Gestión de entrada salida y planificación de discos

1. 公司
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Gestión De Entrada Y Salida
Preparado por:
Chirú, Luis
Mosquera, Armando
Valderrama, Alex
Vega, Eric

2. Introducción
Un aspecto confuso en los sistemas
operativos es la E/S , debido a la amplia
variedad de dispositivos, resulta difícil
desarrollar una solución general.
Para desarrollar una solución es necesario
conocer los dispositivos de E/S,
almacenamiento intermedio ,la E/S a disco….

3. Objetivos
Describir la organización del sistema
de E/S
Describir el manejo de E/S en los
sistemas operativos actuales.
Describir la caracterización de los
dispositivos de E/S.
Conocer interfaces de aplicación.

4. Clasificación de los dispositivos
de E/S
Dispositivos legibles por los humanos
Dispositivos legibles por la máquina
Dispositivos de comunicaciones

5. Diferencias entre dispositivos
de E/S
Velocidad de los datos
Aplicaciones
Complejidad del control
Unidad de transferencia
Representación de los datos
Condiciones de error

6. Velocidades de los dispositivos
de E/S
1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000 1E+09
Teclado
Ratón
Módem
Disco Flexible
Impresora Láser
Escaner
Disco Óptico
Ethernet
Disco Duro
Pantalla Gráfica
Ethernet de gigabit
Dispositivos de E/S típicos
Velocidad de datos en bps

7. Funciones de la E/S
Técnicas para realizar la E/S
Sin Interrupciones Con interrupciones
Transferencia de E/S a
memoria a través del
procesador
E/S Programada E/S dirigida por
interrupciones
Transferencia de E/S
directa a memoria
Acceso directo a
memoria (DMA)

8. Evolución de las funciones
de E/S
El procesador controla directamente los dispositivos
periféricos.
Se añade un controlador o módulo de E/S.
Igual que el punto 2, pero empleándose interrupciones.
El módulo recibe el control directo de la memoria.
Procesador separado con instrucciones de E/S
El módulo posee su propia memoria local

9. Acceso Directo A Memoria
Cuenta de Datos
Registro de
Dirección
Lógica de Control
Líneas de direcciones
Solicitud de DMA
Reconocimiento de DMA
Interrupción
Lectura
Escritura
Líneas de datos Registro de Datos
Funcionamiento del DMA

10. Acceso directo a Memoria
Lectura o grabación: Líneas de control
(procesador – modulo DMA)
Comunica dirección (líneas de dato)).
Comunica la ubicación de la lectura o
escritura (registro de dirección)
Comunica el número de palabras a leer
o escribir.

11. Ruptura por DMA e
interrupción
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Ciclo del
procesador
Leer
Instrucción
Decodificar
Instrucción
Leer
Operando
Ejecutar
instrucción
Almacenar
resultado
Interrupción
del proceso
Ciclo de Instrucción
Tiempo
Puntos de ruptura por DMA
Puntos de ruptura por
interrupción

12. Configuraciones posibles
de DMA
Procesador DMA E/S E/S Memoria
Procesador
E/S
E/S
DMA DMA
E/S
Memoria
…
DMA separada de bus sencillo
DMA integrada de bus sencillo

13. Configuraciones posibles
de DMA
Procesador MemoriaDMA
E/SE/SE/S
Bus del Sistema
Bus del E/S
Bus de E/S

14. Aspectos de Diseño
Objetivos del Diseño
Eficiencia
• La operaciones de E/S
constituyen un cuello de botella.
Generalidad
• Interés en la simplicidad y la
exención de errores.

