Sistemas Operacionais II Unix: Memória e E/S. Geraldo Braz Junior

Transcrição

1 Sistemas Operacionais II Unix: Memória e E/S Geraldo Braz Junior

2 Gerenciamento de Memória

3 Gerenciamento de Memória Espaço de Endereçamento 1. Segmento de código Instruções de máquina que formam o código executável do programa; Produzido pelo compilador; Somente de leitura. 3

4 Gerenciamento de Memória Espaço de Endereçamento 4 1. Segmento de dados Armazenamento das variáveis; Duas partes: dados inicializados e não inicializados (BSS); Arquivo executável contém apenas as variáveis inicializadas. Para as não inicializáveis apenas é indicado no cabeçalho quantos bytes devem ser alocados; Exemplo: processo A: 8KB código + 8KB de variáveis inicializadas + 4KB variáveis não inicializados; Leitura e escrita; Pode mudar de tamanho (alocação dinâmica).

5 Gerenciamento de Memória Espaço de Endereçamento 1. Pilha de execução Inicia no topo do espaço de endereçamento e cresce para baixo, em direção ao endereço 0; No início possui: variáveis do ambiente e a linha de comando digitada no shell Segmentos de código podem ser compartilhados 5

6 Gerenciamento de Memória Espaço de Endereçamento 6

7 Gerenciamento de Memória Arquivos Mapeados em Memória Arquivo é mapeado no espaço de endereçamento do processo podendo ser lido e escrito como um vetor de bytes; Dois ou mais processos podem mapear um arquivo simultaneamente; Escritas são visíveis a todos instantaneamente. 7

8 Gerenciamento de Memória Arquivos Mapeados em Memória 8

9 Gerenciamento de Memória Chamadas ao Sistema 9 s - código de erro addr endereços de memória len - comprimento prot controles de proteção flags bits miscelâneos fd descritor de arquivos offset offset do arquivo

10 Gerenciamento de Memória Troca de Processos Memória e Disco Antes do 3BSD: na falta de memória alguns processos eram inteiramente trocados para o disco (swapped out); Movimentação entre memória e disco era tratada pelo escalonador de nível superior conhecido como trocador (swapper); A troca era iniciada quando o sistema ficava sem memória livre devido a: 1. Chamada fork para criação de processo 2. Chamada brk para expandir segmento de dados 3. Uma pilha se torna maior 10

11 Gerenciamento de Memória Troca de Processos Memória e Disco Algoritmo do trocador Para remover um processo, era escolhido entre aqueles bloqueados o que tivesse o maior somatório da prioridade com o tempo de residência; A cada poucos segundos os processos em disco eram verificados. Dos prontos para executar, o que estivesse a mais tempo no disco era escolhido; O trocador verificava se o processo escolhido era de troca fácil ou difícil; O espaço livre na memória e no disco era controlado por listas encadeadas de espaços vazios usando first fit. 11

12 Gerenciamento de Memória Paginação 12 Introduzido no 3BSD; Um processo não necessita estar totalmente na memória para ser executado; É necessário apenas as tabelas de páginas e a estrutura do usuário; A paginação é feita por demanda; O daemon de paginação é executado periodicamente. Ao verificar que a quantidade de páginas livres está pequena, ele começa a liberar páginas.

13 Gerenciamento de Memória Paginação A core map possui uma entrada para cada frame da memória 13

14 14 Gerenciamento de Memória Algoritmo de Substituição de Páginas Executado pelo daemon de paginação; Ele é acordado a cada 250 ms para verificar se qtde páginas livres parâmetro lostfree (normalmente ¼ da memória); Utiliza um algoritmo global (o número de páginas de cada processo varia no tempo); Baseado no algoritmo do relógio; Cada página possui um bit R associado; O bit R é ligado sempre que a página é referenciada (para leitura ou escrita).

15 15 Gerenciamento de Memória Algoritmo de Substituição de Páginas

16 Entrada e Saída

17 E/S no Unix Dispositivos de E/S são tratados como arquivos e acessados com as mesmas chamadas ao sistema read e write; O ajuste de parâmetros nos dispositivos é feito através de chamadas ao sistema especiais; O Unix integra os dispositivos no sistema de arquivos, chamando-os de arquivos especiais (diretório /dev). 17

18 E/S no Unix Categorias de arquivos especiais: De bloco Cada bloco pode ser acessado e endereçado individualmente Exemplo: discos De caracteres E/S através de fluxo de caracteres Exemplos: teclados, impressoras, redes, mouses 18

19 E/S no Unix Cada arquivo especial possui um driver associado; Cada driver tem um número do dispositivo principal. Se suporta vários dispositivos (ex. 2 discos) cada um terá um número do dispositivo secundário; Os números principal e secundário identificam cada dispositivo de forma única; Em alguns casos um driver simples pode tratar dois dispositivos muito relacionados (ex. /dev/tty). 19

