CategoríaNivelDescripciónTasa petición E/S Tasa de transferencia Aplicaciones Normales Acceso independi ente 4Paridad con intercalación de bloques Excelente/Ju sto Justo/Pobre. Utiliza la división de datos. Usa la técnica de acceso independiente. Implica la penalización de escritura.

RAID nivel 5 CategoríaNivelDescripciónTasa petición E/S Tasa de transferencia Aplicaciones Normales Acceso independi ente 5Paridad con intercalación distribuida de bloques Excelente/Ju sto Justo/PobreAlta tasa de solicitudes, lectura intensiva, búsqueda de datos. Distribuye las bandas de paridada través de todos los discos. Con esto se evita el potencial cuello de botella del RAID 4

RAID nivel 6 CategoríaNivelDescripciónTasa petición E/S Tasa de transferencia Aplicaciones Normales Acceso independi ente 6Paridad con intercalación doblemente distribuida de bloques Excelente/po bre Justo/PobreAplicaciones que requieren una disponibilidad extremadamente alta Se realizan dos cálculos distintos de paridad Se almacenan bloques independientes de diferentes discos.

Niveles de RAID

Niveles De RAID

Cache de Disco Consideraciones sobre el diseño Cuando una solicitud E/S se satisface, los datos de la misma deben entregarse al proceso que los solicito. Estrategia de reemplazo

Estrategias de reemplazo LRU(Usado menos recientemente) Reemplazaelbloquequehapermanecidosin referencia en la cache durante más tiempo LFU(Usado menos frecuentemente) Sustituyeelbloquedelacachequehasufrido menos número de referencias

Software RAID clasesdeWindowssoportados configuraciones RAID RAID de software RAID de Hardware

Conclusiones La interfaz de un sistema con el mundo exterior es la arquitectura de E/S. La E/S se divide en 2 niveles: funciones físicas y lógicas. Un aspecto importante en el diseño de SO es la planificación de disco para poder satisfacer las necesidades de rendimiento.