Sistemas de Entrada/Saída

Objetivos de Concepção
–
–
–
–
independência de codificação
independência do periférico
eficiência
gerenciamento padrão
aplicativos
interface de processo
KERNEL
gerenciador de dispositivo
(device driver)
hardware
interface de dispositivo
dispositivos
Gerenciamento de E/S




Entrada/Saída é responsável pelo
gerenciamento dos dispositivos
Um elemento de Entrada/Saída é
um dispositivo capaz de transferir
informações entre a memória de
um computador e um suporte
externo de informação
Um dispositivo de Entrada/Saída
é comumente chamado de
periférico
Tipos de Dispositivos de E/S
– dispositivos de bloco
– dispositivos de caracter
Gerenciamento de E/S


Processador e Dispositivos
executam assincronamente
Características de Dispositivos:
–
–
–
–
–
velocidade de tranferência
unidade de transferência
representação de dados
operações
condições de erro
Interfaces de Entrada/Saída

Controladores (device controllers)
são a parte do hardware que atua
como interface entre o
computador e os dispositivos
controlador
funções lógocas
(sinalização)
dispositivo
funções físicas
(transferência)
um controlador é um dispositivo
de comando adaptado a um dado
tipo de periférico
Interfaces de Entrada/Saída


Acesso Direto à Memória
(DMA - Direct Memory Access)
Canal de Entrada/Saída
– processador especializado de
entrada/saída
• acesso simultâneo entre processadores:
conflito
• resolução de conflitos:
dispositivo de acesso
• prioridade sobre barramento:
maior prioridade para o canal (eventos
externos) que para a UCP
Software de Entrada/Saída

Objetivos de Concepção
–
–
–
–
–
independência de dispositivo
uniformidade para nomes
manipulação de erros
transferência síncrona ou assíncrona
dispositivos compartilhados ou
dedicados
nível 4
Software de Aplicação
nível 3
Software de Sistema
(independente de dispositivo)
nível 2
Drivers de Dispositivos
nível 1
Manipuladores de Interrupções
Hardware
Buferização (buffering)
– técnica para antecipação de
transferências de entrada/saída
• diminui o chaveamento de processos
– transferência de entrada
• realizada para o Buffer de Entrada
– processos retiram dados do buffer de
entrada
– processos esperam se buffer de entrada
está vazio
– tranferência de saída
• realizada para o Buffer de Saída
– processos colocam dados no buffer de
saída
– processos esperam se buffer de saída está
cheio
Spooling
– técnica para permitir que
procedimentos de entrada/saída para
dispositivos não compartilháveis
possam ser realizados
simultaneamente
• transferências realizadas para meios
intermediários
• transferências para o dispositivo real
são realizadas por um processo
chamado de spooler
• redução na pressão da demanda para os
dispositivos não compartilháveis que
são usados pesadamente
– classes de spooling
• de entrada
• de saída
Spooling

Diagrama de Comunicação
Processo de
Usuário
Spooler
Proc. I/O
Manip.
Disco
Proc. I/O
Manip.
Disco
Proc. I/O
Manip.
Imp.
Buffer
Arquivo de
saída
Impressora
Drivers de Dispositivos
– manipulam as atividades
dependentes de dispositivos
– um driver de dispositivo manipula
um tipo ou classe de dispositivos
– fornecem uma interface padrão

Drivers de dispositivos do Unix
– dispositivos descritos por dois
números:
• o major: o tipo
• o minor: a instância
– manutenção de estruturas de dados
distintas para cada instância de
dispositivo
Drivers de Dispositivos

Organização
Processos
Interface de Processos
Kernel
tarefa
driver superior
fila
driver inferior
Hardware
Dispositivos
Dispositivo de E/S: Disco
– usuais para armazenamento
secundário
– características:
• alta taxa de fornecimento de dados
• transferência feita por bloco
• unidades de disco: removível e
não-removível
– organização:
• conjunto de superfícies:disco circular
coberto de material magnético
• cada superfície é dividida em trilhas:
aneis concêntricos
• cada trilha é dividida em setores: arco
de trilha, unidade mínima de
transferência
Dispositivo de E/S: Disco
• panela de discos é uma pilha de discos
organizada em cilindros: conjunto
alinhado de trilhas
– operações sobre disco através de
coordenadas radiais: x, y e z
– tempos para ler ou escrever:
• de busca: posicionar cabeça sobre o
cilindro
• de retardo rotacional:esperar pela
passagem do setor sobre a cabeça
• de transferência: transferir os dados de
um setor
– os tempos de busca e de retardo rotacional
são de latência
– o tempo de transferência é de largura de
banda
Dispositivo de E/S: Disco

Organização
seto
r
trilha
Panela de disco
Superfície de disco
Dispositivo de E/S: Disco
– fornecer a abstração de um disco
virtual que é um array linear de
setores
– fornecer transparência da estrutura
física
– diminuir o efeito dos tempos de
espera
– Técnicas disponíveis:
• transferência síncrona/assíncrona
• sobreposição de e/s e computação
• grandes objetos armazenados em áreas
contíguas
• espaço de swap entre centro e borda
• ordem de serviço de requisições:
FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK, C-LOOK