Capítulo 3 Entrada/Saída

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1 Capítulo 3 Entrada/Saída 3.1 Princípios do hardware de E/S 3.2 Princípios do software de E/S 3.3 Camadas do software de E/S 3.4 Impasses 3.5 Discos 3.6 Terminais com base em caracteres 1 Introdução O controle da E/S é uma das tarefas centrais de um sistema operacional, que: emite comandos para os controladores de dispositivo, processa interrupções e trata de erros esconde detalhes específicos dos diferentes dispoitivos para o resto do S.O. através de uma interface uniforme tenta paralelizar E/S e processamento da CPU/Memória para minimizar latência e maximizar vazão de dados no acesso aos dispositivos de E/S controla o acesso concorrente dos dispositivos O sub-sistema de E/S consiste de duas camadas: Software independente dos dispositivos (para cada classe de dispositivo) Software dependente do dispositivo (drivers) 2 1

2 Tipos de Dispositivo O Dispositivo de E/S é definido por: Conjunto de comandos básicos disponibilizados As funções que executa As mensagens de status/erro que emite Existem os seguintes tipos de dispositivo: Dispositivos de bloco = transferem ou armazenam dados em blocos de tamanho fixo, cada bloco possui um endereço e cada bloco pode ser acessado independentemente (acesso aleatório). Exemplos: Discos (SCSI, IDE), CD/DVD, Fitas, SSDs Dispositivos de caractere = lê ou escreve uma sequência de caracteres. Cada caractere não possui endereço e não pode ser acessado aleatoriamente. Para cada caractere (ou conjunto pequeno deles), é gerada uma interrupção. Exemplos: Teclado, Mouse, etc. Interfaces de Rede: Exemplos: Ethernet, linha serial, WLAN, WMAN Obs: Esta classificação é apenas geral: nem todo dispositivo de E/S se enquadra exatamente nessas 2 categorias. Por exemplo: Fitas de backup, Relógio, Vídeo mapeado em memória, etc. 3 Categorias de Dispositivos Outra classificação# Para Interação Homem-Computador Teclado, mouse, Display Impressoras Para armazenamento e processamento interno Discos Pen-drives Sensores Controladores Atuadores Para comunicação remota Interfaces de rede (Ethernet, , Bluetooth, ) Modems 2

3 Controladores de Dispositivos Partes de dispositivos de E/S Componente eletro-mecânico (motor, engrenagem, cabeçote magnético, sensores, etc.) controlador do dispositivo (um Circuito integrado ou processador) A interface de hardware (pinos) entre o controlador e a componente mecânica é padronizada (ISO, SCSI, IDE) Um controlador pode fazer o controle conjunto de vários dispositivos (componentes eletro-mecânicas) Tarefas do controlador converter fluxo serial de bits em conjuntos de bytes Verificação da consistência dos dados (bits de pariadade) e correção de erros Bufferização: agrupar bloco de bytes para transferência para a memória principal Do ponto de vista conceitual, o controlador é o dispositivo de E/S. 7 Arquitetura Conceitual Conceitualmente, é como se houvesse conexão direta entre CPU/ Memória com todos os controladores Em arquiteturas reais, existem vários barramentos e processadores dedicados para tirar a carga da CPU principal e servir de ponte entre os barramentos 8 3

4 Arquitetura Real Arquitetura de um Pentium 9 Controladores de Dispositivos Cada controlador possui alguns registradores que são usados para fazer o controle da E/S (da parte eletro-mecânica) e para emitir informações sobre status e condições de erro. Os registradores abaixo compõe uma porta de E/S: Reg. de status (bits) Reg. de controle (bits) Reg. de entrada de dados (1-4 bytes) Reg. de saida de dados (1-4 bytes) Em algumas arquiteturas, o espaço de endereçamento da memória RAM e das portas de E/S é único (E/S mapeada em memória) Exemplo: Motorola 680x0 Em outras arquiteturas, existe um espaço de endereçamento específico para E/S (fora da memória), usado apenas pelos controladores. A associação de um endereço com a porta de E/S de um controlador é feita no circuito de decodificação de endereços do barramento. 10 4

