Estructuras de Datos para el manejo de dispositivos Dispositivos

Sistemas Operativos I

Estructuras de datos para el manejo de dispositivos, operaciones de E/S.

Prof. Ing. Víctor Hugo García Huerta

!E"#ES $E#%"&O!'# E'"%"(O

Ingeniería en #ecnologías de la Informaci)n * &omunicaciones

+to Semestre

Vespertino

ÍNDICE

-u es una estructura

0

Estructura simple o Sistema monolítico

0

Estructura por capas 1la*ers2

0

$uffering

3

Spooling

4

5anejadores de interrupci)n

+ +

5anejadores de dispositivos

7 Soft6are de E/S independiente del dispositivo 8 Operaciones de E/S :; $i9liografía

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¿QUÉ ES UNA ESTRUCTURA? aci)n * para ?ue puedan cumplir su funci)n correctamente.
ESTRUCTURA SIMPLE O SISTEMA MONOLÍTICO El sistema 5SA(OS es, sin duda, el mejor sistema operativo para microcomputadoras. Sin em9argo, sus interfaces * niveles de funcionalidad no est=n 9ien definidos. ada por la versi)n original de !"IC, esta consiste de dos partes separadas, el Dernel * los programas de sistemas. El Dernel fue posteriormente separado en manejadores 1drivers2 de dispositivos * una serie de interfaces. El Dernel provee el sistema de arcBivos, la programaci)n de &P!, el administrador de memoria * otras funciones del sistema operativo ?ue responden a las llamadas del sistema enunciadas anteriormente.

Es una forma de relacion entre el Dernel * el soft6are los sistemas operativos ?ue usaron este sistema fueron freed9sd, uni * linu.

ESTRUCTURA POR CAPAS (LAYERS) ado. Para dar  ma*or soporte al Bard6are, los sistemas operativos se dividieron en pe?ueFas partes.  %Bora los sistemas operativos tienen ma*or control so9re el Bard6are * las aplicaciones ?ue se ejecutan so9re este. aci)n de un sistema se puede presentar de varias formas, la m=s utili>ada es la de capas, la cual consiste en dividir al sistema operativo en un n@mero de capas. con el usuario. 3

aci)n del sistema operativo * una depuraci)n m=s f=cil de este.

Es una estructura organi>ada jer=r?uicamente cada una construidas de menor a ma*or. &ada capa se implementa solo utili>ando las operaciones provistas por la capa de nivel inferior. !na capa no necesita sa9er c)mo se implementan estas funciones, solo necesita sa9er ?ue operaciones puede reali>ar.
BUFFERING (uso de eo!"# "$%e!$#) #rata de mantener ocupados tanto la &P! como los dispositivos de E/S. ?ue los datos se Ban leído * la &P! va a iniciar  inmediatamente la operaci)n con ellos, el dispositivo de entrada es introducido para iniciar  inmediatamente la siguiente lectura. ar el proceso de los @ltimos datos leídos, mientras el dispositivo de entrada iniciara la lectura de los datos siguientes.

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SPOOLING Esta forma de procesamiento de denomina spooling, utili>a el disco como un 9uffer mu* grade para leer tan por delante como sea posi9le de los dispositivos de entrada * para almacenar los ficBeros Basta ?ue los dispositivos de salida sean capaces de aceptarlos. Es una característica utili>ada en la ma*oría de los sistemas operativos.


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M#$e&#do!es de "$%e!!u'"$. M#$e&#do!es de d"s'os"%"+os o d!"+e!s, So-%.#!e de E/S "$de'e$d"e$%e de 0os d"s'os"%"+os, Este soft6are est= formado por la parte de alto nivel de los manejadores, el gestor de cacBe, el gestor de 9lo?ues * el servidor de arcBivos. I$%e!-#1 de0 s"s%e# o'e!#%"+o.
El sistema operativo estructura el soft6are de gesti)n de E/S de esta forma para ofrecer a los usuarios una serie de servicios de E/S independientes de los dispositivos. Esta independencia implica ?ue de9en emplearse los mismos servicios * operaciones de E/S para leer datos de un dis?uete, de un disco duro, de un &(A'O5 o de un teclado.

