IV-Gerenciamento de E/S

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Sistemas OperacionaisIV – GERENCIAMENTO DE E/S

1. Introdução2. Subsistema de Entrada e Saída3. Device Driver4. Controlador de Entrada e Saída5. Dispositivos de Entrada e Saída

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1. Introdução

Problema a ser

ResolvidoEntrada Saída

Computador:

Dispositivos de E/S

MouseMonitorTeclado

ModensPlaca de rede

Unidade de fitaUnidade de disco

Periféricos

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1. IntroduçãoA gerencia destes dispositivos é uma das principais e mais complexas do S.O.

Sua estrutura é em forma de camadas:

• Camadas de baixo nível: correspondem às características dos dispositivos.

• Camadas superiores: oferecem uma interface simples e confiável ao usuário e suas aplicações.

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1. IntroduçãoA camada Subsistema de E/S possui a função

de isolar a complexidade dos dispositivos físicos, permitindo ao S.O. a comunicação com qualquer tipo de periférico.

Device driver: é a camada que cuida dos aspectos de velocidade de operação, unidade de transferência, representação dos dados, tipo de operações, etc...• Oferece uma interface uniforme entre o

Subsistema de E/S todos os dispositivos

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1. IntroduçãoAs camadas são divididas em dois grupos:

• Independente do dispositivo: Visualiza os diversos tipos de dispositivos de modo único (é a maior parte);

• Dependente do dispositivo: Específica para cada dispositivo.

Estudaremos as diversas camadas de E/S bem como os conceitos envolvidos

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1. Introdução

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2. Subsistema de Entrada e SaídaEste subsistema isola a complexidade das

operações específicas da camada de sistema de arquivos e Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD) ou diretamente da aplicação, possibilitando a manipulação dos periféricos com mais simplicidade.

• Composição: Conjunto de rotinas que possibilitam a comunicação com qualquer dispositivo a ser conectado ao computador (rotinas de entrada e saída).

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Permite ao usuário atualizar as operações de E/S sem se preocupar cm detalhes do dispositivo acessado.

Exemplo: Acesso em disco. O usuário não se preocupa com a estrutura com que um arquivo está sendo gravado no disco.Esta operação é realizada através de rotinas de E/S, não importando se o acesso é em HD, disquete, pendrive, fita magnética

2. Subsistema de Entrada e Saída

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A estrutura de armazenamento dos dados depende do tipo de periférico envolvido:

• Armazenamento não Volátil: feito em dispositivos magnéticos ou ópticos. A organização é gerenciada pelo aplicativo.

• Armazenamento Volátil: Exemplo: Monitores de vídeo. As operações são ligadas diretamente à rotinas do S.O..

2. Subsistema de Entrada e Saída

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As chamadas ao subsistema de E/S podem ser feitas de duas formas:

• Chamada explícita: Chamada da rotina do S.O. diretamente do programa de alto nível.

• Chamada implícita: Uso de comandos de leitura/gravação e chamada à bibliotecas oferecidas por linguagem de alto nível.

2. Subsistema de Entrada e Saída

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Consequentemente, a comunicação entre a linguagem de alto nível e as rotinas do S.O. é feita simplesmente através de passagem de parâmetro.

O relacionamento entre o comando e a rotina do E/S é criado na geração do código executável.

2. Subsistema de Entrada e Saída

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As operações de E/S podem ser classificadas pelo sincronismo:

• Síncronas: O processo que inicializa a operação aguarda a finalização, permanecendo, portanto, em estado de espera. Ocorre com a maioria das linguagens de alto nível.

• Assíncrona: O processo que inicializou a operação continua a execução normalmente. Neste caso, o sistema oferece mecanismo de sinalização que avise o término da operação.

2. Subsistema de Entrada e Saída

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O Subsistema de E/S realiza funções comuns à todos os tipos de dispositivos, ficando os aspectos específicos para os device drivers. Portanto, este oferece uma interface uniforme às camadas superiores.

Cada dispositivo trabalha com unidades de informações diferentes tamanhos. O Subsistema de E/S cria uma unidade lógica de transferência Independente do dispositivo e repassa-o par os níveis superiores, sem conhecimento do conteúdo da informação.

2. Subsistema de Entrada e Saída

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Exemplo:Sendo a camada superior o sistema de arquivos. A informação é interpretada como um registro lógico de arquivo, obedecendo certa organização de acesso estabelecido

2. Subsistema de Entrada e Saída

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2. Subsistema de Entrada e SaídaTratamento de erros:• Normalmente é feito pelas camadas mais

próximas ao hardware.• Certos erros são tratados pelo sistema de

arquivos.Exemplo: gravação em dispositivos de entrada, leitura em dispositivos de saída, operações em dispositivos inexis-

tentes.

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2. Subsistema de Entrada e Saída

O Subsistema de E/S oferece proteção de acesso aos diversos dispositivos bem como a proteção aos usuários para acesso simultâneo.

