UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 1 Introducción al tiempo real.

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1 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 1 Introducción al tiempo real en sistemas empotrados Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea Master en Ingeniería de Sistemas Empotrados

2 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 2 Contenido Introducción Soporte de interrupciones Conceptos de sistemas operativos Planificación en sistemas de tiempo real Mecanismos de sincronización y comunicación Planificación de tiempo real con recursos compartidos

3 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 3 Conceptos de Sistemas Operativos CONTENIDO El sistema operativo como interfaz para las aplicaciones Modos de ejecución Threads y procesos Control de procesos. Cambio de contexto Gestión de la memoria Gestión de la entrada/salida Gestión de tiempos y temporización BIBIOGRAFIA Q. Li: Real-Time concepts for embedded systems. CMP Books, 2003. A. Lafuente: Sistemas Operativos II. Apuntes de la asignatura. Edición 2009-10. http://www.sc.ehu.es/acwlaroa/SO2.htm http://www.sc.ehu.es/acwlaroa/SO2.htm M.J. Rochkind: Advanced Unix Programming (2nd Edition), Addison-Wesley, 2004. C. Rodríguez, I. Alegria, J. Abascal, A. Lafuente: Descripción funcional de los sistemas operativos. Síntesis, 1994. S. Sánchez Prieto: Sistemas Operativos. Universidad de Alcalá de Henares, Servicio Editorial, 2005. A. Silberschatz, P. Galvin, G. Gagne: Conceptos de Sistemas Operativos (7a edición). Willey, 2006. A.S. Tanenbaum: Modern Operating Systems (3rd edition). Prentice-Hall, 2008.

4 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 4 El sistema operativo como interfaz para las aplicaciones Los dos papeles del sistema operativo: –Proporciona a las aplicaciones una interfaz (llamadas al sistema) para el acceso a los recursos. –Arbitra y gestiona eficientemente el uso de los recursos. Qué es un recurso: Procesadores Memoria Dispositivos (de E/S, relojes, comunicaciones…) Ficheros

5 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 5 El sistema operativo como interfaz para las aplicaciones Aplicaciones SO Hw Interfaz de llamadas al sistema

6 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 6 El sistema operativo como interfaz para las aplicaciones Las llamadas al sistema (system calls) proporcionan una interfaz homogénea que abstrae las características físicas de los recursos. –Por ejemplo, una aplicación de reproducción de sonido funciona de la misma forma para reproducir un archivo sobre un disco duro o sobre una memoria flash. Las llamadas al sistema se utilizan como llamadas a funciones de biblioteca. –Su especificación debe estar bien definida (p. ej., el man de Linux/UNIX).

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8 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 8 El sistema operativo como interfaz para las aplicaciones (cont) También se denominan APIs. Estándares para compatibilidad de aplicaciones (p. ej: POSIX) Proporcionan un mecanismo único de entrada al sistema mediante cambio a modo protegido: –La llamada se implementa mediante un trap.

9 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 9 Modos de ejecución Las instrucciones máquina pueden ser normales o reservadas. Las instrucciones reservadas acceden a espacios (de memoria y de E/S) protegidos. Dos modos de ejecución: normal y protegido. Las instrucciones privilegiadas sólo pueden ejecutarse en modo protegido. Un programa se ejecuta, en principio, en modo normal. La instrucción de cambio de modo es privilegiada. ¿Cómo pasar a modo protegido para acceder a recursos necesarios (dispositivos de E/S, etc)?

10 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 10 Modos de ejecución Cambio de modo Mecanismo unificado para paso de modo normal a modo privilegiado: vector de interrupciones (VI). –Los servicios del sistema se implementan en espacio protegido mediante rutinas que se direccionan a través del VI. Rutinas de servicio de interrupción. Excepciones Llamadas al sistema operativo. –Las rutinas se ejecutan bien asíncronamente (interrupciones), bien llamadas desde el programa (interrupciones programadas o traps). Mediante un instrucción especial de LM: INT –El retorno de la rutina restaura el modo de ejecución anterior.