5 E/S mapeada na memória Espaços de memória e E/S separados As instruções de E/S (com esses endereços) ativam linhas do barramento para selecionar o dispositivo e transferir os bits de/para registradores da porta de E/S. E/S mapeada na memória: Portas de E/S do dispositivo estão mapeados no espaço de endereçamento do processador. Driver executa instruções para ler e escrever nas portas (=nos registradores da controladora) Híbrido: alguns dispositivos usam portas separadas e também espaço mapeado na memória ( controlador gráfico) 11 Endereços de Portas de E/S em um PC 12 5

6 Interação CPU-Controlador Funcionamento básico: CPU (executando o driver) inicia E/S: escreve instruções (que especificam byte/palavra a ser escrita em uma porta de E/S). Por exemplo, instruções assembly IN Reg,Port, e OUT Reg,Port O controlador gera interrupções (e.g. IRQ = Interrupt ReQuest line), avisando quando seus registradores podem ser lidos/escritos ou quando a E/S foi finalizada Tratador de interrupção (parte do driver) verifica status/erro e faz a transferência do próximo byte (entre Controladora e Memória) 13 Direct Memory Access (DMA) Em várias arquiteturas existe um componente de HW dedicado à transferência direta de blocos de dados para a memória - Direct Memory Access (DMA): Evita que a CPU tenha que executar o loop para transferência do bloco de/para a memória principal. CPU apenas inicia E/S informando: endereço inicial na memória, endereço do bloco no disco, número de bytes a serem transferidos. 17 6

7 Componentes da controladora DMA Acesso Direto à Memória (DMA) Fig.: Operação de uma transferência com DMA (iniciada pela CPU) 19 7

8 Funcionamento do DMA Passo a passo de transferência de dados do dispositivo para a memória usando DMA 20 Acesso Direto à Memória (DMA) Uma controladora de DMA acessa a memória diretamente: não têm noção de memória virtual Duas alternativas: Cópia dos dados para buffer no driver e posterior cópia para área do processo Cópia dos dados diratemente um endereço do processo, mas então precisa-se garantir que a(s) páginas destino permaneçam na memória (não sejam swapped out) 21 8

9 Configurações de uso de DMA Uma controladora de DMA pode servir vários dispositivos: Exemplo: ISA DMA controller possui 8 canais DMA. Cada canal DMA possui um address register, um count register, um control register. Controladores são associados estaticamente ou dinamicamente a um canal de DMA. Saida (Escrita em Impressora) Passos da impressão de uma cadeia de caracteres 23 9

10 E/S Programada com Polling Software de E/S (driver) consulta repetidamente o status do dispositivo para saber quando dispositivo está pronto (pronto pare receber comando/dados) Exemplo: Escrita de uma cadeia de caracteres para a impressora usando E/S programada Obs: p[] o vetor de caracteres na memória e printer_data_register e printer_status a porta da controladora da impressora. 24 E/S Orientada à Interrupção Interrupções ajudam a detectar quando uma operacão de E/S está finalizada. Gerenciamento é implementado pela interação entre o device driver e o procedimento de tratamento de interrupcões. Escrita de uma cadeia de caracteres para a impressora usando E/S orientada à interrupção a) Código executado quando é feita a chamada ao sistema para impressão b) Rotina de tratamento de interrupção 25 10

11 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 26 Menor envolvimento da CPU Seja uma transferência de 6208 bytes de uma controladora para a memória, com um barramento PCI de 32 bits e DMA com buffer de 1KB. Número de interrupções da E/S sofridas pela CPU sem e com DMA: Sem DMA: 1552 (= 6208/4) Com DMA: 7 (6x transf x 64) 27 11

