S.O.: Entrada salida, E/S, (Input Output I/O)lsub.org/itso/traspas/6.pdf · I Dispositivos virtuales (se los inventa el sistema operativo) I Texto o gr a cos I Conexi on, memoria

Entrada salida Controlador, driver, dispositivo Caracteres y bloques Bloqueante Interrupcion y polling Entrada salida programada (pio) DMA Northbridge/Southbridge Discos Relojes Ethernet Terminales Nombrado Buffering Copias

S.O.: Entrada salida, E/S, (Input Output I/O)

Gorka Guardiola

Laboratorio de Sistemas,Grupo de Sistemas y Comunicaciones,

URJC

27 de agosto de 2010

S.O.: Entrada salida, E/S, (Input Output I/O) Laboratorio de Sistemas, Grupo de Sistemas y Comunicaciones, URJC


(cc) 2008 Grupo de Sistemas y Comunicaciones.

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Comunicacion

I Procesos con el exteriorI red, discos duros, teclado

I Entre ellosI pipes, fifos

I Hacen falta protocolosI Tcp, lınea de comandos, mensajes en buses



Interfaces

I Controlador hw - Controlador sw (device driver) - Dispositivo(registros, memoria compartida)

I driver - Resto del sistema operativo

I Proceso - Interfaz del SO para el dispositivo



Caracteres y bloques

I bloqueI bloque, se comunica a bloques (leer y escribir)I si quiero escribir parte tengo que leer y luego escribirI discos duros, cdroms

I caracterI stream (flujo de comunicacion)I raton, teclado



Bloqueante

I si es bloqueante, leo, me quedo esperando hasta que hayrespuesta, si no es instantanea

I ¿si leo de un raton, me quedo bloqueado o devuelve el ultimo?

I A veces el dispositivo es bloqueante pero el interfaz no o alreves

I acceso exclusivo



Entrada salida programada (pio)

I mmio (memory mapped i/o)I Proyectada en memoriaI Comparte cables con el acceso a memoria

I pmio (port mapped i/o)I Bus separado, patas del procesadorI Puerto/direccion (donde en el otro habıa direcciones fısicas de

memoria)I Numero de puerto, indicando el dispositivoI Instrucciones especials (IN/OUT)



mmio

0xfeff0045

DISPOSITIVO

MEMORIACPU CONTROLADOR

Bus datos

Bus direcciones 0x00000000

0x00e00000

Registro 0x34 Registro 0x34

Direccionesde memoria

BRIDGE/



pmio

datos

DISPOSITIVO

MEMORIACPU CONTROLADOR

Registro 0x34

BRIDGE/

Bus datos

Bus direcciones

BUS de E/Spuerto/direcc.



DMA

I Desperdicio el procesador con PIO

I Si tengo que copiar 500 palabras son 500 instrucciones

I El dispositivo (o un controlador) toma el bus de memoria ycopia a la memoria directamente

I El procesador puede hacer otras cosas mientras (tira de lacache de instrucciones/datos)

I Para no bloquear durante mucho rato hay buffers en eldispositivo

I Aviso con una interrupcion (mejor) o en la propia memoria(por ejemplo USB), o PIO

I Tengo que tener cuidado condiciones de carrera (dispositivo ycpu accediendo a la memoria)



DMA

PIO

CPU Memoria

buffer

2

1

DMA

HD

duroDiscoControlador

del disco



Northbridge/Southbridge

I MCH, memory controller hub (antes Northbridge)

I ICH, I/O controller hub (antes Southbridge)









MCH/ICH



Interrupcion y polling

I Polling es espera activa comprobando un valor, mmio o pmio

I Ejemplo, busy flag

I Interrupcion, el dispositivo me interrumpe cuando tiene algopara el lector y el SO lo recoge, o despierta al proceso y se loda



Maestro esclavo (master slave)

I Quien controla el bus

I Un bus no es mas que un cable, uno puede usarlo el resto no

I Algunos usan tdm o cmda etc.

I A veces hay un arbitro (master) y otros arbitrados (slaves)esclavos

I Tambien se pueden negociar entre ellos cual se queda con elbus

I O negociar cual es el master



Discos

I Dispositivos de bloques

I Usan direccionados normales (LBA, bloques logicos), raros,

I otros usan direccionados vectoriales, ya mas raro (CHS,cylinder, head, sector)



Discos

I Antes exponıan la geometrıa (discos apilados con cabezas)

I Antes se optimizaba, algoritmo del ascensor etc.

I Ahora no tiene mucho sentido.

I Velocidad (de los magneticos) todavıa limitada por seeks(mover la cabeza)

I Dentro flash, caches, traduccion de direcciones (tambien hayde estado solido, flash)

I El hw de los discos esta optimizado para localidad temporal,leer junto lo que se escribe junto



Relojes

I Varios tipos

I Marca de tiempo, calculo de diferencias (rapido, precisa acorto plazo, profiling)

I Interrupcion de reloj (planificacion)

I Hora del dıa (precisa a largo plazo)

I Suele accederse a los valores por mmio.I Se pone una lista de alarmas y una interrupcion

I Cuando salta la interrupcion, saco la cabezaI Pongo una interrupcion para la nueva cabezaI Para dar de alta un nuevo timer meto un elemento, si va el

primero, cambio la interrupcion



Ethernet

I En unix no se expone como tal

I Tiene un anillo para mandar y recibir tramas (buffering), sw ya veces hw

I Pilas de protocolos unas encima de otras tcp/ip etc.

I En Unix al final hay sockets para el usuario (descriptores defichero con propiedades extra)



Terminales

I Dispositivos virtuales (se los inventa el sistema operativo)

I Texto o graficos

I Conexion, memoria (chan), red (ssh, telnet), serie

I Procesamiento



Procesamiento

I Procesamiento, ninguno (mando los caracteres y ya)

I eco (hago eco local para que el usuario lo vea)I disciplina de lınea, modos

I Crudo, mando y recibo sin intervernirI Cocinado, le dejo al usuario editar la lınea hasta que de al enter



Nombrado

I Mayor/minor Unix (major, asociado al driver, minor eldispositivo), mknod crea el fichero

I Path, un fichero directamente en Plan9 #c/cons



Buffering

I Desacoplo, mejor rendimiento, no hago esperar a losimplicados

I ejemplo buffering de pipes, buffering de youtube

I Audio, video etc.

I Si lleno el buffer, el escritor espera, si lo vacıo el lector espera

I Productor/Consumidor



Copias

I Evitar copyin, copyout

I aparecen en pilas de protocolos, pila tcp/ip, en discos (bufferde read, buffer de disco)

I Complicado con DMA (direcciones fısicas, tamanos de bloquefijos) y buffers de usuario, pequenos

I Necesito espacio para las cabeceras y no se cuales van a ser(trozos separados de memoria)

I cortocircuitar copias si se puede

I paso por referencia, anillo de paginas para el usuario,gather/scatter, iommu,


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