Teoría de Sistemas Operativos Sistema de I/O. 2 Introducción Una de las funciones principales del sistema operativo es el control de todos los dispositivos.

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1 Teoría de Sistemas Operativos Sistema de I/O

2 2 Introducción Una de las funciones principales del sistema operativo es el control de todos los dispositivos de entrada/salida.

3 3 Sistema de I/O Introducción Tipos de dispositivos De bloque De caracter

4 4 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco

5 5 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco Unidad de discos (platos). Material de soporte magnético. Cabezal de lectura/escritura. Motor de accionamiento de eje o de rotación de la unidad. Motor de impulsos o de posicionamiento de los cabezales. Tarjeta controladora. Pistas, sectores, cilindro.

6 6 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco Unidad de discos (platos). Material de soporte magnético. Cabezal de lectura/escritura. Motor de accionamiento de eje o de rotación de la unidad. Motor de impulsos o de posicionamiento de los cabezales. Tarjeta controladora. Pistas, sectores, cilindro.

7 7 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco El disco está organizado en platos y estos a su vez se dividen en delgados círculos concéntricos denominados pistas. Las cabezas se mueven desde la pista más externa o pista 0 a la más interna.

8 8 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco Las pistas están formadas por una agrupación de sectores, que son un conjunto de segmentos concéntricos de cada una de las pistas.

9 9 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco

10 10 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco

11 11 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco Capacidad #caras * #pistas/cara * #sectores/pista * # bytes/sector

12 12 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco Capacidad

13 13 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco Tiempo de acceso

14 14 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco Tiempo de acceso Tiempo de posicionamiento

15 15 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Estructura de un Disco Tiempo de acceso Tiempo de latencia

16 16 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Velocidad de transferencia de datos Estructura de un Disco Depende de diversos factores Velocidad de transferencia interna de la unidad de disco (densidad de los datos y rpm).

17 17 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Velocidad de transferencia de datos Estructura de un Disco Depende de diversos factores Tiempo de respuesta de la interfaz controladora (IDE, SCSI), y de la existencia de un caché en ella.

18 18 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Velocidad de transferencia de datos Estructura de un Disco Depende de diversos factores Velocidad del bus al cual la interfaz se conecta (PCI en PC, SBUS en SPARC) Velocidad del bus al cual la interfaz se conecta (PCI en PC, SBUS en SPARC)

19 19 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Velocidad de transferencia de datos Estructura de un Disco A igual rpm, se deben aumentar la densidad lineal de bits (#bits/cm) por pista. Aumentar las rpms del disco A igual rpm, se deben aumentar la densidad lineal de bits (#bits/cm) por pista. Aumentar las rpms del disco Aumento

20 20 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Velocidad de transferencia de datos Estructura de un Disco Esto aumento debe estar avalado por: Interfaces (IDE o SCSI) que tengan la capacidad transportar los datos a escribir o los leídos en un disco Esto aumento debe estar avalado por: Interfaces (IDE o SCSI) que tengan la capacidad transportar los datos a escribir o los leídos en un disco Aumento

21 21 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Velocidad de transferencia de datos Estructura de un Disco Esto aumento debe estar avalado por: Buses con un ancho de banda apto para soportar tales velocidades de transferencia entre la interfaz y memoria Esto aumento debe estar avalado por: Buses con un ancho de banda apto para soportar tales velocidades de transferencia entre la interfaz y memoria Aumento

22 22 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Velocidad de transferencia de datos Estructura de un Disco T e/s = t posicionamiento + t latencia + t transferencia Tiempo total de acceso a los datos

23 23 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización (Algoritmos de despacho de solicitudes) Datos utilizados en los ejemplos Pistas requeridas: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Pista inicial: 53

24 24 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: F.C.F.S. (First Come, First Served) PistaDeltaTotal Recorrido 53-- 9845 18385130 37146276 12285361 14108469 124110579 6559638 672640

25 25 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: F.C.F.S. (First Come, First Served)

26 26 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: S.S.T.F. (Shortest seek time first) PistaDeltaTotal Recorrido 53-- 6512 67214 373044 142367 9884151 12224175 1242177 18359236

27 27 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: S.S.T.F. (Shortest seek time first)

28 28 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: SCAN Continúa en dirección de movimiento, sirviendo todos los requerimientos que ha encontrado en el camino Al llegar a un extremo cambia de dirección. Para analizar este algoritmo es necesario conocer la dirección del movimiento del brazo del disco.