12 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 tipo/modelo/ fabricante do dispositivo Nomeação uniforme Em Unix, accesso a drivers por aplicações em modo usuário através do sistema de arquivos (dispositivos representados como arquivos especiais a serem abertos) Exemplos: /dev/hda /dev/hdb /dev/ttya Tratamento de erro Erros devem ser tratados o mais próximo possível do hardware 29 Objetivos do Software de E/S (2) Transferências Síncronas vs. Assíncronas transferências bloqueantes vs. orientadas a interrupção utilização de buffers para armazenamento temporário dados provenientes de um dispositivo muitas vezes não podem ser copiados diretamente para o destino final (memória do processo) Gerenciar o acesso concorrente (e otimizado) a dispositivos compartilhados Disco, monitor, teclado, mouse e rede são dispositivos de E/S compartilhados unidades de fita não são 30 12

13 Camadas do Software de E/S Fig.: Camadas do software de E/S 31 Modelo de Operação de E/S 13

14 Drivers de Dispositivo Características/Tarefas dos Drivers: Software para controle básico do controlador do dispositivo Geralmente realizam o tratamento de interrupções geradas pelo dispositivo Encapsula as especificidades de controle do dispositivo Para alguns dispositivos mantém uma fila de requisições pendentes Para discos, traduz requisições lógicas (leia bloco x) em comandos específicos da controladora (p.exemplo: mova para cilindro 3; leia a transfira dados dos setores da trilha 6) Espera a chegada de interrupção, verifica integridade dos dados e transfere dados de/para a região de memória do processo 33 Drivers de Dispositivos Drivers escrevem e lêm as portas de E/S (comandos específicos, parâmetros de controle e estado do dispositivo) Quando sistema é carregado, cada driver: Se registra junto ao núcleo e verifica se o controlador do seu dispositivo está conectado (ativo). Se não, o driver simplesmente permanece inativo

15 Drivers de Dispositivo Disponibiliza uma interface API padrão (de sistema de arquivos) para o restante do sistema As operações sobre arquivos open(), read(), write(), close(), seek(), release(), mmap() etc. são mapeadas para os procedimentos específicos de cada driver. Cada dispsoitivo possum um: major device number = indice para uma Device Diver Table e um minor device number = parâmetro que caracteriza o aparelho (mas interpretação pode variar de driver para driver) 35 Drivers de Dispositivo É um software que é ligado ao núcleo (e muitas vezes executa em modo supervisor) Drivers fazem uso dos serviços do núcleo como alocação de memória, tratamento de interrupção, buffers e filas de espera Não fazem uso de memória virtual! Driver não pode confiar que o processo solicitante esteja na memóra: por isso, as estruras de dados e os buffers ficam em memória do núcleo

16 Dispositivo Disco Geometria física: menos setores nas trilhas internas Geometria lógica: mesma quantidade de setores por trilha 38 Software de E/S Independente de Dispositivo Implementa funções e estruturas de dados usadas por vários tipos de E/S e fornece uma interface uniforme para as aplicações. Funções típicas do software de E/S independente de dipositivo API uniforme para os drivers dos dispositivos Armazenamento em buffer Relatório dos erros Alocação e liberação de dispositivos dedicados Define tamanho de bloco único, independente de dispositivo 39 16

17 API e nomes uniformes Drivers precisam implementar uma interface abstrata (API) uniforme. Isso permite instalar novos drivers API para block devices: open, close, strategy, size e xhalt; API para character devices: open, close, read, write, ioctl, mmap, segmap, xpoll, xhalt Chamadas de E/S como as de arquivos simplifica o uso Nome do arquivo especial (em /dev) é representado por um v- node Entrada de v-node contém: Major device number = referência ao driver Minor device number = parâmetro do driver (a unidade do dispositivo) Bits de controle de acesso rwx também definem as permissões de acesso ao dispositivo 40 Arquivos Especiais (em Unix) Para dispositivos de caracter e de bloco: /dev/tty0, tty1!- Terminal devices! /dev/hda, hdb!!- hard drives! /dev/console!!! Para dispositivos de rede: Seus nomes são padronizados (e refletem o tipo de interface), onde múltiplos dispositivos são numerados sequencialmente (0, 1 ) Exemplos: /dev/ethn! - Ethernet devices! /dev/sln! - linhas seriais! /dev/pppn!- dispositivos PPP! /dev/lo!- loopback device 41 17

