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Gestión de Entrada/Salida

Sistemas Operativos
by

Andrea Martínez Rivera

on 4 December 2016

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Transcript of Gestión de Entrada/Salida

Sistemas Operativos
Gestión de Entrada/Salida
SISTEMA DE
ENTRADA/SALIDA
LOOK
Es la parte del sistema operativo encargada de la gestión de los dispositivos de E/S (periféricos).

Actúa como interfaz entre los dispositivos de E/S
y el resto del sistema.
TIPOS DE DISPOSITIVOS
Dispositivos de Caracteres:
Suministra o acepta un flujo de caracteres sin estructurarlos en bloques.
No es direccionable ni tiene una operación de desplazamiento.
Ej: terminales, impresoras, teclados.
TIPOS DE DISPOSITIVOS
Problema:
comparativamente son lentos.
- CPU ejecuta operaciones 3 GHz aprox.
– RAM: acceso de nanosegundos.
– Dispositivos de E/S: acceso de milisegundos o más
Esta diferencia y el deseo de aplicaciones interactivas
hace que la E/S sea el cuello de botella.
Los sistemas operativos se esfuerzan para optimizar la E/S.
Velocidad de los Dispositivos
Dispositivos de Bloques:
Almacenan información
en bloques de tamaño fijo. Cada uno con su propia dirección.
Lectura y escritura de cada bloque de manera independiente.

• Periféricos
– Proporcionan interfaz al usuario.

Entrada
: ratón, teclado, micrófono, cámara, scanner, pantallas táctiles, etc.

Salida:
impresoras, pantalla, altavoces, etc.

Dispositivos de almacenamiento
– Proporcionan almacenamiento no volátil de datos y
memoria.

Secundario:
discos, disquetes y usb.

Terciario:
cintas, sistemas de archivos

Dispositivos de comunicaciones
– Permiten conectar con otras computadoras.
• Los modem o tarjetas de interfaz a la red.
Clasificación de Dispositivos

Objetivos:

– Optimizar la E/S, implementando mecanismos para mejorar prestaciones.
– Facilitar el manejo de los dispositivos periféricos.
–Permitir conectar cualquier tipo de dispositivo físico sin remodelar el sistema operativo.
–Permitir conectar dispositivos solventando automáticamente su instalación (plug&play).
MISIONES DEL S.O RESPECTO A LA E/S
Periféricos y dispositivos


Son el componente físico
– Se conectan al computador a través del controlador de dispositivo

Controladores de dispositivos o unidades de E/S


Son el componente electrónico
– Se encargan de la transferencia de información entre la memoria principal y los periféricos
– Conectan el bus de la computadora con el dispositivo (generalmente mediante cables)
Elementos del Sistema de E/S
Un controlador es un conjunto de componentes electrónicos que pueden operar un puerto, un bus o un dispositivo.

Los controladores pueden ser sencillos (controlador de puerto serial) o complejos (Controlador de bus SCSI)
CONTROLADORES
Según la forma de direccionarlos:

Dispositivos en puertos de E/S (ej. arquitectura Intel):
– Al controlador se le asigna un puerto de E/S, una interrupción hardware
– Se programa con operaciones de E/S (port in y port out) para indicar que registro se quiere manipular y como.

Dispositivos proyectados en memoria:
– Se asigna a cada controlador un rango de direcciones a través de las cuáles se accede a sus registros
– Se programa con instrucciones de acceso a memoria
– Se reserva una zona de memoria física para asignar a controladores de E/S
CONEXION POR PUERTO O MEMORIA
Direcciones de E/S de controladores 1/2
DIRECCIONES DE E/S CONTROLADORES 2/2
Ventaja del disco sobre la memoria para el almacenamiento

Mayor capacidad de almacenamiento, No volátil.

La información no se pierde
ALMACENAMIENTO MASIVO
PISTAS: Círculos Concéntricos
Se dividen en sectores
- Mismo número de bytes (bloques físicos de 512, 1024, 2048)
Organizados en cilindros
- Número de pistas del cilindro = cabezas apiladas verticalmente
Unidad con N platos
- n cabezas
- n pistas por cilindro
DISCO DURO
Búsquedas solapadas
* Mejoran el tiempo de acceso
* Búsquedas simultáneas en 2 o más unidades
* El controlador puede iniciar una búsqueda mientras
que espera que se complete una búsqueda en otra
unidad
* No se pueden realizar 2 lecturas o escrituras a la vez
CARACTERISTICAS
Si está disponible la unidad de disco se da servicio inmediatamente a la solicitud, de no ser así, se acumulan las solicitudes en una cola de solicitudes pendientes.

Fundamentales para optimizar el acceso al disco.

Criterios de planificación:
– Optimizar el tiempo de búsqueda
– Dar servicio determinista (realiza las operaciones en instantes fijos y predeterminados o en intervalos de tiempos predeterminados)
ALGORITMOS DE PLANIFICACIÓN DE DISCO
Planificación FCFS (Primero en llegar, primero en servirse)
El manejador acepta las peticiones de 1 en 1
Sirve las peticiones en el orden de llegada
No se puede mejorar el tiempo de búsqueda
No se obtiene un buen rendimiento

Ejemplo:
Usamos una cola de peticiones para los cilindros:
98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
Se asume que las cabezas están inicialmente en el cilindro 53
FCFS
Desplazamientos = 640 cilindros
Considerando que la cabeza el disco se encuentra en el cilindro
20
, muestre el diagrama de planificación FCFS para las solicitudes de los cilindros:

16, 98, 15, 149, 12, 150, 2, 10

•Indique el movimiento total de la cabeza del disco
Ejercicio FCFS
SSTF(Short Seek TimeFirst)
Se atiende la petición que requiere el menor movimiento de la cabeza de lectura/escritura desde su posición actual.