11 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 11 Threads y Procesos Flujo de ejecución: –Secuencia de valores que adopta el registro Contador de Programa (PC) durante la ejecución de un programa. Requiere una pila (normalmente en memoria) para representar las llamadas/retorno a subrutinas). Contexto de ejecución: –Estado del sistema asociado a la ejecución del programa. Incluye o puede incluir: PC, SP (puntero a pila), pila Estado del procesador Estado de la memoria Estado de la E/S

12 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 12 Threads y Procesos Ejemplo: un proceso con tres threads (Extraído de Tanenbaum, 2008 © Prentice-Hall, Inc)

13 UPV / EHU MOISE Ejemplo: creación de un proceso LINUX #include int main (int argc, const char * argv[]) { int pid; printf("%d: Soy el padre!\n", getpid()); pid= fork(); if (pid == 0) printf("%d: Soy el hijo!\n", getpid()); else printf("%d: Soy el padre de %d\n", getpid(), pid); printf("%d: Agur!\n", getpid()); exit(0); } Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 13

14 UPV / EHU MOISE Ejemplo #include int main (int argc, const char * argv[]) { int pid; printf("%d: Soy el padre!\n", getpid()); pid= fork(); if (pid == 0) printf("%d: Soy el hijo!\n", getpid()); else printf("%d: Soy el padre de %d\n", getpid(), pid); printf("%d: Agur!\n", getpid()); exit(0); } Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 14 #include int main (int argc, const char * argv[]) { int pid; printf("%d: Soy el padre!\n", getpid()); pid= fork(); if (pid == 0) printf("%d: Soy el hijo!\n", getpid()); else printf("%d: Soy el padre de %d\n", getpid(), pid); printf("%d: Agur!\n", getpid()); exit(0); } #include int main (int argc, const char * argv[]) { int pid; printf("%d: Soy el padre!\n", getpid()); pid= fork(); if (pid == 0) printf("%d: Soy el hijo!\n", getpid()); else printf("%d: Soy el padre de %d\n", getpid(), pid); printf("%d: Agur!\n", getpid()); exit(0); } Código del padre (pid≠0) Código del hijo (pid=0)

15 UPV / EHU MOISE Ejemplo Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 15 #include int main (int argc, const char * argv[]) { int pid; printf("%d: Soy el padre!\n", getpid()); pid= fork(); if (pid == 0) printf("%d: Soy el hijo!\n", getpid()); else printf("%d: Soy el padre de %d\n", getpid(), pid); printf("%d: Agur!\n", getpid()); exit(0); } #include int main (int argc, const char * argv[]) { int pid; printf("%d: Soy el padre!\n", getpid()); pid= fork(); if (pid == 0) printf("%d: Soy el hijo!\n", getpid()); else printf("%d: Soy el padre de %d\n", getpid(), pid); printf("%d: Agur!\n", getpid()); exit(0); } Padre Hijo

16 UPV / EHU MOISE Ejemplo: contexto de un proceso LINUX #include char a; int f_ejemplo() { a= 'H'; printf("%d: Soy el hijo! (%c)\n", getpid(), a); return 0; } int main (int argc, const char * argv[]) { int pid; a= 'P'; printf("%d: Soy el padre! (%c)\n", getpid(), a); pid= fork(); if (pid == 0) f_ejemplo(); else { printf("%d: Soy el padre de %d (%c)\n", getpid(), pid, a); } printf("%d: Agur!\n", getpid()); exit(0); } Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 16 ¿cuál es el valor de a?

17 UPV / EHU MOISE Ejemplo: threads en LINUX #include void* pila; char memoria_pila[64*1024]; char a; int f_ejemplo() { a= 'H'; printf("%d: Soy el hijo! (%c)\n", getpid(), a); return 0; } int main (int argc, const char * argv[]) { int pid; a= 'P'; printf("%d: Soy el padre! (%c)\n", getpid(), a); pila= &memoria_pila[0]; pid= clone(&f_ejemplo, (char*) pila + 1024*64, SIGCHLD | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND | CLONE_VM, 0 ); printf("%d: Soy el padre de %d (%c)\n", getpid(), pid, a); printf("%d: Agur!\n", getpid()); exit(0); } Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 17 ¿cuál es el valor de a?