18 Registro de Drivers de Caracteres Mesmo disp. de caracteres são acessados por chamadas de sistema open(), read(), write(), close(), como se fossem um arquivo Quando dispositivo é inicializado, se registra junto ao núcleo e adiciona entrada em chrdevs (vetor de device_struct). O major device identifier é o índice para esse vetor chrdevs Cada device_struct contém ponteiro para o device driver e um ponteiro para um bloco de operacões em arquivo (estas são endereços das rotinas do driver específico) Ao abrir um dispositivo, é chamado mknode e criado um v-node/i-node contendo o major e minor device number, e que receberá em f_op o endereço dos procedimentos no driver. 42 E/S de Bloco 43 18

19 Registro de Drivers de Bloco Drivers de bloco se registram em blkdevs, (análogo a chrdevs) Lá, cada device_struct aponta tb para diferentes classes de block devices (SCSI, IDE, etc.), cada uma com sua API específicas de operações Cada driver de bloco fornece tb ponteiro para, request_queue, que aponta para uma fila de requisições no buffer cache do núcleo. É registrado tb uma única operacão (request_f), que informa ao núcleo o procedimento do driver específico para ler/escrever um bloco. Para agrupar blocos consecutivos, cada request aponta para um buffer head. Buffer heads são encadeados quando se tratam de blocos consecutivos (e contém toda infomação para driver processar a requisição) vnode blkdevs requ_queue Buffer-heads head request_f requests driver1 request_f buffer-cache 44 Registro de Drivers de Rede Arquivos especiais de rede não são criados por mknode, surgem espontaneamente (quando interfaces de rede são ativadas e inicializadas) Drivers de rede cadastram os dispositivos que controlam na inicialização das interfaces de rede (NIC) A estrutura de dados device contém informacões sobre o dispositivo de rede: 1. Informacão de Barramento: Numero IRQ, número de canal de DMA usado, 2. flags de interface IFF_ (descrevendo caracteristicas da interf. de rede) 3. informacão de protocolo, por exemplo: mtu: tamanho máximo de pacote que consegue transmitir family: familia de prtocolos que o disspositivo suporta (p.ex. AF_INET) tipo de HW de interface: Ethernet, X.25, Token Ring, Slip, PPP and Apple Endereços relevantes para uso da interface de rede (p.ex. MAC-Address) 4. Referência a fila de pacotes esperando para transmissão (socket buffer sk_buff) 5. Funções de apoio (usadas por camadas de protocolo superiores) como setup, frame transmit, adicionar headers de frames, estatísticas, etc

20 Software Independente do Dispositivo Núcleos provêm muitos serviços relacionados a E/S: escalonamento, uso de buffers e caches, spooling, reserva e liberacão de dispositivo e tratamento de erros Escalonamento de E/S: Quando processo faz requisição de E/S em bloco essa é enfileirada, por dispositivo O Escalonador de E/S decide sobre a ordem de envio das requisições para os discos, p/ otimizar acesso (aumentar vazão, baixar o tempo médio de resposta das requisições) Faz a busca antecipada de blocos Podem ter vários objetivos: Minimizar seek time do disco Priorizar E/S de certos processos Garantir fatias iguais de largura de banda de disco para cada processo Garantir que certas requisicões serão procesadas antes de um certo 46 tempo Software Independente do Dispositivo Tratamento de Erros: chamadas de E/S retornam não só um valor de sucesso (0/1), mas também um código de erro (em Unix errno), com informacão sobre natureza do erro Para erros transitórios, pode-se tentar repetir a operação de E/S, mas erros permanentes precisam ser tratados Alguns controladores/drivers também: informam a natureza do erro de hardware (tipo de erro de hardware, ou requisição ilegal) mantém logs de erros identificados, que podem ser consultados. Alocação e liberacão de dispositivos dedicados: Exemplo: DVD/CD, ou fita magnética Um lock é setado no v-node. Ao tentar abrir o arquivo especial em uso, o v-node indicará se o dispositivo está em uso, e retornar um valor de erro do open 47 20

