entrad y salid

7/25/2019 Entrad y Salid

1/16

Administracin de procesos de entrada salida

mediante interrupciones. Criterios.

Prioridades. Estructura de sistemas basados en

interrupciones

Jos Luis CAERO

Introduccin

! El sistema de entrada salida es la parte del S.O.

encargada de la gestin de los dispositivos de E/S.

! Es el encargado de atender los requisitos propios de

los dispositivos de E/S y ocuparse de que funcionen de

forma eficiente y confiable, al mismo tiempo de ocultar

los detalles especficos de cada uno y presentando una

abstraccin uniforme de las operaciones genricas de

E/S a las capas ms externas del sistema operativo y alos programas del usuario.

! Su planificacin deber ser cuidadosa cuando

manipule tareas concurrente de E/S.

Tipos de dispositivos externos de E/S

! De interacin con humanos: comunicacinentre el usuario y la computadora.

!De interacin con maquinas: posibilitan comu-nicacin con elementos del equipo. (drive de

soportes de almacenamiento masivos).

! De comunicacin: permiten la comunicacin

con dispositivos remotos.

Caracterticas de los dispositivos de E/S

! Existe una gran variedad de dispositivos E/S con gran

cantidad de mtodos de operacin.

!La velocidad de transferencia con estos dispositivos es

mucho menos que la que se tiene con la memoria o el

procesador.

!Los sistemas expertos tpicamente usan formatos de

datos y longitudes de palabra diferentes.


2/16

Estructura Interna de un Dispositivo Externo Mdulo de E/S

Este mdulo es el encargado del control de uno o

ms dispositivos externos, del intercambio de

datos entre estos dispositivos y la memoriaprincipal y/o los registros de la CPU.

Constituyndose de esta forma en la interfaz entre

la CPU y la memoria a travs del bus del sistema,

y la interfaz entre uno o ms dispositivosperifricos mediante enlaces de datos especficos.

Modelo Genrico de un Mdulo de E/S

!Control y temporizacin: la CPU puedecomunicarse con uno o ms dispositivos externos

en cualquier orden segn las necesidades de E/Sdel programa.

!Comunicacin con el procesador:Decodificacin de ordenes, el mdulo de E/S acepta

ordenes de la CPU que generalmente se envanutilizando lneas del bus de control.

Intercambio de datos por medio del bus de datos.Informacin de estado del mdulo de E/S, necesario por

ser los dispositivos lentos respecto de la CPU.Reconocimiento de direccin, permite que el mdulo

reconozca la direccin para cada uno de losperifricos.

Funciones del mdulo de E/S


3/16

!Comunicacin con los dispositivos externospara intercambiar ordenes, informacin del estado y

datos.

!Almacenamiento de datos en buffers, permiteadaptar la velocidad de transferencia desde y haciala memoria principal o la CPU respecto de losdispositivos perifricos.

!Deteccin de errores, es el responsable de detectare informar los errores a la CPU. (p.e. por efectos

mecnicos y elctricos en el funcionamiento deldispositivo).

Funciones del mdulo de E/S Diagrama de Bloques de un Mdulo de E/S

Registros de datos (buffer de E /S), que le permite adaptarvelocidades de transmisin

!Registro de ordenes:!De designacin de modo: p.e. entrada, o salida,algoritmo de chequeo de errores, etc.

!Operacionales de E/S: gobiernan la temporizacin y elmecanismo de las transferencias reales de datos, dandoacciones como activar/desactivar, leer y escribir.

!Registro de estado, brinda informacin hacia la CPU:preparado o no, buffer vacio o lleno, e indica erroresdetectados.

Componentes del mdulo de E/S

!El mdulo se conecta al resto de mquina por medio de un

un conjunto de lneas.

!Un modulo de E/S que se encarga de la mayora de losdetalles del procesamiento presentando a la CPU una

interfaz de alto nivel, se le denomina canal de E/S oprocesador de E/S; mientras que un mdulo que seabastante simple y requiera un control detallado normalmentese denomina controlador de E/S o controlador de dispositivo

Mdulo de Entrada - Salida


4/16

Tcnicas de comunicacin de E/S

!E/S programada: El procesador emite una orden de E/S

de parte de un proceso a un mdulo de E/S; el procesoespera a que termine la operacin antes de seguir.!E/S dirigida por interrupciones: El procesador emite unaorden de E/S de parte de un proceso, continua la ejecucinde otras instrucciones y es interrumpido por el mdulo de

E/S cuando este ha completado su trabajo. Durante estetiempo se consulta por el estado del mdulo de E/S,degradndose el rendimiento del sistema.!Acceso directo a memoria (DMA): se produce

intercambio de datos entre entre la memoria principal y unmdulo de E/S sin que participe el procesador principal. Elmdulo debe ser inteligente para reemplazar al procesador,permitindolo seguir trabajando mejorando el rendimientodel sistema, al no tener tiempos ociosos del procesador.