18 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 18 Threads y Procesos (cont) Las entidades de ejecución son los procesos/threads. En terminología de TR, tareas (indistintamente). Un thread (hilo) es un flujo de ejecución con un contexto reducido PC, SP (puntero a pila), pila Estado del procesador Un proceso es un flujo de ejecución con un contexto ampliado Estado de la memoria Estado de la E/S Puede haber entidades de ejecución intermedias Sistemas combinados: un proceso incluye un conjunto de threads –En este caso las entidades de ejecución/planificación son los threads

19 UPV / EHU MOISE Threads y procesos Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 19 Memoria a fork() Padre a Hijo

20 UPV / EHU MOISE Threads y procesos Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 20 Memoria a clone() Padre Hijo

21 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 21 Threads y Procesos Estados y grafo de transición Nota: se toma aquí el proceso como entidad de ejecución, sin pérdida de generalidad.

22 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 22 Control de procesos Representación Bloque de Control de Procesos (PCB) –Identificador. –Estado del proceso. –Información para la planificación (prioridad, quantum). –Contadores de consumo de recursos (tiempo de CPU). –Puntero a la pila del proceso En sistemas combinados: puntero a los threads del proceso (representados por TCBs). –Puntero a los recursos de memoria (tablas de páginas). –Puntero a los recursos de E/S (tabla de descriptores).

23 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 23 Control de procesos Representación Los PCBs se enlazan en colas Una cola por estado –Incluso para el estado ejecutándose. –Proceso nulo: al menos un proceso preparado para ejecución. –Estado bloqueado: una cola por cada condición de bloqueo.

24 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 24 Control de procesos El sistema operativo como un sistema de colas

25 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 25 Control de procesos Planificación La planificación de procesos (o threads) es la función del sistema operativo que decide qué proceso va entrar a ejecutándose y cuándo. La realiza el scheduler. Se elige un proceso de entre la cola de preparados de acuerdo a un criterio: –FCFS –Prioridades Estáticas. Se asigna una prioridad al proceso cuando se crea y no cambia durante su ejecución. Dinámicas. A partir de una prioridad inicial, se ajusta durante la ejecución de acuerdo a determinados criterios (p. ej. consumo de CPU del proceso).

26 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 26 Control de procesos Planificación (cont) Cuándo planificar: –Sólo cuando la CPU queda libre porque el proceso ejecutándose termina o se bloquea: sistemas no expulsores –Además, los sistemas operativos expulsores, sacan al proceso que está ejecutándose cuando ha consumido un quantum de tiempo: –Combinado con FCFS: planificación de turno circular o Round-Robin cuando otro proceso llega a preparados. –Le da la oportunidad de ejecutarse inmediatamente. Como veremos, combinada con prioridades estáticas esta planificación expulsora es adecuada para tiempo real.

27 UPV / EHU MOISE El cambio de contexto es el conjunto de operaciones necesarias para realizar una transición de un proceso (o thread) a otro: –Guardar el contexto del proceso que abandona la CPU. –Restaurar el contexto del proceso seleccionado por el scheduler. –Transferirle el control. –Además, actualizar la representación de los procesos en colas de PCBs. Implica manipular las pilas de procesos –Se implementa en lenguaje máquina. Cambio de contexto

28 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 28 Contexto de P B 1.Se está ejecutando P A. Pila de P A Pila de P B Cola de ejecución PAPA Cola de preparados PBPB CPU SP BA de la Rut. de Atención 2.Se produce una interrupción (externa o trap). BA de la Rut. de Atención Contexto de P A 3.Se salva el contexto de P A. 9.Retorno de la interrupción. 5.Scheduler: elige a P B. 6.Cambio de estado de P B. 7.Manipulación del Stack Pointer para retornar al bloque de activación de P B. 8.Se carga el contexto de P B en la CPU. 10.Se ejecuta P B. PAPA 4.Cambio de estado de P A. Una cola de bloqueados (por ejemplo) PBPB http://www.sc.ehu.es/acwlaroa/SO2/CambioContexto.pps

29 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 29 Gestión de la memoria Se refiere a la memoria principal (RAM), donde un programa almacena su código, sus datos y su pila. Gran diversidad de técnicas y políticas, dependiendo de si el programa se almacena: –Estática o dinámicamente. –Contiguo o en trozos. Algunas técnicas (paginación, memoria virtual) requieren importante soporte hardware: –MMU, hoy en día on-chip. –Almacenamiento secundario (memoria virtual). Las técnicas más elaboradas (memoria virtual) son incompatibles con el tiempo real.