21 Software Independente de Dispositivo Bufferização: para compensar diferentes taxas de transferência (RAM vs dispositivo) para impedir acesso direto ao dispositivo a. Sem buffer: E/S bloqueante e mono-programação b. Buffer em espaço do usuário: E/S assíncrona, mono-programação c. Buffer no núcleo e no processo: permite multi-programação d. n Buffers no núcleo: permite paralelizar transf do dispositivo e cópia para processo 48 Buffer Circular É a generalização do buffer duplo Desacopla a taxa de transferência de dados da E/S da taxa de consumo dos dados pelo processo destinatário Usado para fazer a busca antecipada de blocos (provável necessidade de blocos vizinhos) Permite atender requisições de leitura de vários processos 49 21

22 E/S com buffers Orientados a bloco (block-oriented) Processo pode processar um bloco enquanto o outro está sendo lido para memória Buffers ficam residentes em memória RAM Subsistema de E/S mantém associação entre requisições (c/ seus blocos) e processos do usuário Escalonador de E/S otimiza transferência de/para disco Orientados a caracteres (character-oriented) Uma linha é lida/escrita de cada vez (com CR- Carriage return) sinalizando fim da linha Os caracteres no buffer podem ser pré processados antes de serem entregues para o processo (raw & cooked mode) Exemplo: no E/S de teclado: processar o efeito de DEL, ou CTRL +caracter, ESC, etc. Software Independente do Dispositivo Principais Funções: Exemplos: APIs genéricas mapeadas para funções específicas. Mapeamento de nomes simbólicos (/ dev/tty00) para os drivers correspondentes Permissões para acesso aos dispositivos como de arquivos Mapeamento de tamanho de bloco único para tamanhos de setores variados em discos diferentes. Transferência controlada de bytes do disco para interface de rede, compensando diferentes taxas de dados de cada dispositivo Gerenciamento de blocos livres nos dispositivos de bloco (discos) Funções para a bloqueio e liberação de dispositivos dedicados Se erro não pode ser compensado/contornado pelo driver, deve informar ao programa do usuário o tipo e erro 52 22

23 Suporte a E/S em modo usuário Há suporte a E/S nas bibliotecas ligadas a programas do usuário (stdio, ioctl, etc.) Por exemplo a formatação da entrada e saída, printf e scanf efetuam a contatenacão de strings, e a conversão de octetos para aracteres, inteiros, float, etc. Mas também há utilitários e processos (daemons), responsáveis por realizar uma tarefa específica relacionada à E/S Exemplos: lpd - spool de arquivos para a impressão inetd, ftpd, rshd, httpd, dhcpd - processos que tratam E/S com a rede 53 Estrutura do Disco Cilindro: coleção de N trilhas (uma em cada superfície de disco) Trilha: uma circunferência de raio T completa em uma superfície de disco; contém número variável de setores (8-32 em floppies, milhares em HD) Setor: uma parte de uma trilha (com número fixo de bytes) O tempo de acesso a um setor depende essencialmente do tempo de posicionamento do pente de leitores até o cilindro correspondente e da velocidade de rotação do disco. Disco1 Disco 2 trilha cilindro Disco 3 setor 54 23

