SO-10 Entrada e Saída: Software

Sistemas de Entrada/Saída

Princípios de Software

 Princípios de Software
 Tratadores (Manipuladores) de Interrupções
 Acionadores de Dispositivos (Device Drivers)
 Subsistema de E/S
 Operações de E/S
 Ciclo de Operações em uma Requisição de E/S
 Desempenho dos Sistemas de E/S

Eduardo Nicola F. Zagari
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Sistemas Operacionais -Entrada e Saída

 Conceito chave:
o software de E/S deve buscar independência do dispositivo

 Características/objetivos importantes:
 Uniformidade de nome para os dispositivos (strings/inteiros)
 Manipulação de erros (devem ser feitas o mais próximo possível do
hardware)
 Transferências síncronas (bloqueantes) e assíncronas
(manipuladas por interrupção)
 Dispositivos compartilhados ou dedicados (possibilidade de
deadlock)

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Processos

Operações de E/S Independente do
dispositivo
Software

Subsistema de E/S

Device Drivers
Manipuladores
de Interrupção
Controladores Dependente do
Hardware

dispositivo

Dispositivos

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 São eventos “complicados” de se tratar. Assim, devem ser
tratadas por uma pequena parte (parte especíﬁca) do SO
 Uma forma de tratá-las isoladamente é bloquear os processos que
estiverem aguardando operações de E/S até uma interrupção de
“operação completada”
 A rotina de tratamento desta interrupção libera o processo
bloqueado (UP em um semáforo, SIGNAL em um monitor ou envio
de uma mensagem)

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 Todo código dependente do dispositivo se concentra do
acionador (driver) do dispositivo
 Cada acionador manipula um dispositivo ou uma classe de
dispositivos semelhantes
 Acionadores para:
 ﬁta magnética,
 rede,
 terminais etc
 Função:

receber comandos gerais (abstratos) sobre acessos aos dispositivos
e traduzi-los para comandos específicos (executados pelos controladores)

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 O acionador é a parte do SO que reconhece o hardware, ou
seja, sabe quantos registradores um controlador possui, para
que eles servem, como são utilizados e quais são seus
comandos.
 Devido a dependência entre os acionadores e as chamadas de
sistema (system calls), os fabricantes desenvolvem, para um
mesmo dispositivo, diferentes acionadores, um para cada SO.
 Dispositivo adicionado ⇒ acionador deve ser acoplado ao kernel do
SO

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 Exemplo: leitura de um dado (bloco) em um disco
disco
System Call Ler bloco n Acionador Ler bloco no Controlador
E/S de disco Disco X, Cilindro Y, de disco disco
Trilha W, Setor Z disco

 Se acionador estiver desocupado, a requisição é aceita, caso
contrário, ele a põe em uma ﬁla de requisições pendentes
 Transcreve a requisição abstrata em ações concretas
(comandos). Por exemplo, para um disk driver:
 informar onde o bloco se encontra no disco
 veriﬁcar se o motor do driver está girando
 determinar se o braço está no cilindro apropriado etc

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 Decididas quais operações realizar e em que ordem, o acionador
escreve os comandos nos registradores do controlador
 Alguns controladores aceitam apenas um comando por vez, outros
aceitam uma lista deles.
 Após o(s) comando(s) ter(em) sido(s) emitido(s), podem ocorrer
duas situações
 o acionador deve se bloquear até que a operação seja completada
(requisição bloqueante)
– no caso da operação ser lenta (envolvendo movimentos
mecânicos, como no nosso exemplo)
 acionador deve aguardar, no caso de operações rápidas
– por exemplo, o deslocamento da tela em terminais requer
apenas a escrita de um poucos bytes nos registradores do
controlador (microssegundos)

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 Se for o caso, uma vez completada a operação, o controlador
gera uma interrupção que ativa o acionador
 O acionador veriﬁca a ocorrência de erros
 Se tudo estiver correto, ele passa as informações (dados lidos)
para a camada superior (Subsistema de E/S)
 Finalmente, ele retorna as informações de situação de erro
(status)
 Caso haja, pega a próxima requisição; caso contrário, aguarda
pela próxima...

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 É o Software no Nível do Usuário
 A maior parte do software de E/S está embutida no SO
(subsistema de E/S)
 Uma pequena porção consiste em rotinas de bibliotecas, ligadas
junto com os programas de usuários (ou mesmo em programas
inteiros rodando fora do núcleo)
 Chamadas de sistema, incluindo as de E/S, são normalmente
feitas por procedimentos de bibliotecas, como as oferecidas
pelas linguagens de programação C, Pascal etc

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 Por isto que os comandos de E/S nestas linguagens independem
do ambiente operacional onde se está trabalhando.
 Por exemplo:

bytes_lidos = fread(buffer, tam_item, n_itens, arquivo);

– o procedimento fread será ligado com o programa (ﬁca
contido no código binário presente no espaço do usuário)
– antes de efetuar a chamada de sistema, este procedimento
coloca seus parâmetros nas posições de memória
apropriadas

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 Outro exemplo:
– formatação de entradas e saídas são feitas por
procedimentos da biblioteca de E/S padrão:
» printf,
» gets etc

Estas porções do código, que rodam como parte dos programas
do usuário, são parte do Sistema de E/S

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 Nem todo software de E/S consiste de procedimentos de
bibliotecas
 Por exemplo, Sistemas de SPOOLING (Simultaneous Peripheral
Operation On-Line)
 Spooling: modo de negociação com os dispositivos dedicados de E/
S em sistemas multiprogramados
 Exemplo: impressora
– Processo abre o arquivo especial da impressora
– Mantém arquivo aberto por horas, sem usá-lo
– Ninguém mais imprime nada...

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 Técnica de Spooling
– Cria-se um processo especial, denominado daemon
(servidor), e um diretório especial, chamado diretório de
spool (spooling directory)
– Processo envia arquivo para daemon (isto é, copia o arquivo
no diretório de spool)
– Daemon, que é o único processo que tem permissão para
usar o arquivo especial associado à impressora, transfere os
arquivos do diretório de spool para impressora, um a um
 Spooling também é usado em outras situações (p. ex., em
transferência de mensagens de correio eletrônico)

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 Desempenho do Sistema de E/S afeta diretamente o
desempenho global do sistema:
 Uso da CPU na execução do código do acionador do dispositivo
 Mudanças de contexto devido às interrupções
 Sobrecarga do barramento da memória durante as cópias de dados
 Um exemplo: o “custo” do tráfego de um caracter pela rede

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 Melhorando o desempenho:
 Reduzir o número de mudanças de contexto
 Reduzir o número de cópias de dados entre controlador, núcleo e
processo
 Reduzir a freqüência de interrupções usando grandes
transferências, controladores inteligentes e polling (quando viável)
 Usar DMA para aumentar o “paralelismo”
 Usar CPU, memória, barramento e dispositivos de E/S de forma
balanceada, para evitar gargalos

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