30 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 30 Gestión de la memoria Técnicas Monitor residente Particionado Swapping Paginación y segmentación Memoria virtual Otras: solapamientos y rutinas de enlace dinámico

31 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 31 Gestión de la memoria Monitor residente Para un único programa en memoria

32 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 32 Gestión de la memoria Particionado Particionado fijo (MFT)

33 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 33 Gestión de la memoria Particionado Particionado variable (MVT)

34 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 34 Gestión de la memoria Particionado En particionado fijo se pierde espacio dentro de las particiones (fragmentación interna). –¿Qué hacer si llega un programa nuevo y la partición adecuada a su tamaño está ocupada? Encolarlo hasta que se libere. Ejecutarlo en una partición mayor libre. En particionado variable el espacio se pierde en los huecos entre programas (fragmentación externa). –Tiende a aumentar (cada vez más huecos más pequeños): degradación de la memoria. –Compactar para recuperar espacio. Implica reubicación dinámica.

35 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 35 Gestión de la memoria Particionado Políticas de asignación de huecos –¿En qué hueco almacenar un nuevo programa? ¿En el más ajustado al tamaño del programa? ¿En en más grande? ¿En el primero que se encuentre?

36 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 36 Gestión de la memoria Swapping Un programa puede, durante su ejecución, abandonar la memoria. Implica reubicación dinámica de programas.

37 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 37 Gestión de la memoria Paginación y segmentación Los programas se dividen en trozos –De igual tamaño (paginación) –De tamaño variable (segmentación) Como consecuencia, un programa no aparece contiguo en memoria. Dirección virtual vs dirección física. Las direcciones donde se almacenan los trozos se guardan en tablas de páginas/segmentos. –Traducción dinámica de direcciones –Requiere importante soporte Hw: Unidad de gestión de memoria (MMU) Buffers de traducciones (TLB) Permite compartir páginas/segmentos entre programas.

38 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 38 Gestión de la memoria Paginación La tabla de páginas puede ocupar mucho espacio.

39 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 39 Gestión de la memoria Segmentación Produce fragmentación externa.

40 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 40 Gestión de la memoria Sistemas combinados Varios niveles de indirección. El último, siempre de paginación.

41 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 41 Gestión de la memoria Memoria virtual Se implementa sobre un sistema paginado. Permite la ejecución de programas no enteros. La referencia a una página no cargada en memoria provoca un trap de fallo de página y la búsqueda de la página en disco. Aún más soporte Hw: –Bit de validez –Trap de fallo de página –Espacio en disco (swap) –Soporte para el reemplazo de páginas Amplio soporte del sistema operativo: –Política de reemplazo de páginas –Políticas de asignación de espacio entre programas Introduce impredecibilidad en los tiempos de respuesta.

42 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 42 Gestión de la memoria Solapamientos y enlace dinámico ¿Qué hacer si un programa no cabe en la RAM y no tengo soporte de MV? –Se estructura el programa y se divide en trozos o solapamientos (overlays) Cada solapamiento, una función –Se añade una rutina de enlace dinámico que gestiona la carga de las funciones en tiempo de ejecución. –Las llamadas a funciones son ahora llamadas a la rutina de enlace con la función y sus parámetros como argumentos. –Inicialmente se carga en memoria el programa principal y la rutina de enlace. Modernamente los sistemas operativos añaden este mecanismo (con otros propósitos): Dynamic Link Libraries o Run-Time Libraries.