24 Setores em um Disco Geometria física de um disco (com dois tamanhos de setor) vs geometria virtual A controladora conhece a geometria física e faz o mapeamento de um endereço lógico de bloco para o setor correspondente 56 Desempenho no acesso ao Disco O cabeçote precisa ser posicionado na trilha, no início do setor alvo. Isso envolve: Tempo de posicionamento (Seek time) Tempo para posicionar o cabeçote na trilha Latência rotacional Tempo necessário para que o início do setor apareça abaixo do cabeçote 24

25 Algoritmos de Escalonamento de Acesso ao Disco O tempo necessário para ler ou escrever um bloco de disco é dominado pelo tempo de posicionamento do cabeçote no cilindro alvo (seek time) Disco Cilindro m Cilindro k A fim de minimizar o seek time médio para várias requisições, deve-se escalonar as mesmas O Escalonador de E/S de bloco executa um algoritmo de escalonamento de disco 58 Algoritmos de Escalonamento de Disco 1) First-Come-First Served (FCFS): não há como otimizar tempo de posicionamento (seek time). 2) Algoritmo Mais-Próximo-Primeiro (Shortest Seek Time First - SSTF) : Usa tabela indexada por cilindro com lista de requisições para cada cilindro Enquanto move o cabeçote para um cilindro, novos pedidos vão chegando Escolhe sempre o cilindro mais próximo do atual Atende todos os pedidos para o cilindro corrente Ordem de Requisições: Posição # inicial Pedidos# pendentes Sequência de posicionamentos 59 25

26 Algoritmos de Escalonamento de Disco Principal problema do Shortes Seek Time First: Se a chegada dos pedidos ocorre com distribuição uniforme em todas os cilindros, então: Para discos muito utilizados, o cabeçote tenderá a permanecer nos cilindros do meio, e mover-se com menor probabilidade (P B ) para os cilindros nos extremos. Portanto, dados gravados em cilindros extremos levarão mais tempo para serem acessados do que dados em cilindros do meio. P B Posição P A P A > P B P A Posição atual atual P B P A > P B Disco 60 Algoritmos de Escalonamento de Disco Algoritmo do elevador (SCAN): Manter o sentido da movimentação até que não haja mais pedidos para acesso em cilindros a diante No sentido de movimentação, atende primeiro os cilindros mais próximos Um flag (UP/DOWN) registra o sentido de movimentação. Ordem chegada: Sequência de posicionamentos 61 26

27 Algoritmo do Elevador Variantes: 1. Mover o cabeçote somente até o cilindro mais afastado para a qual exista uma requisição Vantagem: ganha-se eficiência no atendimento global das requisições 2. Mover o cabeçote até o cilindro mais afastado, independente de haver requisição Vantagem: garante-se um tempo médio igual de atendimento para requisições nos cilindros centrais e extremos do disco Desvantagem: se nunca houve escritas em cilindros além dos limites, é improvável que aconteçam requisições para lá. 3. Guardar quais foram os cilindros mais extremos usados até então (cil min, cil max ), e fazer a varredura dentro desse intervalo. Algoritmos de Escalonamento de Disco Algoritmo Circular SCAN (C-SCAN) Objetivo: prover um tempo de espera mais uniforme para todas as trilhas Como o SCAN, move o cabeçote de uma extremidade para outra, atendendo todas as requisições no caminho. Mas quando o cabeçote atinge o cilindro mais extremo, ele retorna ao início do disco (sem atender a requisições) Ordem chegada: Sequência de posicionamentos 63 27

28 Desempenho de Acesso: Formatação de Disco Defasagem de setor inicial de cada trilha deslocado daquele da trilha anterior: para agilizar o acesso sequencial de setores em trilhas consecutivas. Leva em conta o atraso da movimentação entre trilhas adjacentes 69 Desempenho de Acesso: Formatação de Disco Algumas controladoras são incapazes de fazer entrada e saida de seu buffer em paralelo. Por isso, discos são formatados com setores entrelaçados (b) e (c), para permitir E/S mais eficiente de setores consecutivos Enquanto controladora copia blocos do setor 0 para memória, disco rotaciona e quando cabeçote está no setor 1, controladora já está pronta para receber esse setor

