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ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/1 Arquitetura de Sistemas Operacionais Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia Complementado.

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1 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/1 Arquitetura de Sistemas Operacionais Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia Complementado por Sidney Lucena (Prof. UNIRIO) Capítulo 12 Gerência de Dispositivos

2 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/2 Introdução Gerência de dispositivos

3 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/3 Introdução Subsistema de E/S isola complexidade dos dispositivos das camadas superiores (sistema de arquivos ou aplicação) – Permite flexibilidade ao SO para comunicação com qualquer tipo de periférico Detalhes do periférico (velocidade de transferência, tipos de operações, etc) ficam a cargo do device driver de cada dispositivo

4 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/4 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) Acesso ao Subsistema de Entrada e Saída Operações de entrada/saída devem ser as mais simples possíveis para as aplicações SO possui conjunto de rotinas que possibilita comunicação com qualquer dispositivo: –Rotinas de Entrada/Saída –Fazem parte do Subsistema de E/S –Permitem operações de E/S sem a necessidade de se saber detalhes do dispositivo acessado Operações de E/S realizadas via System Calls de E/S –Chamam rotinas de E/S do núcleo do SO –Por ex., um programa que manipula arquivos o fará qualquer que seja a mídia onde o arquivo se encontra

5 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/5 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) Acesso ao Subsistema de Entrada e Saída Comunicação com system calls de E/S: –Relacionamento criado na geração do código executável –System calls realizadas diretamente no código de alto nível do programa Operação de E/S síncrona: –Processo fica em espera até término da operação –Maioria dos comandos em alto nível Operação de E/S assíncrona: –Processo não fica em espera, término da operação é sinalizado

6 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/6 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) Subsistema de Entrada e Saída Responsável pela interface (uniforme) entre dispositivos e aplicação: –Cuida das funções comuns a todos os tipos de dispositivos –Aspectos específicos são tratados pelos device drivers Unidades de informação de tamanhos diferentes (p/ex. caracteres ou blocos) Em geral, tratamento de erros nas operações de E/S –Erros podem ser tratados de maneira uniforme usando subsistema de E/S –Implementa mecanismos de proteção no acesso a dispositivos compartilhados, verifica permissões –Realiza bufferização (cache) das operações de E/S –Padroniza interface com diferentes device drivers

7 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/7 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) Device Drivers Os drivers, implementam a comunicação entre subsistema de E/S e controladores dos dispositivos Recebem comandos genéricos de acesso e os traduz para comandos específicos do dispositivo, executados pelos controladores Cada driver é específico para um tipo de dispositivo, ou grupo de dispositivos –Ex.: drivers de disco, de rede, de vídeo, etc Diretamente integrado às funções do controlador –Conhece características como registradores, funcionamento e comandos –Inicializa e gerencia seu funcionamento

8 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/8 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) Device Drivers

9 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/9 Device Drivers Na leitura síncrona de um dado em disco: –Driver recebe solicitação de leitura de um dado bloco –Informa ao controlador do disco qual cilindro, trilha e setor onde o bloco se localiza –Inicia operação de leitura, processo colocado em espera –Controlador gera interrupção de término, driver verifica se há erros e transfere dados subsistema de E/S e, portanto, para o processo, que será acordado

10 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/10 Device Drivers Drivers fazem parte do núcleo do SO –Códigos reentrantes que executam em modo kernel –Qualquer bug prejudica todo o sistema, deve ser cuidadosamente desenvolvido e testado Geralmente escritos em assembly Em geral, fabricantes do dispositivo desenvolvem drivers deste dispositivo para diferentes Sos –Procura evitar problemas de bug dado o grau de dependência entre SO e drivers Inclusão de novo driver, algumas vezes, exige recompilação do kernel (SOs mais antigos)

11 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/11 Controladores Componentes de hardware responsáveis por manipular diretamente os dispositivos de E/S –Geralmente, pode estar numa placa independente conectada a um slot ou estar na placa mãe –Possui memória e registradores próprios usados na execução das instruções do driver