Problema:

El brazo tiende a quedarse en el centro para discos sobrecargados
Los extremos tienen que esperar a que no haya peticiones en el centro
No se hace un servicio equitativo de las peticiones
Considerando que la cabeza el disco se encuentra en el cilindro 20, muestre el diagrama de planificación SSTF para las solicitudes de los cilindros:

16, 98, 15, 149, 12, 150, 2, 10

•Indique el movimiento total de la cabeza del disco
Ejercicio
La cabeza esta en 53.
MEMORIAS FLASH
DISCOS
ALMACENAMIENTO MASIVO
Memorias Flash
Para escribir datos se modifica el campo eléctrico que genera la celda.
Dependiendo de si la celda está en 1 ó 0, el campo eléctrico de la celda existe o no.
Solo permite un número limitado de escrituras y borrados, generalmente entre 10.000 y un millón, dependiendo de la precisión del proceso de fabricación y del voltaje necesario para su borrado

SCAN O DEL ASCENSOR
El movimiento del brazo empieza siempre en un extremo del disco y continúa hasta el otro. Allí se cambia el sentido y se vuelve al otro extremo.
Idea: evitar desplazamientos atrás y adelante (agitar cabezas).
Problema: puede retrasar mucho algunas peticiones si no se insertan en el momento adecuado.

El brazo de disco se esta moviendo hacia 0
Ejercicio
Considerando que la cabeza el disco se encuentra en el cilindro 20,muestre el diagrama de planificación
SCAN para las solicitudes de los cilindros:

16, 98, 15, 149, 12, 150, 2, 10
(la cabeza se mueve hacia 0) 

Indique el movimiento total de la cabeza del disco.

CSCAN O
ASCENSOR CICLICO
Variación del ascensor.
Las cabezas se mueven de un extremo a otro del disco y luego vuelven al principio.
No se atienden peticiones mientras las cabezas vuelven a la posición inicial.
Tiempo de espera más uniforme que el ascensor normal(SCAN).
Trata los cilindros como una lista circular que enlaza el último cilindro con el primero.
Ir del último al primero se hace en un único movimiento y tarda muy poco.

En este algoritmo se van recorriendo todas las pistas en una dirección y satisfaciendo todas las peticiones que se encuentran en el camino hasta alcanzar la última petición.

En ese punto se invierte el sentido del recorrido y la búsqueda prosigue de la misma forma

Ejercicio
Considerando que la cabeza el disco se encuentra en el cilindro 20, muestre el diagrama de planificación LOOK para las solicitudes de los cilindros:

16, 98, 15, 149, 12, 150, 2, 10

(la cabeza se mueve hacia 199) 

Indique el movimiento total de la cabeza del disco


C-LOOK
Versión del C-SCAN
El brazo sólo llega hasta la última petición en cada dirección.
Cuando termina vuelve, pero no al principio, sino hasta la petición más próxima al principio.
Ahorro pequeño de movimientos y gestión más compleja.
No se usa muy frecuentemente.

Considerando que la cabeza el disco se encuentra en el cilindro 20, muestre el diagrama de planificación C-LOOK para las solicitudes de los cilindros:

16, 98, 15, 149, 12, 150, 2, 10

(la cabeza se mueve hacia 199) 
Indique el movimiento total de la cabeza del disco

EJERCICIO
SSTF es frecuente y parece el más natural
SCAN y C-SCAN tienen mejor rendimiento para sistemas que usan mucho el disco.
El rendimiento depende del número y el tipo de peticiones.
Las peticiones al disco suelen estar muy relacionadas con la política de asignación de espacio a los ficheros.
El algoritmo de planificación de disco debe ser escrito como un módulo separado, para que sea fácil de reemplazar.
Algoritmo de elección por defecto: SSTF o LOOK
Algoritmo estándar en casi todos los sistemas: C-SCAN

SELECCIÓN DE UN ALGORITMO DE PLANIFICACIÓN

Considerando que la cabeza el disco se encuentra en el cilindro 20,muestre el diagrama de planificación C-SCAN para las solicitudes de los cilindros:

16, 98, 15, 149, 12, 150, 2, 10

(la cabeza se mueve hacia 199) 

Indique el movimiento total de la cabeza del disco.

EJERCICIO
|
El procesador controla directamente los dispositivos periféricos
Se añade un controlador o módulo de entrada y salida.
El procesador utiliza E/S programada
Sin interrupciones. De esta manera el procesador parece aislarse de los detalles de interfaces con dispositivos externos.
Igual que el 2, pero con interrupciones.
Así el procesador no pierde tiempo esperando que se realice una operación de entrada y salida.
FASES DE LA EVOLUCIÓN DE LAS FUNCIONES E/S
El módulo de E/S recibe control directo de la memoria a través de DMA, así se puede mover un bloque desde o hacia la memoria sin que intervenga el procesador, excepto al principio o al final de la transferencia

El modulo de E/S es mejorado para constituir un procesador separado con un conjunto de instrucciones especializado para realizar E/S. El CPU ordena al procesador de E/S la ejecución de los programas de E/S en la memoria principal
El módulo de E/S posee su memoria local y es, de hecho.
un computador independiente.
Participación mínima de CPU.
Solo se intercambian mensajes.
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