SO Mod04 Gerencia Dispositivos

07/10/2013

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Cap. 12 Gerncia de Dispositivos 1

Sistemas Operacionais

Captulo 12 Gerncia de Dispositivos

Baseado no Livro e Material de Apoio de Arquitetura de Sistemas Operacionais

3 edio - LTC - 2004 Francis Berenger Machado

Luiz Paulo Maia


Sumrio

Introduo

Acesso ao Subsistema de Entrada e Sada

Subsistema de Entrada e Sada

Device Driver

Controladores

Dispositivos de Entrada e Sada

Discos Magnticos

Desempenho, Redundncia e Proteo de Dados

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Introduo O SO formado por um conjunto de

rotinas que oferece servios aos usurios e

s suas aplicaes (Kernel).

A Gerncia de Dispositivos de Entrada/Sada uma das mais complexas

funes do SO e sua implementao

estruturada atravs de camadas.

A diversidade dos tipos de E/S exige que o SO implemente uma camada chamada de

Subsistema de E/S, com a funo de isolar

a complexibilidade dos dispositivos da

chamada de sistemas de arquivos e da

aplicao, possibilitando ao sistema

manter sua flexibilidade.

As camadas so divididas em dois grupos:

O primeiro visualiza os diversos tipos de dispositivos do sistema de um

modo nico;

O segundo especfico para cada dispositivo

Controladores

Dispositivos de E/ S

Processo

Sistema de Arquivos

Device Drivers

Subsistema de E/ S

Operaes de E/ S

Mo

do

Usu

rio

Mo

do

Ke

rne

l

Independentedo dispositivo

(a)

Dependentedo dispositivo

(b)

SO

FT

WA

RE

HA

RD

WA

RE


Acesso ao Subsistema de E/S

Device drivers

Dispositivos de E/ S

Comandosde E/ S

Rotinas de E/ S

System calls de E/ S

Aplicao

Bibliotecas

O SO possui um conjunto de rotinas que torna possvel a comunicao com qualquer dispositivo que possa ser conectado ao computador. Essas rotinas so denominadas de Rotinas de Entrada/Sada e fazem parte do Subsistema de E/S.

As operaes de E/S so realizadas atravs de System Calls que chamam as rotina de E/S do ncleo do SO.

Dessa forma, possvel escrever um programa que manipule arquivos, estejam eles em disquetes, discos rgidos, CDs, fitas magnticas, sem ter que alterar o cdigo para cada tipo de dispositivo.

As System Calls responsveis pois essa comunicao so chamadas de System Calls de Entrada/Sada, e um de seus objetivos simplificar a interface entre as aplicaes e os dispositivos.

Operaes de E/S

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Subsistema de E/S

Responsvel por realizar as funes comuns a todos os tipos de dispositivos, ficando os aspectos

especficos de cada perifrico como

responsabilidade dos device drivers

Criar uma unidade lgica de transferncia independente do dispositivo

Tratamento de erros nas operaes de E/S

Mecanismo de proteo de acesso aos dispositivos

Bufferizao

Interface padronizada com os device drivers


Device Drivers

Processo

Driver deImpressora

Subsistema de E/ S

Driver deDisco

Driver deFita

O Device Driver ou somente Driver, tem como funo implementar a comunicao do subsistema de E/S com os dispositivos atravs de Controladores.

Os Drivers recebem os comandos gerais sobre os acessos aos dispositivos e traduz para comandos especficos que podero ser acessados pelas funes do Controladores e com isso ele possa entend-las e execut-las.

Cada driver manipula um tipo de dispositivo ou grupo de dispositivos semelhantes e normalmente o SO possui diferentes drivers para cada recurso computacional.

Devido ao grau de dependncia entre os drivers e o restante do Ncleo do SO, os fabricantes desenvolvem para um mesmo dispositivo, diferentes drivers cada um para um SO.

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Device Drivers

Driver de disco

Rotinade E/ S

Driverde Disco

Controladorde Disco

Ler bloco n Ler setor x

Discos


Controladores

MemriaPrincipal

UCP

Controladorde

Impressora

Controladorde

Disco

Controladorde

Fita

Impressora Disco Fita

So componentes de hardware responsveis por manipular diretamente os dispositivos de E/S.

O Driver comunica-se com os dispositivos atravs dos Controladores.

Ele pode ser uma placa independente conectada a um slot do computador ou implementada na mesma placa do processador.

O Controlador possui memria e registradores prprios.

So utilizados na execuo de instrues enviadas pelo Driver. Em operaes de leitura, armazena em seu buffer interno, uma seqncia de bits provenientes driver at formar um bloco. Aps verificar se no bloco existem erros, transferido para um buffer de E/S na Memria Principal.

A transferncia do bloco para o buffer pode ser realizado por um controlador de DMA.

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Controladores Tcnica de DMA

UCP

Controlador de DMA

Registradores

Buffer

Memria

Principal

Buffer de E/S

Controlador de

Disco

Disco

1

2

3

4

DMA (Direct Memory Acess ou Acesso Direto a Memria), permite que certos dispositivos de hardware acessem a memria para leitura e gravao independentemente.