43 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 43 Gestión de la entrada/salida Los dispositivos de entrada/salida son muy heterogéneos: –Velocidad –Representación de los datos –Protocolos –Operaciones –Unidad de transferencia (bloques, caracteres…) –Tipos de errores –Modo de tratar la E/S: Encuesta, Interrupciones, DMA. Interfaz de los dispositivos unificada mediante Controladores

44 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 44 Entrada/salida Interfaz Los Controladores de los dispositivos (K disp ) ofrecen una interfaz entre los dispositivos y el nivel de lenguaje máquina. Elementos de la interfaz: –Espacio de direcciones de E/S, que puede ser Memory-mapped Independiente del de memoria –Operaciones de E/S mediante instrucciones máquina Memory-mapped: LOAD/STORE Espacios independientes: IN/OUT Las direcciones de E/S se asocian a los dispositivos (Registros de E/S) y tienen papeles específicos: –Registros de estado –Registros de datos –Registros de control

45 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 45 Entrada/salida Modos Encuesta –Espera activa sobre Registro de Estado –Acceso a Registro de Datos Interrupciones –El dispositivo cuenta con una línea de interrupción –Cuando se activa la interrupción, se ejecuta la Rutina de Servicio que gestiona la E/S: Comprobación sobre Registro de Estado Acceso a Registro de Datos Acceso Directo a Memoria (DMA) –Los dispositivos de bloques no involucran a la CPU en el acceso a cada byte –Se programa la operación de DMA –Se ordena su inicio sobre un Registro de Control del K DMA –El fin de la operación se anuncia mediante una interrupción La Rutina de Servicio a la Interrupción de DMA comprueba sobre un Registro de Estado.

46 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 46 Gestión de la entrada/salida Manejadores de dispositivos (drivers) Driver: código que monopoliza el acceso al dispositivo. El resto del sistema operativo es independiente del dispositivo. Un modelo de entrada/salida: cliente-servidor Las rutinas de E/S son clientes del driver.

47 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 47 Gestión de la entrada/salida Manejadores de dispositivos (drivers) Interfaz entre las Rutinas de E/S y el driver: –Descriptor del Dispositivo, configurado por el driver: Estado del dispositivo Modo de operación Tablas de conversión Apuntador a la cola de peticiones Evento asociado al driver –IORB (Input/Output Request Block) para especificar una petición al driver: Identificador del proceso cliente Parámetros de la petición Evento para sincronización con el final de la operación Diagnóstico de la operación (a rellenar por el driver)

48 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 48 Gestión de la entrada/salida Ejemplo de estado de la E/S cola IORBs DESCRIPTOR DISP 1 parámetros de la petición IORB diagnóstico parámetros de la petición IORB diagnóstico cola IORBs DESCRIPTOR DISP 2 parámetros de la petición IORB diagnóstico cola IORBs DESCRIPTOR DISP 3 TABLA DE CANALES TABLA DE CANALES Proceso i Proceso j infor. del dispositivo infor. del dispositivo infor. del dispositivo

49 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 49 Gestión de la entrada/salida Buffering Para desacoplar las velocidades de funcionamiento de los dispositivos y la CPU, el SO proporciona buffers del sistema para almacenamiento temporal de la E/S. Varios esquemas.

50 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 50 Gestión de la entrada/salida El sistema de ficheros El desarrollo de las memorias tipo flash posibilita que incluso los dispositivos más pequeños proporcionen un sistema de ficheros. Las abstracciones del modelo de E/S proporcionan independencia entre el sistema de ficheros y el dispositivo soporte. –Ejemplo: FAT16 sobre floppy/HD/flash

51 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 51 Gestión de la entrada/salida El sistema de ficheros Características del sistema de ficheros: –Permanencia –Organización estructurada En árbol Nombre de un fichero: relativo-absoluto Algunos ficheros son directorios –Atributos de un fichero Tiempos de creación, Acceso… Derechos de acceso Tamaño etc –El contenido se organiza en registros lógicos –Acceso concurrente a ficheros Punteros independientes