Também utiliza técnicas de buffering para evitar excesso de acesso aos dispositivos de E/S. Desta forma, não só o dado chamado ocupa o buffer, mas o bloco de dados correspondente.

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2. Subsistema de Entrada e Saída

Uma das principais funções do Subsistema de E/S é criar uma interface padronizada com os device drivers.

Quando um novo dispositivo é instalado no computador, o subsistema de E/S oferece interface padronizada para permitir a inclusão de novos drivers sem a necessidade de alteração desta camada.

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3. Device Driver

• Recebe os comandos gerais ((abstrato) do Subsistema de E/S) Traduz para comandos específicos para que o controlador de dispositivo possa executá-lo.

• Também inicializa e gerencia o dispositivo.

Sua função é implementar a comunicação do subsistema E/S com os dispositivos através de seus controladores.

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3. Device Driver

Controla cada dispositivo ou dispositivos semelhantesReconhece a particularda-de dos dispositivos

Exemplo: Leitura síncrona.

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3. Device Driver

Recebe solicitação de leitura de um determinado bloco

Informa ao controlador: Cilindro, trilha e setor que o bloco se localiza

Durante a leitura, o processo que a solicitou permanece em espera. Finalizando a leitura, a CPU recebe a interrupção, através do controlador que ativa novamente o driver

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3. Device DriverApós verificar a inexistência de erros, o driver transfere as informações para a camada superior (subsistema).

Com os dados disponíveis, o processo é retirado do estado de espera e retorna ao estado de pronto para continuar executando.

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3. Device DriverOs device drivers fazem parte do núcleo do S.O., sendo porem escritos geralmente em Assembly, devendo ser cuidadosamente testados, pois operam em modo de segurança e podem comprometer o funcionamento do sistema.

Devido ao alto grau de dependência entre driver e o restante do S.O. é necessário o desenvolvimento de uma versão para cada um. Sua instalação é complexa e antigamente exigia-se reinicialização do sistema para compilar o S.O..

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4. Controlador de Entrada e SaídaControlador do hardware que manipula diretamente o dispositivos de E/S.

O S.O. (especificamente os drivers) comunicam-se com o dispositivo através dos controladores.

Pode ser Placa conectada ao slot Na mesma placa do processador

Possui memória e registradores próprios

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4. Controlador de Entrada e Saída

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4. Controlador de Entrada e SaídaEm sequência de leitura, armazena em buffer interno, uma sequência de bits, proveniente do dispositivo, até formar um bloco.

• Verificando a ocorrência de erro, o bloco pode ser transferido para um buffer de E/S na memória principal.Este processo pode ser controlado pela CPU ou por um controlador DMA (Direct Memory Access). O uso desta técnica evita a ocupação da CPU durante o processo de transferência.

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4. Controlador de Entrada e SaídaEm sequência de leitura, armazena em buffer interno, uma sequência de bits, proveniente do dispositivo, até formar um bloco.

• Verificando a ocorrência de erro, o bloco pode ser transferido para um buffer de E/S na memória principal.Este processo pode ser controlado pela CPU ou por um controlador DMA (Direct Memory Access). O uso desta técnica evita a ocupação da CPU durante o processo de transferência.

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4. Controlador de Entrada e SaídaPassos de leitura através do DMA.

CPU, através do driver, inicializa os registradores do controlador de DMA;

O DMA, solicita ao controlador de disco, a transferência do bloco de disco para o seu buffer interno;

Terminada a transferência, o controlador verifica a existência de erros, não havendo, O DMA transfere o bloco para o buffer de E/S da memória principal.

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4. Controlador de Entrada e Saída Buffer preenchido, DMA sinaliza uma

interrupção, avisando o processador que o bloco já se encontra na memória principal.

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5. Dispositivos de Entrada e Saída

Classificação:Entrada de dados:• Teclado• Mouse

Saída• Impressora• Monitor de vídeo

Entrada e Saída• Modens• Discos

TransferênciaOcorre através de blocos de informação por meio dos controladores dos dispositivos.De acordo com os dados armazenados nos dispositivos de E/S, estes podem ser classificados como:

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5. Dispositivos de Entrada e SaídaDispositivos estruturados (block devices)Armazena informações em blocos de

tamanho fixo, cada um com o seu endereço, podendo ser lido ou gravado de forma independente.

Exemplo: Discos magnéticos e ópticosQuanto ao acesso, podem ser classificados

como acesso direto e sequencial baseado na forma com que os blocos são acessados.

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• Acesso direto: um bloco pode ser recuperado diretamente através de um endereço.

Exemplo: disco magnético

• Acesso sequencial: para acessar um bloco, deve-se percorrer todos os blocos anteriormente sequencialmente.Exemplo: fita magnética

5. Dispositivos de Entrada e Saída

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5. Dispositivos de Entrada e Saída

Dispositivos não estruturados (character devices)

São os que enviam ou recebem caracteres não estruturados, não sendo endereçável, não permitindo operação de acesso direto.

Exemplo: Terminais, impressoras, interface de rede.

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