15. Organización de E/S
Implica los siguientes niveles:
E/S Lógica
E/S con dispositivos
Planificación y control
Gestión de Directorios
Sistemas de Archivos
Organización física

16. Organización de la E/S.
Procesos de Usuario
E/S Lógica
E/S con
dispositivos
Planificación
y control
Hardware
Procesos de Usuario
Arquitectura de
comunicaciones
E/S con
dispositivos
Planificación
y control
Hardware
Procesos de Usuario
Gestión de directorios
E/S con dispositivos
Planificación y control
Hardware
Sistema de Archivos
Organización física
Periférico Local Puerto de Comunicaciones Sistemas de Archivos

17. Almacenamiento
intermedio de la E/S
(Buffering) Consiste en llevar a cabo
transferencias de E/S por adelantado a
las peticiones.
Para su estudio se diferencian:
Dispositivos Orientados a bloques
Dispositivos Orientados flujo

18. Memoria Intermedia
Sencilla
• Para la operación de E/S se le asigna
espacio de la memoria principal.
Doble
• Se asigna a la operación 2
almacenes intermedios.
Circular
• Se usan más de dos almacenes de
memoria intermedia.

19. Esquemas de
Almacenamiento Intermedio
Dispositivos de
E/S
Dispositivos de
E/S
Sistema Operativo
Sistema Operativo
Proceso de Usuario
Proceso de Usuario
Entrar
Entrar Mover
Sin Almacenamiento Intermedio
Almacenamiento Intermedio Sencillo

20. Esquemas de
Almacenamiento Intermedio
Dispositivos de
E/S
Dispositivos de
E/S
Sistema Operativo
Sistema Operativo
Proceso de Usuario
Proceso de Usuario
Entrar
Entrar Mover
Almacenamiento Intermedio Doble
Almacenamiento Intermedio Circular
Mover

21. Parámetros De Rendimiento
Del Disco
Tiempo de búsqueda
Retardo de giro
Tiempo de transferencia
Comparación de tiempos

22. Políticas De Planificación Del
Disco
Prioridad
Último en entrar, primero en salir
Primero el tiempo de servicio más
corto
SCAN
C-SCAN
SCAN de N pasos y FSCAN

23. Algoritmos de planificación
de Disco
Selección en función del Demandante
Comentarios
RSS Para análisis y simulación
FIFO El más justo de todos
PRI El Control se lleva fuera de la gestión
de la cola del disco.
LIFO Maximiza el uso de recursos y
cercanía.

24. Algoritmos de planificación
de Disco
Selección en función del elemento
solicitado
Comentarios
SSTF Gran aprovechamiento y colas
pequeñas
SCAN Mejor distribución del servicio
C-SCAN Menor variabilidad en el servicio
SCAN de N Pasos Garantía del servicio
FSCAN Sensible a la carga

25. RAID
(Vector redundantes de discos
independientes)
Maneja niveles de 0 a 6.
RAID es un conjunto de unidades
físicas.
Los datos están distribuidos en las
unidades físicas del vector.

26. RAID nivel 0
Categoría Nivel Descripción Tasa
petición E/S
Tasa de
transferencia
Aplicaciones
Normales
Bandas 0 No redundante Grandes
distribuciones
: Excelente
Distribuciones
pequeñas:
Excelente
Aplicaciones
que requieren
alto
rendimiento
para datos no
críticos.
Raid 0 para alta capacidad de transferencia de
datos
RAID 0 para alta velocidad de solicitudes de
E/S

27. RAID nivel 1
Categoría Nivel Descripción Tasa
petición E/S
Tasa de
transferencia
Aplicaciones
Normales
Espejo 1 Copia espejo Bueno/Justo Justo/justo Controladores
del sistema;
Archivos
críticos
Introduce la redundancia mediante el calculo
de paridad.
Desventaja: El Coste (2 veces mas espacio en
disco)
Ventaja: La recuperación a un fallo es sencilla.

28. RAID nivel 2
Categoría Nivel Descripción Tasa
petición E/S
Tasa de
transferencia
Aplicaciones
Normales
Acceso
Paralelo
2 Redundancia
por código
Hamming
Pobre Excelente
Introduce la técnica de acceso paralelo.
Aunque usa menos discos ; el coste es todavía
alto.
Solo es eficiente cuando se producen muchos
errores en disco.

