UFRJ IM - DCC. Sistemas Operacionais I. Unidade IV Gerência de Recursos Entrada e Saída. 02/12/2014 Prof. Valeria M. Bastos

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Arthur Mota Castelhano
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1 UFRJ IM - DCC Sistemas Operacionais I Unidade IV Gerência de Recursos Entrada e Saída 02/12/2014 Prof. Valeria M. Bastos 1

2 ORGANIZAÇÃO DA UNIDADE Gerência de Entrada e Saída Fundamentos Evolução Estrutura Tratamento de pedidos de E/S Gerência de memória secundária Sistema de arquivos 2

3 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 computador Controlador: implementa as operações (lê, escreve...) Barramento : conjunto de fios que transportam os sinais Porta de E/S: endereço no sistema de E/S 3

4 Características dos dispositivos 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 4

5 Evolução das funções de E/S Processador controla diretamente o dispositivo Adição de um módulo de controle de I/O mantendo porém as funções de E/S programada Semelhante ao anterior porém com a implementação de interrupções O módulo de E/S assume a responsabilidade pela transferência de dados para a memória (DMA) O módulo de E/S se torna um processador independente com instruções próprias O módulo de E/S passa a ter memória local 5

6 Quanto a interação Gerência de E/S Classificação de dispositivos Interação com usuário (ex: teclado, mouse) Interação com outros componentes (ex: discos) Interação com dispositivos remotos (ex: modem) Quanto a transferência de dados Orientado a bloco (ex. disco) Orientado a caractere (ex. terminal) Quanto a 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. 6

7 E/S Programada O programa do usuário executa uma série de comandos write que, por sua vez, chamam o SO (System Call). Os segmentos 1, 2 e 3 se referem à uma seqüência de instruções que não envolve E/S. Fluxo de Execução: User Program Write I/O Program Write I/O Comand 5 END Espera Espera Condição de E/S 7

8 E/S Programada Envia comando de leitura para o Dispositivo E/S CPU Dispositivo Rotina do Sistema Operacional: Programa Aplicativo Lê status do dispositivo E/S Flag Condição S.O. requisita operação de E/S ao dispositivo 1 Write Não OK Checa Status OK Condição de Erro S.O. aguarda em loop pelo término da operação de E/S 2 Write Lê palavra do dispositivo E/S Dispositivo CPU S.O. retorna o controle da CPU ao programa do usuário 3 Escreve palavra na memória CPU Memória Não Fim? Sim Próxima Instrução 8

9 E/S com interrupção Programa prepara o módulo e executa o comando de E/S ( ex.: impressão) Programa de E/S retorna para o programa do usuário Código do usuário é executado durante a operação de E/S, sem espera Programa do usuário é interrompido (x). A operação de E/S é executada e desviada para a operação de interrupção para examinar o status do módulo de E/S Prosseguimento do código do usuário Fluxo de Execução: I n t e r r u p ç ã o User Program 1 Write 2a 2b Write 3a 3b I/O Program 4 I/O Comand Interrupt Handler 5 END 1 4 2a 5 2b 4 3a 5 3b Curta espera de E/S 9

10 Fluxo de Execução: Duração da operação de E/S Gerência de E/S E/S com interrupção User Program Write I/O Program 1 4 I/O Comand Espera pelo término da E/S 5 Espera 2 x Write Interrupt Handler 5 END 3 A operação de E/S levou mais tempo do que o programa para chegar ao outro WRITE Espera x Longa espera de E/S 10

11 DMA Tempo Ciclo Ciclo Ciclo Ciclo Ciclo Ciclo Busca Instrução Decodifica Busca Instrução Operando Ponto de DMA Executa Instrução Armazena Processa Resultado Interrupção Ponto de Interrupção CPU envia pedido para o módulo DMA Módulo DMA transfere um bloco de dados diretamente para/da memória (sem interromper a CPU) Uma interrupção é enviada quando a tarefa é finalizada A CPU é envolvida somente no princípio e no final da transferência A CPU está livre para executar outras tarefas durante a transferência de dados 11

12 Estrutura Lógica E/S Nível do usuário S.O. E/S independente do dispositivo Interface padrão (API) Driver (mecanismos de acesso ao dispositivo fornecendo uma visão uniforme) Hardware 12

13 Estrutura do Kernel Operating System Concepts with Java Silberschatz, Galvin and Gagne

14 Características de um sistema de E/S Objetivo: Eficiência e Generalidade Logical I/O : funções (open, close...) Device I/O : conversão das 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 Gerência 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 14

15 Modelos de organização de E/S 15

16 Funções, 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 16

17 Endereçamento de E/S 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. 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 17

18 Controladora de Dispositivos Vias de Dados Reg. de Estado Reg. de Dados Interface com o Dispositivo Dispositivo Vias de Endereço Vias de Controle Lógica de E/S Interface com o Dispositivo Estado Controle Diagrama de Blocos de uma Placa Controladora 18

19 Bufferização Buffer é uma área de armazenamento temporário utilizado para transferência de dados entre dois elementos. São utilizados para compatibilizar a comunicação entre dispositivos com velocidades e unidades de transferência diferentes. Implementações: Single buffer Double buffer Buffer circular 19

20 Bufferização 20

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