29 29 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: SCAN PistaDeltaTotal Recorrido 53-- 3716 142339 01453 65 118 672120 9831151 12224175 1242177 18359236

30 30 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: SCAN

31 31 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: C – SCAN (Circular SCAN) Continúa en dirección de movimiento, sirviendo todos los requerimientos que ha encontrado en el camino Al llegar a un extremo regresa al inicio de las pistas

32 32 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: C – SCAN (Circular SCAN)

33 33 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: LOOK y C-LOOK Modificación de SCAN y C-SCAN Se invierte la dirección al servir el último requerimiento en dirección actual No llega nuevamente al extremo

34 34 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: LOOK y C-LOOK

35 35 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Organización :: Resumen F.C.F.S. (First Come, First Served) S.S.T.F. (Shortest seek time first) SCAN C – SCAN (Circular SCAN) LOOK C - LOOK

36 36 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Administración del disco

37 37 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Administración del disco :: Formateo Salida de la fábrica ==> disco en blanco. Formateo Físico : Disco es dividido en sectores HEAD CRC DATA Sector

38 38 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Administración del disco :: Formateo Salida de la fábrica ==> disco en blanco. Formateo Físico : Disco es dividido en sectores HEAD CRC DATA Sector Comparasión realizada por la controladora

39 39 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Administración del disco :: Boot Block Encendido ROM Boot Block

40 40 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Administración del disco :: Boot Block Encendido ROM Boot Block El HW carga el programa de diagnóstico residente en ROM (En x86 ==> B.I.O.S).

41 41 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Administración del disco :: Boot Block Encendido ROM Boot Block Se ejecuta el programa residente en este bloque (en x86=>MBR) y este carga el kernel en memoria.

42 42 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco Se requiere que los datos estén siempre disponibles. De alguna manera, se debe tener cierta redundancia.  RAID.

43 43 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco R.A.I.D. ( Redundant Arrays of Inexpensive Disks ) Combina múltiples discos duros (arreglo, matriz). Este arreglo es visto desde los procesos como una sóla unidad de disco. Existen diversos métodos de construir un arreglo de discos en RAID.

44 44 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID Lineal Dos o más discos se combinan en un único dispositivo físico Los discos suman sus capacidades. No existe redundancia en este nivel.

45 45 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 0 Modo striping o de distribución por bandas. Las lecturas y escrituras se realizan en paralelo en los dispositivos. Los dispositivos deben ser de igual tamaño. El rendimiento de las lecturas y las escrituras se incrementará. No hay redundancia.

46 46 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 0 Producción y edición de Video e imágenes. Aplicaciones que requieren un gran ancho de banda. Aplicaciones

47 47 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 0

48 48 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 1 Puede usar en dos o más discos con cero o más discos de reserva. Este modo mantiene en un disco un duplicado exacto de la información del otro(s) disco(s). Si fallan hasta N-1 discos, los datos permanecerán intactos. Rendimiento de las lecturas aumenta. Disminuye la eficiencia de las escrituras.

49 49 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 1

50 50 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 3 Similar a RAID 0. Reserva un disco para corrección de datos. Provee buena performance y cierto nivel de tolerancia a fallos.

51 51 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 3

52 52 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 5 RAID-5 se puede usar sobre 3 o más discos con cero o más discos de reserva. El tamaño del dispositivo resultante es (N-1)*S S: capacidad del disco menor, N: nº de discos. Cada disco posee los datos necesarios para corregir sus datos.

53 53 Sistema de I/O Almacenamiento Secundario Confiabilidad del disco RAID 5 Si uno de los discos falla, todos los datos permanecerán intactos. El rendimiento de las lecturas y las escrituras se incrementa.