ORGANIZAÇÃO DA UNIDADE Gerenciamento de E/S Fundamentos Evolução Estrutura Organizacional Tratamento de Pedidos de E/S Gerenciamento de memória secundária Sistema de Arquivos

Componentes Periférico: dispositivo conectado a um computador de forma a permitir a comunicação com o mundo externo Interface: componente que conecta o periférico aos barramentos do coputador Controlador: implementa as operações (lê, escreve...) Barramento : conjunto de fios que transportam os sinais Porta de E/S: endereço no sistema de E/S

Evolução Processador controla dispositivo Adição de módulo de I/O (programado) Interrupções DMA Processador separado com instruções próprias Memória local

Categorias Quanto a comunicação Quanto a transferência de dados Comunicação com o usuário Comunicação com equipamento Comunicação com dispositivos remotos Quanto a transferência de dados Orientado a bloco (ex. disco) Orientado a caractere (ex. terminal) Forma de comunicação Programmed I/O: Responsabilidade do programador Interrupt-driven I/O : Processador é interrompido quando a operação se completa Direct memory Access (DMA): Transferência dos dados diretamente para a memória sem interferência do processador.

Características Data rate Aplicação Complexidade do controle Unidade de transferência Representação de dados Condições de erro Conclusão: É difícil obter um enfoque geral para todos os tipos de dispositivos

Endereçamento de E/S Em espaço de memória Utiliza um conjunto de registradores internos ao controlador que recebem ordens do processador e fornecem o status de uma operação. Os registradores são associados a endereços. Como diferenciar um endereço real de memória e de um registrador de E/S? Em espaço de memória Na fase de projeto do computador é definida uma zona do endereçamento de memória que será utilizada para dispositivos de E/S. Programação com instruções de acesso a memória (mov)   Em espaço de E/S Instruções especiais para manipulação de dispositivos No projeto do processador são definidos dois espaços distintos de endereçamento

Características de projeto de um S.O eficiência e generalidade Logical I/O : funções (open, close...) Device I/O : conversão da operações e dos dados para uma seqüência de instruções de I/O Escalonamento e controle: agendamento de operações, tratamento de interrupções (atua diretamente no módulo de I/O) Comunicação: camadas Gerencia de diretórios: conversão do nome dos arquivos em descritores Sistema de arquivos: estrutura lógica dos arquivos e suas operações Organização física: Conversão para a geometria do disco

Estrutura Lógica E/S Nível do usuário Hardware E/S independente do dispositivo Interface padrão (API) Driver (mecanismos de acesso ao dispositivo fornecendo uma visão uniforme) S.O. Hardware

E/S independente de dispositivo Escalonamento de E/S: ordena requisições Denominação: associação periférico-nome Bufferização: armazenamento temporário de informações Cache de dados: armazena em memória os dados mais recentes Alocação e liberação Direitos de acesso Tratamento de erros

Bufferização Motivação: Ler 1000 bytes de uma unidade de armazenamento Solução 1: Executar operação de I/O e aguardar Lento Interfere na decisão de swapping (endereço virtual deve permanecer na memória) Solução 2: Bufferização Single buffer Double buffer Buffer circular

ORGANIZAÇÃO DA UNIDADE Gerenciamento de E/S Gerenciamento de memória secundária Estrutura física Escalonamento RAID Sistema de Arquivos

Estrutura Física

Desempenho Disco roda em velocidade constante Deve posicionar cabeça na trilha, no inicio do setor seek time  tempo gasto para posicionar cabeça na trilha Ts= n . m +S , n = no. de trilhas m = constante (depende do disco) S = Startup time atraso rotacional tempo gasto para posicionar setor (rotação) A = 1/2r, r =velocidade de rotação tranferência  tempo gasto para transferir b bytes Tt= b/rN , N = qtd de bytes na trilha T = Ts + A + Tt

Exemplo Rotação=3600 rpm , seek time=20ms, 1 setor=512 bytes, 1 trilha=32 setores Tempo de transferência de uma arquivo de 128 Kb para: a) Organização Seqüencial Arquivo: 128 Kb => 256 setores, logo, ocupa 256/32 = 8 trilhas Para ler primeira trilha: seek = 20 ms atraso = 1/2r = 60/(2x3600) s = 8,3 ms leitura de 32 setores = 60/3600 = 16,7 ms T1 = 20 +8,3 + 16,7 = 45ms Próximas trilhas: seek ~ 0 T2 = 8,3 +16,7 = 25 ms para cada trilha T = 45 + 7 x 25 = 220 ms b) Randômico Tempo para ler um setor: T1 = 16,7/32 = 0,5 ms T = 256 x (20 + 8,3 + 0,5) = 7373 ms

Solução: numeração dos setores de forma não contígua Entrelaçamento Motivação Após a leitura de um setor, há um intervalo para transferência do bloco lido. Haverá um atraso rotacional mesmo que o setores sejam consecutivos pois a cabeça de leitura já terá passado pelo setor. Solução: numeração dos setores de forma não contígua (interleaving)

Exemplo 1 4 7 2 5 8 3 6 1 2 3 4 5 6 7 8 Fator = 0 Fator = 2

Escalonamento de disco Baseado na fila de requisição FiFo Mais simples Atendimento na ordem dos pedidos Prioridade ( fora do controle do gerenciador) LiFo Diminui o movimento da cabeça de leitura em arquivos seqüenciais

Escalonamento de disco Baseado na localização do que foi requisitado SSTF (shortest service time first) Fila é reordenada para atender as requisições de forma a minimizar o movimento da cabeça Possibilidade de starvation Scan (elevador) Variação do SSTF porém estipula uma direção preferencial O sentido se inverte ao final da varredura C-Scan Semelhante ao Scan porém com um sentido único

Exemplo(iniciando na trilha 100) 55,58,39,18,90,160,150,38,184

Redundant Array of Inexpensive Disks Conjunto de discos que são vistos pelo S.O com uma única unidade lógica Os dados são distribuídos pelos discos Discos redundantes oferecem confiabilidade e a possibilidade de recuperação em caso de falhas São classificados em 6 níveis (0 até 5)

RAID nível 0 Este nível também é conhecido como "Striping" ou "Fracionamento". Os dados são divididos em pequenos segmentos e distribuídos entre os discos. Não oferece tolerância a falhas, pois não existe redundância. Usado para melhorar a performance do computador. Muito usado em aplicações de CAD e tratamento de imagens e vídeos.

RAID nível 1 Conhecido como "Mirroring" ou "Espelhamento“. Funciona adicionando discos paralelos aos principais existentes no computador. Os discos que foram adicionados trabalham como uma cópia do primeiro. Em caso de falha, a recuperação é imediata Gravação de dados é mais lenta, pois é realizada duas vezes, no entanto, a leitura dessas informações é mais rápida, pois pode-se acessar duas fontes. aplicação muito comum em servidores de arquivos.

RAID nível 2/3/4 Os dados são armazenados em diferentes discos (strip) Para cada strip é calculada a paridade que é gravada em um disco pertencente ao array. A diferença está na forma como a paridade é calculada: RAID 2: paridade a bit RAID 3: paridade a byte RAID 4: paridade de bloco Ex. RAID 4

RAID nível 5 Semelhante ao RAID nível 4 porém a paridade não fica armazenada em um único disco A gravação de dados é mais rápida, pois não é necessário acessar um disco de paridade a cada gravação. Mais utilizado e que oferece resultados satisfatórios em aplicações não muito pesadas.