E/S programada

Desde el punto de vista de las rdenes:

Control: se utiliza para activar el perifrico e indicarleque hacer.

Test: se utiliza para comprobar las condiciones deestado asociadas con el mdulo de E/S y susperifricos.

Lectura: hace que el mdulo de E/S capte un dato de

un perifrico y lo site en un buffer interno

Escritura: hace que el mdulo de E/S tome un dato(byte o palabra) del bus de datos y posteriormente lotrasmita al perifrico

Desde el punto de vista de las instrucciones:

E/S programada

Las E/S asignadas en memoria, existe un nico espaciode direcciones para las posiciones de memoria y los dispo-sitivos de E/S. En este tipo de direccionamiento se necesitauna sola lnea de lectura y una sola lnea de escritura en el

bus

E/S aislada, el bus puede disponer de lneas de lectura yescritura en memoria junto con lneas para ordenes de

entrada y salida. En este caso, las lneas de rdenesespecifican si la direccin se refiere a una posicin dememoria o a un dispositivo de E/S. Puesto que el espacio

de direcciones de E/S esta aislado del de memoria.

E/S PROGRAMADA


5/16


6/16

E/S dirigidas por interrupciones

CPU

TECLADO

Mdulo de E/SRecibe orden

Procede a leer dato

Devuelveel dato


CPU

TECLADO

Mdulo de E/SRecibe orden

Procede a leer dato

Devuelve

el dato

Posiciona el dato


CPU

TECLADO

Mdulo de E/S

Posiciona el dato

Enva una interrupcin a

travs de la lnea de control



7/16

CPU

TECLADO

Mdulo de E/SCPU solicita

el dato


CPU

TECLADO

Mdulo de E/S

Sita el

dato en

el bus

de datos


Tcnicas para identificar el mdulo de E/S que solicitainterrupcin, y asignar prioridades.

!Mltiples lneas de interrupcin, al utilizar varias lneas, esprobable que a cada una se conecten varios mdulos de E/S, sedebe utilizar alguna de las restantes tcnicas.

!Consulta por software, cuando la CPU detecta unainterrupcin, se produce una bifurcacin a una rutina de serviciosde interrupcin que se encarga de consultar a cada mdulo de

E/S para determinar el mdulo que ha provocado la interrupcin,con la correspondiente consumo de tiempo.!Conexin en cadena, por hardware vectorizado. De losmdulos de E/S que proporciona, de hecho, una consultahardware.

!Arbitraje de bus vectorizado, slo un mdulo de E/S debedisponer del control del bus antes de poder activar la lnea depeticin de interrupcin. Al detectarla la CPU responde mediantela lnea de reconocimiento de interrupcin. Despus, el mduloque solicit la interrupcin sita su vector en las lneas de datos.

E/S mediante Acceso Directo a Memoria

La unidad de DMA es capaz de imitar a la CPU, tomando elcontrol del sistema E/S para transferir los datos con lamemoria por el bus del Sistema, hacindose cargo la unidady no la CPU.

El modulo DMA usa el bus slo cuando la CPU no lonecesita, o bien puede forzar a la CPU a que suspendatemporalmente su operacin, conocido como Robo de Ciclo


8/16


CPU DMAEnva una orden

Si se trata de una lectura o una escritura.

La direccin del dispositivo de E/S.

La posicin inicial de memoria.

El nmero de palabras a leer o escribir.


Todos los mdulos comparten el mismo bus del sistema

Se integran las funciones de DMA y de E/S


Todos los mdulos de E/S conectados a un mdulo de

DMA mediante un bus de E/S



9/16

Principios del software de E/S

! La idea bsica es organizar el software en capas, donde la de mas abajo

se ocupe de ocultar las caractersticas del hardware y las de ms arribapresenten una interfase amigable con el usuario.

! Su funcin es establecer la vinculacin entre los distintos mdulos pararealizar la transferencia de los datos en forma controlada

! El Sistema Operativo (SO), controla las Operaciones de E/S ya que:

Las interfaces del hardware requieren de un software complejopara controlarlo y usarlo.

