FACENS Engenharia Mecatrônica Sistemas de Computação Professor Machado. Memória Armazenamento Sistema de Arquivos

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1 FACENS Engenharia Mecatrônica Sistemas de Computação Professor Machado Memória Armazenamento Sistema de Arquivos 1

2 Hierarquia de Memórias 2

3 Partes físicas associadas à memória Memória RAM Memória ROM Cache MMU (Memory Management Unit) Processador Tabela de Páginas TLB 3

4 Gerenciamento de Memória Idealmente, o que todo programador deseja é dispor de uma memória que seja grande rápida não volátil Hierarquia de memórias pequena quantidade de memória rápida, de alto custo - cache quantidade considerável de memória principal de velocidade média, custo médio gigabytes de armazenamento em disco de velocidade e custo baixos O gerenciador de memória trata a hierarquia de memórias 4

5 Gerenciamento Básico de Memória Monoprogramação sem Troca de Processos ou Paginação Três maneiras simples de organizar a memória - um sistema operacional e um processo de usuário 5

6 Troca de Processos Alterações na alocação de memória à medida que processos entram e saem da memória Regiões sombreadas correspondem a regiões de memória não utilizadas naquele instante 6

7 Memória Virtual Paginação Localização e função da MMU 7

8 Memória Virtual - Paginação 8

9 Tabelas de Páginas Entrada típica de uma tabela de páginas 9

10 Tratamento de Faltas de Página 1) Hardware desvia a execução para o núcleo 2) Salva conteúdo de registradores e outras informações voláteis 3) SO determina a página virtual necessária 4) SO checa validade de endereço, busca moldura de página 5) Se moldura de página selecionada foi modificada (suja), salvá-la em disco 10

11 Tratamento de Faltas de Página 6) SO busca em disco página virtual referenciada 7) Tabela de páginas é atualizada 8) Estado da instrução que causou falta de página é recuperado 9) Processo que causou falta de página é escalado para executar 10) Programa continua 11

12 Princípios do Hardware de E/S Taxas de dados típicas de dispositivos, redes e barramentos 12

13 Controladores de Dispositivos Componentes de dispositivos de E/S mecânico eletrônico O componente eletrônico é o controlador do dispositivo pode ser capaz de tratar múltiplos dispositivos Tarefas do controlador converter fluxo serial de bits em bloco de bytes executar toda correção de erro necessária tornar o bloco disponível para ser copiado para a memória principal 13

14 E/S mapeada na memória (1) a) Espaços de memória e E/S separados b) E/S mapeada na memória c) Híbrido 14

15 E/S mapeada na memória (2) (a) Arquitetura com barramento único (b) Arquitetura com barramento dual 15

16 Acesso Direto à Memória (DMA) Operação de uma transferência com DMA 16

17 Interrupções Revisitadas Como ocorre uma interrupção. Conexões entre dispositivos e controlador de interrupção usam linhas de interrupção no barramento em vez de fios dedicados 17

18 Princípios do Software de E/S Objetivos do Software de E/S (1) Independência de dispositivo Programas podem acessar qualquer dispositivo de E/S sem especificar previamente qual (disquete, disco rígido ou CD-ROM) Nomeação uniforme Nome de um arquivo ou dispositivo pode ser uma cadeia de caracteres ou um número inteiro que é independente do dispositivo Tratamento de erro Trata o mais próximo possível do hardware 18

19 Objetivos do Software de E/S (2) Transferências Síncronas vs. Assíncronas transferências bloqueantes vs. orientadas a interrupção utilização de buffer para armazenamento tempoirário dados provenientes de um dispositivo muitas vezes não podem ser armazenados diretamente em seu destino final Dispositivos Compartilháveis vs. Dedicados discos são compartilháveis unidades de fita não são 19

20 E/S Programada (1) Passos da impressão de uma cadeia de caracteres 20

21 E/S Programada (2) Escrita de uma cadeia de caracteres para a impressora usando E/S programada 21

22 E/S Orientada à Interrupção Escrita de uma cadeia de caracteres para a impressora usando E/S orientada à interrupção a) Código executado quando quando é feita a chamada ao sistema para impressão b) Rotina de tratamento de interrupção 22

23 E/S Usando DMA Impressão de uma cadeia de caracteres usando DMA a) Código executado quando quando é feita a chamada ao sistema para impressão b) Rotina de tratamento de interrupção 23

24 Camadas do Software de E/S Camadas do sistema de software de E/S 24

25 Software de E/S Independente de Dispositivo (1) Interface uniforme para os drivers dos dispositivos Armazenamento em buffer Relatório dos erros Alocação e liberação de dispositivos dedicados Fornecimento de tamanho de bloco independente de dispositivo Funções do software de E/S independente de dipositivo 25