12 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/12 Controladores A técnica de DMA (Direct Memory Access) é usada para transferir um bloco entre o buffer interno do controlador e o buffer de E/S da memória principal sem intermédio da CPU –Evita ocupar CPU com a transferência do bloco –Controlador de DMA pode fazer parte do controlador do dispositivo ou ser independente Em geral, controladores de disco usam técnicas de cache para melhorar desempenho

13 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/13 Controladores Operação de leitura usando DMA: –CPU, através do driver, inicializa registradores do controlador de DMA e fica liberada –Controlador de DMA solicita ao controlador de disco a transferência do bloco para seu buffer interno –Controlador de disco verifica se não há erros –Controlador de DMA transfere bloco para buffer de E/S na MP e gera interrupção para a CPU

14 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/14 Controladores O SCSI (Small Computer System interface) é um padrão popular de conexão de dispositivos Define padrões de hardware e software para conexão de dispositivos de fabricantes diferentes SO deve possuir driver SCSI e hardware para conexão dos periféricos deve possuir controlador SCSI

15 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/15 Dispositivos de Entrada e Saída Permitem comunicação do SO com o mundo externo Podem ser só de entrada, só de saída ou ambos Conforme forma de armazenamento dos dados, podem ser classificados como estruturados e não-estruturados –Os estruturados (block devices) usam blocos de tamanho fixo, cada qual com seu endereço Ex.: discos magnéticos e ópticos, fitas magnéticas –Os não-estruturados (character devices) enviam ou recebem seqüência de caracteres sem estrutura definida, portanto não endereçável Ex.: Terminais, impressoras e placas de rede

16 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/16 Discos Magnéticos Constitui-se por vários discos sobrepostos, unidos por um mesmo eixo vertical, girando a velocidade constante Cada disco possui trilhas concêntricas divididas em setores Trilhas de diferentes discos numa mesma posição vertical formam um cilindro Braço se move no sentido radial

17 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/17 Discos Magnéticos Tempo de acesso é função do tempo de seek, latência rotacional e tempo de transferência Envolve aspectos mecânicos e, portanto, é extremamente longo se comparado ao número de instruções que poderiam ser executadas num mesmo intervalo de tempo Alguns sistemas usam área da MP como espelho de parte do disco: RAM Disk –Similar à técnica de cache

18 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/18 Desempenho, Redundância e Proteção de Dados RAID: Redundant Arrays of Inexpensive Disk –Técnicas de gerenciamento de discos para otimizar operações de E/S, implementar redundância e proteção dos dados –Diferentes técnicas que utilizam múltiplos discos, publicadas em 7 níveis (0 a 6) –Podem ser implementadas diretamente nos controladores de discos (RAID externo), no SO ou através de software específico

19 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/19 Desempenho, Redundância e Proteção de Dados O RAID cria dispositivo virtual conhecido como array de discos –Grupo de discos físicos tratados como se fosse um único disco –Grande capacidade de armazenamento, alto desempenho e confiabilidade nos dados armazenados RAID 0: Faz disk striping, dividindo igualmente pedaços dos arquivos (stripes) pelos discos –Operações de E/S podem ser paralelizadas –Não faz redundância

20 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/20 Desempenho, Redundância e Proteção de Dados RAID 1: Espelhamento –Replica conteúdo do disco primário em um ou mais discos secundários ou espelhos, permitindo redundância no caso de falha –Toda escrita no disco primário é reproduzida nos espelhos, mas overhead é pequeno –Capacidade útil só vai até 50%

21 ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO) 12/21 Desempenho, Redundância e Proteção de Dados RAID 5: Acesso independente com paridade distribuída –Distribui os dados entre discos do array e implementa redundância baseada em paridade (maior overhead) –No caso de falha, dados podem ser recuperados através de algoritmo de reconstrução Faz operação inversa entre dados de paridade e dados restantes –Requer espaço adicional menor para ter redundância Capacidade útil sobe para ~80%


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