Sistemas operativos: una visión aplicadaCapas del software de E/S y flujo de una operación...

Sistemas operativos: una visión aplicada

Capítulo 7 Entrada/salida

Sistemas operativos: una visión aplicada 1 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Contenido

• Introducción• Caracterización de los dispositivos de E/S• Arquitectura del sistema de E/S• Interfaz de aplicaciones• Almacenamiento secundario• Almacenamiento terciario• El reloj• El terminal• La red• Servicios de entrada/salida• Puntos a recordar


Estructura de una computadora

Dispositivos de salida(impresora, monitor, ...)

Dispositivos de entrada(teclado, ratón, lápiz óptico, ...)

Dispositivos de entrada/salida(discos, cintas,

modem, ...)

Unidad principal(UCP, registros, memoria RAM,entrada/salida (discos internos,

red, ...))


Jerarquía del almacenamiento

Almacenamiento secundario

MemoriaRAM

Registros

Almacenamiento terciario

10-60 nsegundos

20-70msegundos

150-500msegundos


Conexión de dispositivos a una computadora

Bus del sistema

Bus de expansión

Controlador gráfico

…

CPUMemoria

Controlador de disco

estado control datos


Direcciones de E/S de controladores


Interrupciones que usan algunos controladores


Sistema de DMA

Petición DMA(contador,dirección,datos)

Interrupción

Operación(L/E)

Aceptación DMA

Memoria

Contador

Registrode datos

Lógica de control

Contador

Dirección

Disco

ControladorUCP

Bus del sistema


Capas del sistema de E/S

Controladores de dispositivo

Interfaz del Sistema Operativo

Gestor de Cache

Gestor de Bloques

Sistemas de ArchivosNFTS HPFS FAT CD-ROM ...

Manejadores de Dispositivos(CD-ROM, cinta, disco, puerto, ... )

Gestión de Redes(IPX/SPX, NETBEUI,

TCP/IP, ... )

Gestión de Redes


Capas del software de E/S y flujo de una operación

AplicaciónSubsistema

o DLL

Manejadorde

dispositivo

Manejador deinterrupción

Gestor dearchivos

Gestor debloques

Gestor decache

Servicios

Controlador

Dispositivo(disco)

Copia en elsistema operativo

Copia enmemoria delusuarioModo usuario

Modo núcleo

Proceso

de usuario

SW de E/S

independiente

de dispositivo

SW de E/S

independiente

de dispositivo

SW de E/S

dependiente

de dispositivo

Hardware

Software

Bloque deldispositivo

Copia en elcontrolador


Operaciones en un manejador

Enviar mandatosal controlador

Operacionessobre datos

Contestación ala petición

Traducir a formatodel controlador

Prepararrespuestade error

Extraer peticiónE/S de la lista

Peticiones de E/S del dispositivo

Bloqueo

Error

Esperarinterrupción

Programación delcontrolador

Si

Si

No

No

Interrupción

Leer registrosestado delcontrolador


E/S Bloqueante y No-bloqueante (II)

(A) E/S bloqueante (B) E/S no bloqueante

Operación de E/S

¿Fin Op. de E/S?

Proceso NO bloqueado

Retorno deLlamada E/S


Programación de E/S

Tratamiento interrupciónContestación de E/S

interrupción

ControladorDispositivoControlador

Llamadade E/S

ID. op. de E/S

Registro de op. E/S

Biblioteca

Biblioteca

Proceso

Proceso

Llamadade E/S

Registro de op. E/S

Biblioteca

Biblioteca

Proceso

Proceso

Llamadade E/S


Operación de E/S

Proceso bloqueado

Fin Op. de E/S

Programación de E/S

Tratamiento interrupciónContestación de E/S

interrupción

ControladorDispositivoControlador

Biblioteca

Proceso

Proceso

Biblioteca


Estructura del sistema de E/S en LINUX

Interfaz de llamadas al sistema

Caché de bloques

Gestor de peticiones a los discos

Planificador de los discos

Controlador de dispositivos[bajo nivel]

Caché de páginas de memoria

Sistema de ficheros virtual

Sistema de ficheros Controlador del

dispositivo[alto nivel]

Sistema de Almacenamiento Secundario


Ejemplo de disco duro

Capacidad:

Velocidad:T. Búsqueda:Latencia:Memoria:

Cilindros: Cabezas:Sectores:

1

7200 RPM8,5 mseg.4,16 mseg2 Mbytes

0.2 GB102325683

SEAGATE Barracuda ATA II ST330630A

Parámetro Valor


Tabla de particiones de un disco


Estructura de un manejador de disco

Planificador

ManejadorSCSI

Manejadorde CD_ROM

ManejadorIDE

Manejadorde floppy

…

Manejador de disco


FCFS (FIFO)

queue = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67head starts at 53

0 1 4 37 53 6567 98 122124 183 199


SSTF


0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199


SCAN


0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199


C-SCAN


0 1 4 37 53 6567 98 122 124 183 199


Redundancia con RAID 5

Disco 0 Disco 1 Disco 2 Disco 3

bloque 0

bloque 3

paridad

paridad

bloque 2bloque 1

Controlador


Estructura del sistema de almacenamiento terciario

Sistema dealmacenamiento

secundario

Gestor del sistema dealmacenamiento

terciario

Interfaz

Servidorde nombres

Reubicadorde archivos

Localizadorde archivos

Sistema de E/S

Sistema de Almacenamiento Terciario

Cintas Robotde

cintas

JukeboxRAID SAN


Esquema del terminal proyectado en memoria

Controladorde

teclado

Memoria

Procesador

Memoriade

vídeo

Contr.de

vídeo


Esquema del terminal serie

Memoria

ProcesadorUART


Niveles del software de red

Interfaz a las aplicaciones

Nivel de transporte

Nivel de red

Ethernet SLIP ..........

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