26 Software de E/S Independente de Dispositivo (2) (a) Sem uma interface-padrão do driver (b) Com uma interface-padrão do driver 26

27 Software de E/S Independente de Dispositivo (3) a) Entrada sem utilização de buffer b) Utilização de buffer no espaço do usuário c) Utilização de buffer no núcleo seguido de cópia para o espaço do usuário d) Utilização de buffer duplo no núcleo 27

28 Software de E/S Independente de Dispositivo (4) A operação em rede pode envolver muitas cópias de um pacote 28

29 Discos Hardware do Disco (1) Parâmetros de disco para o disco flexível original do IBM PC e o disco rígido da Western Digital WD

30 Hardware do Disco (2) Geometria física de um disco com duas zonas Uma possível geometria virtual para esse disco 30

31 Hardware do Disco (3) Disposição das partes de um Disco Rígido (HD) 31

32 Hardware do Disco (4) Estrutura de gravação de um CD ou CD-ROM 32

33 Hardware do Disco (5) Esquema lógico dos dados em um CD-ROM 33

34 Hardware do Disco (6) Secção transversal de um disco CD-R e laser sem escala CD-ROM prateado tem estrutura similar sem camada de tinta com camada de alumínio em vez de ouro 34

35 Hardware do Disco (7) Disco DVD com lado duplo e camada dupla 35

36 Formatação de Disco (1) Um setor do disco 36

37 Formatação de Disco (2) Uma ilustração da torção cilíndrica 37

38 Formatação de Disco (3) a) Sem entrelaçamento b) Entrelaçamento simples c) Entrelaçamento duplo 38

39 Tratamento de Erro a) Uma trilha de disco com um setor defeituoso b) Substituindo um setor reserva por um setor defeituoso c) Deslocando todos os setores para pular o setor defeituoso 39

40 Sistemas de Arquivos 1. Deve ser possível armazenar uma quantidade muito grande de informação 2. A informação deve sobreviver ao término do processo que a usa 3. Múltiplos processos devem ser capazes de acessar a informação concorrentemente 40

41 Nomeação de Arquivos Extensões típicas de arquivos 41

42 Estrutura de Arquivos Três tipos de arquivos a) seqüência de bytes b) seqüência de registros c) árvore 42

43 Tipos de Arquivos (a) Um arquivo executável (b) Um repositório (archive) 43

44 Acesso aos Arquivos Acesso sequencial lê todos os bytes/registros desde o início não pode saltar ou ler fora de seqüência conveniente quando o meio era a fita magnética Acesso aleatório bytes/registros lidos em qualquer ordem essencial para sistemas de bases de dados ler pode ser mover marcador de arquivo (seek), e então ler ou ler e então mover marcador de arquivo 44

45 Atributos de Arquivos Possíveis atributos de arquivos 45

46 Arquivos Mapeados em Memória (a) Um processo segmentado antes de mapear arquivos em seu espaço de endereçamento (b) Processo depois do mapeamento arquivo abc existente em um segmento criando novo segmento para xyz 46

47 Diretórios Sistemas de Diretório em Nível Único Um sistema de diretório de nível único contém 4 arquivos propriedades de 3 pessoas diferentes, A, B, e C 47

48 Sistemas de Diretórios em Dois Níveis As letras indicam os donos dos diretórios e arquivos 48

49 Sistemas de Diretórios Hierárquicos Um sistema de diretório hierárquico 49

50 Nomes de Caminhos Uma árvore de diretórios UNIX 50

51 Implementação do Sistema de Arquivos Um possível layout de sistema de arquivo 51

52 Implementação de Diretórios (1) (a) Um diretório simples entradas de tamanho fixo endereços de disco e atributos na entrada de diretório (b) Diretório no qual cada entrada se refere apenas a um i-node 52

53 Implementação de Diretórios (2) Duas formas de tratar nomes longos de arquivos em um diretório (a) Em linha (b) Em uma área temporária (heap) 53

54 O Sistema de Arquivos MS-DOS (1) A entrada de diretório do MS-DOS 54

55 O Sistema de Arquivos MS-DOS (2) Tamanho máximo de partição para diferentes tamanhos de bloco As caixas vazias representam combinações proibidas 55

56 O Sistema de Arquivos do Windows 98 (1) A entrada de diretório estendida do MS-DOS usada no Windows 98 56

57 O Sistema de Arquivos do Windows 98 (2) Uma entrada para (parte de) um nome longo de arquivo no Windows 98 57

58 O Sistema de Arquivos do Windows 98 (3) Um exemplo de como um nome longo é armazenado no Windows 98 58

59 Fim Sistemas de Computação - Professor Machado 59

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