Los Dispositivos Perifricos son recursos compartidos.

El SO provee una interfaz consistente, uniforme, y flexiblepara todos los dispositivos.

Estructura de capas

Los objetivos se logran de una forma comprensible y eficiente al

estructurar el software en cuatro capas:

! Manejadores de interrupciones

! Manejadores de dispositivos

! Software de sistema operativo independiente de los dispositivos

! Software a nivel usuario

Manejadores de interrupcin

! Las interrupciones deben ocultarse. La mejor manera de

ocultarlas es tener todos los procesos que comienzan una

E/S bloqueados hasta que termine y se haya producido unainterrupcin.

! Cuando ocurre una interrupcin, el procedimiento de la

interrupcin hace lo que tenga que hacer para desbloquear

el proceso que lo genero. Solamente debe generar un PAI

(pedido de atencin de interrupcin) a la CPU, cuando se a

completado la operacin de E/S.

Manejadores de dispositivos

Es un software formado por un conjunto de rutinas y

tablas que instalados forman parte del SO

Es un conjunto de programas que provee la interfase

entre el SO y un determinado dispositivo perifrico.

Sirven para ejecutar y controlar todas las operaciones de

E/S que se realizan sobre un perifrico determinado.


10/16

Software de E/S independiente del

Dispositivo

! La diferencia que hay entre drivers y software de E/S es elsistema al que estn subordinados.

! La funcin bsica es hacer funciones de E/S que son

comunes a todos los dispositivos y que proveen una

interfase uniforme al software del nivel de usuario.

! Este se encarga de mapear los nombres de dispositivos

simblicas y transformarlos en los nombres correctos del

driver, tambin se utiliza el Buffering.

Software de E/S del Espacio del Usuario

! Consiste en Bibliotecas Vinculadas

! Basado en dos procesos diferentes:

Procedimientos que lo nico que hacen es darle los

parmetros y llamar a uno rutina del S.O.

Sistema de SPOOLING (Sist. Multiprogramado) trata de

simular un perifrico en lnea mientras que no hay

disponibilidad en el mismo. Crea un proceso especial

DEAMON(Servidor de impresin). Para imprimir el

proceso genera primero un archivo con los datos que desea

imprimir y lo pone en el directorio de spooling. El

Deamon que es el nico que puede imprimir, imprime los

archivos que se encuentren el el directorio de spooling.

Capas del Software de E/S

(Pide una E/S)

Verificacin de Condiciones (Flags)

Manejo de Errores

PAI (Pedido de Atencin de Interrupcin)

Pedidos de E/S (Solicitudes)

Bloqueo

"

#

" Identificacin.Separacin

Proteccin""

"

printf()

Proceso del UsuarioComunicaciones de E/S

Funciones de E/S"

"

Armado de Registros lgicos

Asignacin/Desasignacin

BIBLIOTECA de Funciones de E/S:

(read(), write(), SVC10(),etc )

""

"

"

"

"

"

cuando se complet una E/S.

Ejecuta la Operacin de E/S solicitada por el Usuario

Fn de la operacin

de E/S

DEVICE DRIVER

(Independiente delDispositivo)

HANDLER del

Dispositivo

HANDLER deInterrupciones

HARDWARE

$

%

%

%

$

$

$

La transferencia de datos puede resultar:

! Exitosa: La informacin transferida llega exitosa a su

destino.! Falla parcial: la falla ocurre en la mitad de la

transferencia y el bloque de destino tiene informacin

erronea.

! Falla total: La falla ocurre lo suficientemente

temprano durante la transferencia de modo que el

bloque destino queda intacto.

! Interrupcin de E/S: Se produce una interrupcinvoluntaria o no para que se complete o no la operacin

en curso.


11/16

Proceso de inicializacin de E/S

! Es parte general de la E/S es parte del proceso general deinicializacin (Booteo o Cold Start) de la mquina que realiza elSO.

! Prepara una serie de tablas de Device Drivers.

! Genera 4 pasos a seguir:

! Reset

! Seleccin del modo de Operacin

! Inicializacin

! Estado listo para operar, cargandose el Registro de Estado.

Conceptos claves en el diseo de Software

! Independencia de los dispositivos: Los programas deberanpoder utilizarse sin la dependencia de un perifrico para su

ejecucin.

