Gerencia De Dispositivos

GERENCIA DE DISPOSITIVOS

INTRODUÇÃO

A gerência de dispositivos de entrada e saída (E/S), é uma das funções de um sistema operacional. Sua implementação é estruturada através de camadas, onde existem camas de mais baixo nível e camadas superiores.

As camadas são divididas em dois grupos, onde o primeiro grupo visualiza os diversos tipos de dispositivos do sistema de um modo único (Fig. 1.a) enquanto o segundo é especifico para cada dispositivo(Fig. 1.b)

A diversidade dos dispositivos de E/S exige que o sistema operacional implemente uma camada chamada de subsistema de E/S, permitindo a comunicação dos processos com qualquer tipo de periférico.

Vamos examinar as diversas camadas que compõem a gerência de dispositivos de E/S, além dos conceitos envolvidos em cada nível. E no final do capítulo vamos falar sobre especificamente aos discos magnéticos, como desempenho e segurança de dados.

ACESSO AO SUBSISTEMA DE ENTRADA E SAÍDA

O Sistema operacional deve tornar as operações de E/S o mais simples possível para o usuário e suas aplicações. Para isso, o sistema possui um conjunto de rotinas de entrada e saída, que possibilita a comunicação com qualquer dispositivo que possa ser conectado, permitindo ao usuário realizar operações de entrada e saída, sem se preocupar com detalhes do dispositivo que está acessando.

(quando um usuário cria um arquivo em disco, não lhe interessa como é a formatação do disco, nem em que trilha ou setor o arquivo será gravado).

As operações de E/S devem ser realizadas através de system calls de entrada/saída, que são system calls responsáveis por chamar as rotinas de E/S do núcleo do sistema operacional. Um dos objetivos principais das system calls de E/S é simplificar a interface entre as aplicações e os dispositivos, eliminando a necessidade de duplicação de rotinas idênticas nos diversos aplicativos. (A fig. 2 ilustra a comunicação entre aplicação e dispositivos de maneira simplificada)

As operações de E/S podem ser classificadas conforme o seu sincronismo. Uma operação é dita síncrona quando o processo que realizou a operação fica aguardado no estado de espera pelo seu término. Uma operação é dita assíncrona quando o processo que realizou a operação não aguarda pelo seu termino e continua pronto para ser executado. Neste caso o sistema deve oferecer algum mecanismo de sinalização que avise que ao processo que a operação foi finalizada.

SUBSISTEMA DE ENTRADA E SAÍDA

O subsistema de entrada e saída é responsável por realizar as funções comuns a todos os tipos de dispositivos, ficando os aspectos de cada periférico como responsabilidade dos device drivers.

Cada dispositivo trabalha com unidades de informação de tamanhos diferentes, como caracteres os blocos. O subsistema de E/S é responsável por criar uma unidade lógica de transferência independente do dispositivo e repassá-la para os níveis superiores.

Alguns tratamentos de erros nas operações de E/S podem ser feitos neste nível.

O subsistema de E/S é responsável também por implementar todo um mecanismo de proteção de acesso aos dispositivos, verificando se o seu processo possui permissão para realizar a operação.

A bufferização é outro tarefa realizada por esse subsistema. Essa técnica permite reduzir o número de operações de E/S, utilizando uma área de memória intermediaria (buffer).

Uma das principais funções do subsistema de E/S é oferecer uma interface padronizada que permita a inclusão de novos drivers sem a necessidade de alteração da camada de subsistema de subsistema de E/S.

DEVICE DRIVERS

O device driver, ou somente driver, tem como função implementar a comunicação do subsistema de E/S com os dispositivos, através de controladores, os drivers tratam apenas dos seus aspectos particulares, diferente do subsistema de E/S que trata de funções ligadas a todos os dispositivos. (Fig. 3)

Normalmente, um sistema possui diferentes drives, que tem como função receber comandos gerais sobre acessos aos dispositivos e traduzi-los para comandos que o controlador possa entender e executar, Além disso o driver pode realizar outras funções, como a inicialização do dispositivo e seu gerenciamento.(Fig. 4)

CONTROLADORES

Os controladores são componentes de hardware responsáveis por manipular diretamente os dispositivos de E/S. O sistema operacional, mais exatamente o device driver, comunica-se com os dispositivos através dos controladores (fig. 5). Em geral o controlador pode ser uma placa independente conectada a um slot do computador ou implementada na mesma placa do processador.

O controlador possui memória e registradores próprios utilizados na execução de instruções enviadas pelo device driver.

DMA é um dispositivo de hardware que pode fazer parte do controlador ou ser um dispositivo independente. O uso da técnica de DMA evita que o processador fique ocupado com a transferência do bloco para a memória.

O padrão mais popular para a conexão de dispositivos a um computador é o SCSI ( Small Computer Systems Interface). Inicialmente utilizado em estações de trabalho RISC, o SCIS pode ser encontrado hoje em sistemas de computadores de todos os portes. O SCIS define padrões de hardware e software que permitem conectar ao sistema computacional dispositivos de fabricantes diferentes, desde que sigam o padrão estabelecido. Para que isso seja possível, deve-se configurar o sistema operacional com um driver SCIS e o hardware com um controlador SCIS, onde os periféricos são conectados.(Fig. 7)

DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA

Os dispositivos de entrada e saída são utilizados para permitir a comunicação entre o sistema operacional e o mundo externo.

Os dispositivos de entrada e saída podem ser classificados em duas categorias: dispositivos estruturados e dispositivos não estruturados.

- Os dispositivos estruturados(block devices) caracterizam-se por armazenar informações em blocos de tamanho fixo, possuindo cada qual um endereço que pode ser lido ou gravado de forma independente dos demais, e classifica-se