29 Aumento de desempenho por paralelismo Como aumentar a taxa de atendimento de requisições ao disco? Redundant Array of Inexpensive Disks (RAID) A controladora RAID opera vários discos (multiplica a taxa de atendimento de requisições) Mais discos è maior probabilidade de falha do conjunto è requer redundância de informacão Faixa = conjunto de blocos (bytes, ou bits) Faixas consecutivas podem ser atendidas em paralelo (sem redundância) Faixas espelhadas em discos garante redundância duplica a qtde de discos 73 Aumento de desempenho por paralelismo Fatiamento em nivel de bits: Bits de dados (nos discos 0-3) e bits de paridade (nos discos 4-6) Usa o Código de Hamming para correção de erros. Todos os discos operam de forma sincronizada (mesma velocidade e posição) Não é mais utilizado pois em toda operação todos os discos precisam ser acessados (não consegue atender requisições simultaneamente) Escrita: calcula os bits de paridade e escreve tb nos discos 4-6 Leitura: lê os dados e os bits de paridade e verifica consistência Se não houver, corrige os bits incorretos 74 29

30 Aumento de desempenho por paralelismo Fatiamento em nivel de bytes: Bytes de dados (nos discos 0-2) e bytes de paridade (no disco 3) Menos discos de paridade Discos precisam girar sincronizados Raramente utilizado pois também não é capaz de atender requisições simultâneas 75 Redundância de Disco Fatiamento em blocos faz com que atualização possa ocorrer somente no disco do bloco e no disco de paridade. Mas o bloco a ser atualizado e o de paridade precisam ser previamente lidos para a controladora. Para permitir o recalculo do bloco de paridade. Fatiamento em nível de blocos: blocos de paridade (XOR sobre o conteúdo dos blocos) em disco separado: Corrige blocos com defeito Disco único de paridade torna-se o gargalo em requisições paralelas (acabam sendo sequenciais) Faixas de paridade espalhados por todos os discos. Corrige blocos com defeito Requisições paralelas podem ser executadas em paralelo RAID nivel 6 Semelhante a RAID 5 mas com dupla paridade: redundância de faixas de redundância Pode tolerar a falha de até dois discos. Mais discos estarão envolvidos em um update de um bloco (B1) -> diminuindo a possibilidade de 76 paralelismo 30

31 RAID 1+0 e 5+0 RAID 5+0 Aimações Flash: 77 E/S Orientada a caracteres De/para dispositivos como: Teclado Mouse Terminal orientado a caracter Portas Seriais Interface de rede As requisições são para leitura/escrita caracter a caracter (e.g. put(c), get (c)) Para compensar diferentes taxas de produção e consumo de caracteres, utiliza-se buffers Vários caracteres possuem um significado especial (caracteres de controle), que precisam ser interpretados ou gerados Para alguns dispositivos, esses caracteres devem ser interpretados/ gerados nos buffers, antes de serem enviados serem consumidos

32 E/S Orientada a caracteres buffers Produtor de caracteres Cosmumidor de caracteres Caracter = byte codificando um evento/comando de E/S Exemplos de pares Produtor/Consumidor: Entrada: (teclado/ programa_usuário), (interface_rede/ programa_usuário) Saída: (Programa_usuário, monitor orientado a texto) (Programa _usuário, interface_rede) 85 Teclado: Funcionamento de uma entrada de dados Controlador gera uma interrupção para avisar que tecla foi acionada (e seu # obtido) Driver copia um número (código de tecla pressionada/solta) da controladora para buffer interno driver converte para código ASCII muitos SOs fornecem mapas de teclas ou páginas de códigos carregáveis (pois teclados têm códigos de teclas não padronizadas) Núcleo recebe uma requisição de leitura de um processo, e repassa para driver 86 32