! Uniformidad de los nombres: deberan de ser una cadena o

un entero, y no depender del dispositivo.

! Manipulacin de errores: Deberan tratarse tan cerca del

hardware como sea posible. Si un controlador encuentra un

error debera corregirlo.! Transferencia sincrnica o asincrnica

! Dispositivos compartibles o dedicados

Funciones principales

! Definir las caracterstica Lgicas-Fsicas del dispositivo

que controla.

! Inicializar los Registros y el modo de funcionamiento en

el arranque (Booteo).

! Habilitar y deshabilitar el dispositivo para un dado

proceso.

! Controlar los accesos segn los permisos del usuario.

! Bloquear y desbloquear los datos durante la transferencia.

Tipos de Device Drivers

Existen dos tipos de device driver:

Block Device Driver: Los orientados a Bloques controlan losperifricos con accesos basados en una direccin de datos

compuestos por varios caracteres, o sea que, manipulanvarios bytes en una misma operacin.

Character Device Driver: controlan aquellos perifricos quetransmiten o reciben un solo caracter por vez en cadaoperacin.


12/16

Software de Entrada

La mayora de los sistemas ofrecen 2 modos

Orientado a caracteres (RAW)

Orientado a la lnea (COOKED)

Software de Salida

! Se utiliza un Buffer de Salida asociado a cada terminal

(Terminales RS-232-C )

! Se toman los caracteres uno a uno del espacio del usuario (

Terminal de Memoria Mapeada)

FIN

Diseo de Sistemas Operativos

En el diseo de SO para la administracin de E/S, hay

que tener bien claro cuales son los Objetivo de Diseo

y la estructura lgica de las funciones de E/S.


13/16


14/16


15/16

Buffer Doble

Esencialmente es lo mismo para las transferencias de salida, solo que se

almacenaran los datos del proceso usuario en estos buffer, y luego en algnmomento el dispositivo los leer

Permite la carga anticipada

mientras el proceso puede

estar leyendo el otro buffer,

as para dos lecturas

consecutivas del dispositivos

de E/S, aparentar para elproceso como accesos rpidos

a dicho dispositivo

& PRIMITIVAS de E/S del SISTEMA OPERATIVO

& Primitivas de E/S:& CHAR getc(); putc().& BLOCK read(); writwe().& USER control(); random(); seek();& FILE open(); close();& etc.& MAPPING de OPERACIONES de E/S:& MAPPING& S& OPERACIONES Y OPERACIONES& de ALTO S de BAJO& NIVEL C NIVEL& (abstractas) A& L& L& SW INDEPENDIENTE de Hardware + Device Driver& la CONFIGURACIN del& HW (ambiente de Ejecucin)

Principios del Software de E/S


MAPPING de NOMBRES de E/S:

MAPPING

NOMBRES DISPOSITIVOSREALES +

ABSTRACTOS DEVICE DRIVERS

1.Cada S.O. tiene su forma de hacer el mapping:2.Algunos requieren que el programador incorpore a los dispositivos cuandoescribe su programa.3.Otros requieren los servicios del SHELL para linkear el nombre de losdispositivos usados en el programa.4.Otros hacen la vinculacin dinmicamente a medida que los procesos enejecucin lo requieran.


HIGH LEVEL I/O ROUTINE ARGUMENTO: NDICE al Device Switch Tableread(), putc(), etc.

Compromiso entre eficiencia y Binding.Los programas del User no contienen llamadas directas al Driver delDispositivo ni la direccin al dispositivo

Programa

delUsuario CompiladorMapeaDevice

DescriptorArgumentoAddress

Name

DEVICE DEVICEDESCRIPTOR DRIVER Direccin real

del Disposit.Se reconfigura para un Modifica la DIRECCINnuevo dispositivo.

2do. Mtodo:

1er Mtodo:


16/16

Buffer Circular

Soportar una rfaga de lectura o escritura en algn dispositivo de E/S,

dando la sensacin para el usuario que este dispositivo es mas rpido.

Para el caso particular de la lectura

de un dispositivo de E/S, se posee una

serie de bferes, desde B1 hasta Bn

donde el dispositivo va cargando

datos en cada uno de estos siguiendo

un orden (por ejemplo desde B1 hasta

Bn); y el proceso usuario que hace uso

de este dispositivo, efecta una rfaga

de lecturas desde el ultimo buffer

cargado por el dispositivo de E/S, y

continua en orden inverso a la carga

que efecta dicho dispositivo.

entrad y salid

Documents