Gerenciamento de dispositivos de entrada e saída | Comunicação e Sincronismo entre Processos | Impasses

-> SO controla todos os dispositivos de E/S de um computador ele: deve emitir comandos para os dispositivos, tratar interrupções e erros; fornecer uma interface entre os dispositivos e o restante do sistema que seja simples e fácil de usar.

HARDWARE: duas categorias

Dispositivos baseados em bloco -> informações armazenadas em blocos de tamanho fixo cada um com seu próprio endereço. Cada bloco pode ser lido ou escrito independentemente de todos os outros.

Dispositivos de carácter -> aceita uma sequência de caracteres, sem se importar com a estrutura de blocos; não é endereçável e não possuem operações de busca.

-> Os dispositivos de E/S são formados por uma parte mecânica (dispositivo em si) é uma parte eletrônica (controlador de dispositivo) que se comunicam através de uma interface.

->SO gerencia utilizando drivers escrevendo/lendo nos/dos registradores/buffers para enviar comando ou saber o estado do dispositivo.

-> CPU se comunica com os registradores de controle:

->Porta cada registrador de controle possui o número de porta de E/S

->Mapeada na memória mapear os seus de controle do espaço de memória. Uso de linguagem de alto nível.

->Estratégia híbrida: buffers de dados de E/S mapeadas na memória e porta de entrada e saídas separadas para os registradores de controle.

MANEIRAS DE REALIZAR E/S

E/S programada -> processador executa o programa e tem controle sobre as operações de entrada e saída. Desvantagem CPU é ocupada o tempo todo, até que a E/S seja feita, CPU verifica continuamente se o dispositivo está pronto para aceitar outro caráter -> espera ocupada.

E/S orientada a interrupção -> A CPU passa a realizar outras tarefas escalonadas até que seja informada por dispositivo por meio de uma interrupção que está pronto para mais caracteres ou concluir sua tarefa.

E/S com uso de DMA -> DMA (acesso direto a memória) controladora do culto entrada programada ao invés da CPU reduz o número de interrupções. Desvantagem: a DMA é mais lenta que a CPU portanto pode atrasá-lo por estar usando barramento no momento que eu preciso usar o (roubo de ciclo).

Interrupções de E/S -> controlador de interrupções decide se: envia para CPU ou ignora no momento (dispositivos geram sinais de interrupções até serem atendidos).

Verifica-se existe interrupção -> caso não, busca próxima instrução.

Se sim -> suspende a execução do programa, salva o contexto, atualiza o PC e executa interrupção -> recarrega o contexto e continua o processo interrompido.

SOFTWARE

Drivers -> é um software que permite que o SO e um dispositivo se comuniquem um com o outro. Funcionam como um tradutor de informações para que os dispositivos funcione corretamente.

São gerenciados pelo kernel (núcleo) do SO; contém todo o código dependente do dispositivo; controlam o funcionamento dos dispositivos por meio de sequência de comandos escritos/lidos nos/dos registradores da controladora; Dispositivo diferente possuem drivers diferentes (classes de dispositivo podem ter o mesmo drive). São dinâmicamente carregados; Drivers defeituosos podem causar problemas no Kernel do SO.

Software de E/S independente do dispositivo -> executar as funções de entrada e saída comuns para todos os dispositivos de fornece uma interface uniforme para o software do usuário para permitir a inclusão de novos drivers sem a necessidade de alteração da camada de subsistemas de E/S.

Deve prover buffering (ajuste entre a velocidade e a quantidade de dados transferidos), reportar erros, proteger os dispositivos contra acessos indevidos e gerenciar acessos concorrentes.

TRANSFERÊNCIA DE DADOS

Síncrona (bloqueante) -> requer bloqueio até que os dados estejam prontos para transferência.

Asíncrona (não bloqueante) -> transferências acionadas por interrupões.

TIPOS DE DISPOSITIVOS

Compartilháveis -> podem ser utilizados por vários usuários ao mesmo tempo.

Dedicados -> podem ser utilizados por apenas 1 usuário por vez.

Ciclo de E/S

Processo faz pedido de E/S através de chamada de sistema -> Verifica-se se o pedido pode ser atendido imediatamente

Se sim: se os parâmetros estiverem corretos e os arquivos já estiverem no buffer (cache), os dados retornam ao processo e a E/S é concluída.

Se não: E/S é escalonada e o subsistema envia pedido para o Driver -> Driver processa o pedido, envia comandos para a controladora do dispositivo escrevendo nos seus registradores de controle -> Controladora monitora o dispositivo e gera uma interrupção quando E/S for concluída -> Rotina de tratamento de interrupções armazena os dados no buffer, sinaliza o driver que retorna da interrupção -> E/S concluída.

Discos -> Cada superfície dividida em trilhas. Cada trilha é dividida em blocos ou setores. Cilindo -> conjunto de trilhas com a mesma distância do eixo central.

Técnica para reduzir o tempo de acesso -> Entrelaçamento -> Setores são enumerados com um espaço entre eles.

Tssek = tempo para o movimento do braço até o cilindro

Tlatência = tempo para posicionar o setor na cabeça do disco

Ttransferência = transferencia dos dados

Tempo de acesso = Tseek + Tlatência + Ttransferência

ALGORITMOS DE ESCALONAMENTO NO DISCO

FCFS, SSF e elevador.

FCFS (FIFO) -> Atende as requisições na ordem que foram recebidas

SSF (posicionamento mais curto primeiro) -> Reduz o tempo de posicionamento. Problema: com um disco totalmente carregado, o braço tenderá a permanecer no meio do disco na maior parte do tempo, de modo que as requisições para os cilindos extremos terão de esperar e podem obter um serviço ruim. Eficiência