A tcnica de DMA evita que o processador fique ocupado com a transferncia do bloco para a memria. Pode fazer parte do Controlador ou ser independente.

Exemplos: Controladores de Disco, placas de rede e som. Uma transferncia por DMA copia um bloco de memria de uma dispositivo

para o outro. A UCP inicia a transferncia, mas no a executa.

Alguns padres de Conexo:

SCSI (Small Computer Systens Interface); IDE (Integrated Drive Electronics) ou ATA (Advanced Techology Attachment).

SATA, tecnologias de transferncia

de dados

em srie.


Controladores

Controlador SCSI

Dis

po

sitivos

SC

SI

UCP

MemriaPrincipal

Dis

po

sitivos

no

-SC

SI

- Discpositivos de E/S padro SCSI

- 1 + 7 Dispositivos

- Alta velocidade

Discos SCSI:

- rotao: 16 500 rpm

- capacidade: 36 Gbs

- transferncia de 5 a 80 Mbs

chegando a 320 Mbs

- Alto custo

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Dispositivos de E/S

Os dispositivos de E/S so utilizados para permitir a comunicao entre o sistema computacional e o

mundo externo: CD-ROM, teclado e mouse,

impressoras e CD-RW

Duas categorias: dispositivos estruturados e dispositivos no-estruturados.


Dispositivos de E/S

Em funo da forma com que os dados so armazenados, so classificados em:

Dispositivos Estruturados: Armazenam as informaes em blocos de tamanho fixo possuindo cada qual um endereo que pode ser lido/gravado. Ex. Disco rgido.

Seus tipos: Acesso Direto: Quando um bloco pode ser recuperado

atravs de seu endereo.

Acesso Seqencial: Quando para se acessar um bloco, o dispositivo percorre seqencialmente os demais blocos.

Dispositivos no Estruturados: Enviam ou recebem uma seqncia de caracteres sem estar estruturado no formado de um bloco. Ex.: Terminais, impressoras, interfaces de rede.

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Discos Magnticos

Estrutura de um disco magntico


Cilindros

Mecanismo de Acesso

Braos de Acesso

Cabeas de Leitura/Gravao

Discos

Trilhas: Crculos Concntricos para armazenar dados como bits magnetizados.

Setores: Partes de uma trilha, tamanho fixo FBA

Trilha

Discos Magnticos - Caractersticas

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Discos Magnticos

Tempo de acesso

Entre os diversos dispositivos de E/S, os discos magnticos so o principal repositrio de dados.

O tempo utilizado pela leitura e gravao de dados em um disco est em funo de trs fatores:

Tempo de Seek: Tempo do posicionamento do cabeote de leitura/gravao.

Latncia Rotacional: Tempo de espera at que o setor desejado posicione sobre o mecanismo de leitura / gravao.

Tempo de Transferncia: Tempo necessrio para transferir o bloco da Memria Principal para o setor do disco.



Subsistema de discos:

Sistema Operacional

Sistema Operacional

Software RAID

Desempenho = Tempo Seek + Latncia

+ Tempo Transferncia.

Fatores que impactam:

Fragmentao dos Blocos de Dados; Velocidade da Rotao; Velocidade do Canal;

Na dcada de 80, os pesquisadores desenvolveram tcnicas de gerenciamento de disco para otimizar as operaes de E/S e implementar redundncia e proteo de Dados conhecidos como RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disk).

Uma caracterstica da tcnica de RAID a criao de um dispositivo virtual, o Array de Discos.

Consiste em um grupo de discos fsicos que so tratados pelo SO como um nico disco, trazendo mais capacidade de armazenamento, maior desempenho e confiabilidade nos dados armazenados.

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RAID 0 (Striping)

- distribui as operaes de E/S entre diversos discos fsicos visando aumento de desempenho;

- paralelismo nas operaes de leitura ou gravao;



RAID 1 (Espelhamento / Mirroring)

Que replica todo o contedo do disco principal, chamado de primrios em discos secundrios;

Discos Primrios

Discos Secundrios

ou espelahdos

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Desempenho, Redundncia e Proteo

de Dados

RAID 5 (Acesso Independente com Paridade Distribuda)

Distribui dados entre os discos do array e implementa redundncia baseada em paridade, requerendo espao adicional menor para ser implementada.

Paridade: Algortmo para recuperao de um disco danificado atravs das paridades dos outros discos.


Exerccios

1) Qual a funo do Subsistema de E/S para o SO?

2) Em qual aspecto, a System Calls importante no acesso ao Subsistema de E/S?

3) Diferencie Operaes Sncronas e Assncronas.

4) Descreva a funo dos Devices Drivers.

5) O Controlador responsvel por_______________ complete a frase.

6) A tcnica de DMA facilita em que a execuo dos Controladores?

7) No que consiste os Dispositivos Estruturados?

8) "O tempo utilizado pela leitura e gravao de dados em um disco est em funo de 3 fatores". Explique-os.

9) Como que a tecnologia RAID trabalha? Quais so?

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