33 Etapas Entrada de um Teclado Software de Entrada Processamento de caracteres Usuário digita hella o Teclado gera: hellactrl-ho Processo deve receber hellactrl-ho ou hello? Modo crú (raw mode) Driver entrega diretamente cada catacter ao processo (incl. teclas ctrl, alt, f1-f10, alt, shift, ) Sem modificações, sem eco (=mostrar o caracter digitado) Alguns programas usuários exigem: shell, vi, emacs, login (p/ senha) Modo processado (cooked mode) Caracteres são armazenados em buffer até que uma linha toda tenha sido acumulada Driver faz o processamento de caracteres especiais no buffer, e ecoa o resultado na tela POSIX padroniza o efeito de teclas especiais É o modo canônico (default) 33

34 Software de Entrada Caracteres tratados de forma especial no modo canônico 89 Modo Cozido Driver precisa... Bufferizar uma linha inteira antes de passa-la para o processo Processar caracteres de controle especiais Ctrl-C, ERASE, Del, line-erase, Tab, shift Ecoar o caracter digitado Nova linha pode ser procesada em paralelo com o processamento de linha anterior Para isso, precisa de buffers internos de entrada Bufferização é necessária para lidar com digitação antecipada: enquanto linha está sendo processada, outra linha é digitada e já pode ser lida) processo consumidor ainda não está executando 34

35 Software de Entrada Buffers no Driver de terminal Duas abordagens de bufferização p/ digitação antecipada: para computadores com muitos terminais Manter um pool de buffers a serem usados por demanda para computadores com 1 usuário: Manter um buffer por terminal (e.g., 500 bytes) Pool de buffers Buffer dedicado para cada terminal 91 A estrutura streams É um canal de comunicação full-duplex entre um processo do usuário e um dispositivo (presente na maioria dos Unix)# Benefício: uma estrutura que apoia a técnica modular e incremental usada por drivers de dispositivos e protocolos de rede# # stream consiste de:# Cabeça do stream (stream head) - interface com o processo do usuário)# write()/ read() escreve/lê dados brutos no fluxo# putmsg()/ getmsg() envia/recebe uma mensagem para/de o fluxo# Extremidade do Driver - interface com o dispositivo de E/S# Zero ou mais módulos entre eles. Cada módulo contém uma fila de read e uma de write.# Os módulos provêm funções de processamento e são associados ao fluxo com a chamada ioctl()! Mensagens assíncronas para transferir dados entre as filas (exceto se houver módulo com controle de fluxo)# 35

36 streams Independente do acesso bloqueante na cabeça do fluxo, a extremidade do driver vai ser alimentada com os dados a medida que chegam. # # write():! Cabeça do fluxo (stream head) copia dados brutos para uma mensagem e passa para a fila do módulo abaixo.# # Essa cópia prossegue até que a msg ser copiada para a extremidade do driver, quando é então retirada da mensagem e passada para o dispositivo.# # Se o stream têm controle de fluxo, então write(0 bloqueará até que haja espaço na fila adjacente.# # read():! Cabeça do fluxo pega a próxima msg da fila do módulo abaixo, e retorna para o processo do usuário dados não estruturados. Bloqueia se não houver msg.# # Módulos inferiores vão empurrando as mensagens em direção do processo do usuário.# # Exemplo Inserção de um módulo de processamento de catacteres no stream entre o processo do usuário e o driver.# # Módulos são empurrados da cabeça do fluxo para baixo em modo Last-In_first-Out (LIFO)# # # # # # # Nesse exemplo, o módulo recebe o comando para remover todas as ocorrências de x e X (e qualquer string)# o Comando é configurado usando a estrutura strioctl# 94 36