20 E/S no Unix Chamadas ao Sistema Configurações em dispositivos de E/S podem ser realizadas através da chamada ioctl; Com o passar do tempo esta chamada se tornou muito complexa e o padrão POSIX estabeleceu novas chamadas para gerenciamento de terminais; Valores diferentes para velocidade de entrada e saída devem-se a antigos sistemas videotexto mas são utilizados até hoje em sistemas ADSL (asymmetric digital subscriber line). 20

21 E/S no Unix Chamadas ao Sistema Chamadas ao sistema para o gerenciamento de terminal 21

22 E/S no Unix Transmissão em Redes: sockets Introduzido pelo Unix de Berkeley; Podem ser criados e destruídos dinamicamente; Sua criação retorna um descritor necessário para o estabelecimento da conexão, leitura e escrita dos dados e liberação da conexão; Tipos: 1. Fluxo confiável de bytes orientado a conexão 2. Fluxo confiável de pacotes orientado a conexão 3. Transmissão não confiável de pacotes 22

23 E/S no Unix Transmissão em Redes: sockets 23

24 E/S no Unix Transmissão em Redes: sockets Criado através de uma chamada ao sistema que retorna um descritor utilizado em operações subsequentes; Um dos parâmetros de criação especifica o protocolo a ser utilizado; O descritor é chamado de LCE (Local Communication Endpoint); O LCE deve ser associado a um PCE (Physical Communication Endpoint) para o transporte de dados; O PCE é especificado pelo endereço de rede da máquina e por um número correspondente a uma porta; Esta associação é realizada pela chamada bind. 24

25 25 E/S no Unix Transmissão em Redes: sockets A comunicação envolve dois PCEs, cada um pertencente a um dos processos envolvidos; Tanto o endereço local quanto o PCE remoto são necessários a cada operação sendto/recvfrom a não ser que se utilize um socket orientado à conexão; Protocolo TCP é normalmente utilizado para transmissões de fluxo confiável; Protocolo UDP é normalmente utilizado para transmissões não confiáveis (ex de uso: sistemas de tempo real, transmissão multimídia).

26 Analogia TCP TCP = Sistema Telefônico Você disca para um número, o outro lado atende e uma conexão é estabelecida; O outro lado escuta suas palavras na ordem em que foram emitidas; Se o telefone está ocupado ou se não há resposta você descobre prontamente. 26

27 Analogia UDP 27 UDP = Correios Você envia pacotes em cartas destinadas a um endereço; A maioria das cartas chega mas algumas podem ser perdidas no caminho; As cartas provavelmente chegarão na ordem em que foram enviadas mas não há garantias; Quanto mais distante você estiver do destinatário, aumenta a chance das cartas chegarem fora de ordem ou serem perdidas; Você pode acordar em numerar as cartas e o destinatário lhe escrever solicitando aquelas que não recebeu.

28 28 E/S no Unix Sockets: Comunicação sem Conexão

29 E/S no Unix Sockets: Comunicação Orientada a Conexão O endereçamento explícito do PCE remoto nas chamadas send/receive pode ser eliminado através da chamada connect que realiza o bind do LCE com o PCE remoto antes de iniciar a transferência de dados; O cliente envia um connect ao servidor que aceita a comunicação através da chamada accept e assim estabelece uma conexão com o cliente. 29

30 E/S no Unix Etapas de Utilização: Servidor 1. Cria o socket; 2. Realiza o bind do socket com uma porta; 3. Escuta no socket até que alguém se comunique através dele; 4. Aceita a comunicação; 5. Realiza a comunicação através de comandos read e write; 6. Encerra a comunicação. 30

31 E/S no Unix Sockets: Comunicação Orientada a Conexão 31

32 E/S no Unix Implementação Implementada por um conjunto de drivers de dispositivos; O driver isola o restante do sistema das idiossincrasias do hardware; Quando o usuário acessa um arquivo especial, o sistema de arquivos determina os números do dispositivo principal e secundário associados; O número principal é usado para indexar uma entre duas tabelas internas: Bdevsw : para arquivos especiais de bloco Cdevsw : para arquivos especiais a caractere 32

33 E/S no Unix Tabela cdevsw Cada linha se refere a um único dispositivo de E/S (um único driver); Colunas representam as funções que todos drivers de caractere devem suportar. 33

34 E/S no Unix Tabela cdevsw Alguns campos típicos da tabela cdevsw 34

35 E/S no Unix Implementação Dois componentes principais: Tratador de arquivos especiais de bloco Tratador de arquivos especiais de caractere 35

36 Tratador de Arquivos de Bloco 36 Objetivo: minimizar o acesso a disco; Unix mantêm uma cache de blocos (buffer cache) entre o disco e o sistema de arquivos; Blocos na cache são ligados por uma lista encadeada: Sempre que o bloco é acessado ele é movido para o início da lista; Quando um bloco tem de ser removido, aquele constante do final da lista é selecionado.

37 E/S no Unix Sistema de E/S 37