29. RAID nivel 3
Categoría Nivel Descripción Tasa
petición E/S
Tasa de
transferencia
Aplicaciones
Normales
Acceso
Paralelo
3 Paridad con
intercalación
de bits
Pobre Excelente Solicitud de E/S
de gran tamaño
en aplicaciones
tales como
imágenes CAD.
Solo posee un disco redundante
Puede conseguir una tasa de transferencia de
datos muy alta.

30. RAID nivel 4
Categoría Nivel Descripción Tasa
petición E/S
Tasa de
transferencia
Aplicaciones
Normales
Acceso
independi
ente
4 Paridad con
intercalación
de bloques
Excelente/Ju
sto
Justo/Pobre .
Utiliza la división de datos.
Usa la técnica de acceso independiente.
Implica la penalización de escritura.

31. RAID nivel 5
Categoría Nivel Descripción Tasa
petición E/S
Tasa de
transferencia
Aplicaciones
Normales
Acceso
independi
ente
5 Paridad con
intercalación
distribuida de
bloques
Excelente/Ju
sto
Justo/Pobre Alta tasa de
solicitudes ,
lectura
intensiva,
búsqueda de
datos.
Distribuye las bandas de paridad a través de
todos los discos.
Con esto se evita el potencial cuello de botella
del RAID 4

32. RAID nivel 6
Categoría Nivel Descripción Tasa
petición E/S
Tasa de
transferencia
Aplicaciones
Normales
Acceso
independi
ente
6 Paridad con
intercalación
doblemente
distribuida de
bloques
Excelente/po
bre
Justo/Pobre Aplicaciones que
requieren una
disponibilidad
extremadamente
alta
Se realizan dos cálculos distintos de paridad
Se almacenan bloques independientes de
diferentes discos.

33. Niveles de RAID

34. Niveles De RAID

35. Cache de Disco
Consideraciones sobre el diseño
Cuando una solicitud E/S se satisface ,
los datos de la misma deben
entregarse al proceso que los solicito.
Estrategia de reemplazo

36. Estrategias de reemplazo
LRU(Usado menos recientemente)
Reemplaza el bloque que ha permanecido sin
referencia en la cache durante más tiempo
LFU(Usado menos frecuentemente)
Sustituye el bloque de la cache que ha sufrido
menos número de referencias

37. E/S en UNIX
Cada dispositivo de E/S tiene asociado
un archivo especial.
En UNIX hay dos tipos de
entrada/Salida:
E/S amortiguada
E/S no amortiguada

38. E/S En UNIX
Subsistema de Archivos
Cache de buffers
BloqueCarácter
Gestor del dispositivo
Estructura de la E/S en UNIX

39. Cache de Buffer
Para administrar la caché de buffers se
van a mantener tres listas:
Listas Libres
Listas de dispositivos
Cola del gestor de entrada /salida

40. E/S en UNIX
La cola de carácter es apropiado usar para:
Terminales e impresoras.
UNIX reconoce estos tipos de dispositivos:
Unidades de disco y cinta
Terminales
Líneas de comunicación
Impresoras

41. E/S En Windows
Módulos Básicos De E/S
Gestor de Caché
Controladores de sistema
de archivos
Controladores de red
Controladores de
dispositivos de hardware
Gestor de E/S

42. E/S Asincrónica y
Sincrónica
4 técnicas para finalización de E/S
Señalizar un objeto dispositivo del
núcleo.
Señalizar un objeto suceso del
núcleo.
E/S alertable
Puertos de finalización de E/S

43. Software RAID
Windows soporta dos clases de
configuraciones RAID
RAID de software
RAID de Hardware

44. Conclusiones
La interfaz de un sistema con el mundo
exterior es la arquitectura de E/S.
La E/S se divide en 2 niveles: funciones
físicas y lógicas.
Un aspecto importante en el diseño de SO
es la planificación de disco para poder
satisfacer las necesidades de rendimiento.

45. Bibliografía
Stallings , Williams
Sistemas Operativos. Principios de diseño e
interioridades
Prentice Hall, Pearson Educación, S.A.
4ta Edición
Madrid, 2001. Págs.: 800