52 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 52 Gestión de tiempos y temporización El tiempo es un recurso peculiar. La gestión del tiempo es un componente básico en cualquier sistema empotrado o de tiempo real. Vamos a estudiar: –Tipos de relojes –Rutinas de servicio de la interrupción del reloj –Gestión de temporizadores

53 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 53 Gestión de tiempos y temporización Relojes Reloj de tiempo real (RTC) –Siempre en funcionamiento. Requiere alimentación propia. Reloj Hardware –Se inicializa con el RTC en la inicialización. –Produce las interrupciones de reloj. –Suele ser programable (PIT, p. ej., Intel 8253). –Puede tener otras funciones (p. ej., refresco de la DRAM). Reloj del sistema –Es un reloj software implementado por la ISR del PIT. –Cuenta interrupciones y las expresa en unidades de tiempo.

54 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 54 El tiempo en Linux Comando para consultar el reloj del sistema: –date Ajuste del reloj: –adjtimex (sólo puede ejecutarla root) Cronómetro de alta resolución: –gettimeofday() #include struct timeval t0, t1; gettimeofday(&t0, NULL); … gettimeofday(&t1, NULL); printf("Duracion: %d,%d segundos\n", t1.tv_sec-t0.tv_sec, t1.tv_usec-t0.tv_usec);

55 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 55 Gestión de tiempos y temporización Rutina de servicio de la interrupción del reloj Funciones: –Soporte del reloj software (contador de unidades de tiempo, p. ej., segundos) Para el tiempo del sistema Para implementar temporizadores –Gestión del tiempo compartido (expulsión por fin de quantum). –Contabilidad del uso de recursos temporales (p. ej., tiempo de CPU). Genera eventos periódicos

56 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 56 Gestión de tiempos y temporización Rutina de servicio de la interrupción del reloj Ejemplo ISR_del_reloj () {... ticks_por_segundo−−; intervalo_CPU++; if (ticks_por_segundo== 0) { actualiza_tiempo_del_sistema(); señalar_evento(EVENTO_SEGUNDO); ticks_por_segundo= UN_SEGUNDO; } if (intervalo_CPU == quantum) { incrementa_gasto_CPU_del_proceso(intervalo_CPU); intervalo_CPU= 0; goto cambio_de_contexto; }... eoi(); reti(); cambio_de_contexto: expulsar_proceso(); dispatcher (scheduler()); }

57 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 57 Gestión de tiempos y temporización Gestión de temporizadores El sistema proporciona un servicio de temporización: –Un proceso se duerme durante n unidades de tiempo. –El sistema gestiona cuándo despertar a cada proceso dormido. Hay que definir la resolución del temporizador: –A mayor resolución más carga para el sistema. Modelo: –Los procesos ponen su petición de temporización (usando un IORB). –Un gestor de tiempos (manejador), activado cada unidad de tiempo por la ISR del reloj, despacha las peticiones a medida que se cumplen, despertando al proceso correspondiente.

58 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 58 Peticiones temporización Gestión de tiempos y temporización Implementación 13EVENTO_P ISR Gestor de tiempos P EVENTO_SEGUNDO EVENTO_P

59 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 59 Gestión de tiempos y temporización Implementación 13 23 12 Ordenar 12 13 23 Relativo a la anterior 12 1 10 0 Sólo hay que consultar la primera Sólo hay que decrementar la primera

60 UPV / EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 60 Gestión de tiempos y temporización Implementación Gestor_tiempos () {... while (TRUE) { esperar_evento(EVENTO_SEGUNDO); while (primero(peticiones_tiempo).plazo == 0) señalar_evento(primero(peticiones_tiempo).evento; eliminar(primero(peticiones_tiempo)); } primero(peticiones_tiempo).plazo−−; }

61 UPV / EHU MOISE Ejemplo: uso de temporizadores en Unix #include void fnula() {return;} unsigned esperar_tiempo (unsigned seg) { unsigned s; s= alarm(seg); pause(); return(s); } int main (int argc, const char * argv[]) { int i; unsigned t; signal(SIGALRM, fnula); for (i=1; i<5; i++) { printf("espera (%d segundos)\n", i); t= esperar_tiempo(i); printf("despertado (%d)\n", t); } Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 61