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MANE2ADORES DE INTERRUPCI3N ?ue stos est=n listos para la transferencia de datos o 9ien Ban leído o escrito los datos de memoria principal en caso de acceso directo a memoria. Para tratar dicBa interrupci)n se ejecuta el correspondiente manejador de interrupci)n cu*o efecto es el de salvar los registros, comunicar el evento al manejador  del dispositivo * restaurar la ejecuci)n de un proceso 1?ue no tiene por ?u ser el interrumpido2.
MANE2ADORES DE DISPOSITI4OS &ada dispositivo de E/S, o cada clase de dispositivos, tiene un manejador asociado en el sistema operativo. Dicho manejador incluye: c)digo independiente del dispositivo para proporcionar al nivel superior del sistema operativo una interfa> de alto nivel * el c)digo dependiente del dispositivo necesario para programar el controlador del dispositivo a travs de sus registros * datos. enviada la petici)n al controlador, el manejador se 9lo?uea o no, dependiendo de la velocidad del dispositivo. Para los lentos 1discos2 se 9lo?uea esperando una interrupci)n. Para los r=pidos 1pantalla, discos '%5, etctera2 responde inmediatamente. (espus de reci9ir el fin de operaci)n, controla la eistencia de errores * devuelve al nivel superior el estado de terminaci)n de la operaci)n. Si tiene operaciones pendientes en la cola de peticiones,

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atiende a la siguiente, en caso de ?ue le to?ue ejecutar despus de la operaci)n de E/S. En caso contrario se 9lo?uea.

SOFT5ARE DE E/S INDEPENDIENTE DEL DISPOSITI4O uniforme. Internamente, en este nivel se proporciona acceso a nivel de 9lo?ues o caracteres, almacenamiento intermedio, gesti)n de los dispositivos, planificaci)n de la E/S * control de errores. El tamaFo de acceso a nivel de 9lo?ues se Bace usando tamaFos de 9lo?ue de acceso comunes para todo un sistema de arcBivos, lo ?ue permite ocultar ?ue cada dispositivo puede tener distinto tamaFo de sector * distinta geometría. Estos detalles ?uedan ocultos por la capa de soft6are in dependiente de dispositivo ?ue ofrece una interfa> so9re la 9ase de 9lo?ues l)gicos del sistema de arcBivos. , como el teclado, mientras otros tra9ajan con flujos de caracteres, como el modem o las redes. Para optimi>ar la E/S * para armoni>ar las peticiones de usuario, ?ue pueden ser de cual?uier tamaFo, con los 9lo?ues ?ue maneja el sistema de arcBivos, el soft6are de E/S proporciona almacenamiento intermedio en memoria del sistema operativo. Esta facilidad se usa para tres cosas   

Optimi>ar la E/S evitando accesos a los dispositivos. Ocultar las diferencias de velocidad con ?ue cada dispositivo * usuario manejan los datos. acilitar la implementaci)n de la sem=ntica de compartici)n, al eistir una copia @nica de los datos en memoria.

El sistema de E/S mantiene 9uffers en distintos componentes. Por ejemplo, en la parte del manejador del teclado independiente del dispositivo eiste un 9uffer para almacenar los caracteres ?ue teclea el usuario Basta ?ue se pueden entregar a los niveles superiores. Si se usa una línea serie para leer datos de un sistema remoto * almacenarlos en el disco, se puede usar un 9uffer para guardar temporalmente los datos Basta ?ue tengan una cierta entidad * sea renta9le escri9irlos a disco. Si se est= le*endo o escri9iendo un arcBivo, se guardan copias de los 9lo?ues en memoria para no tener ?ue acceder al disco si se vuelven a leer. tres servicios nom9rado, protecci)n * control de acceso.

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OPERACIONES DE E/S #anto en la E/S programada como la 9asada en interrupciones, la !&P de9e encargarse de la transferencia de datos una ve> ?ue sa9e ?ue Ba* datos disponi9les en el controlador. !na mejora importante para incrementar la concurrencia entre la !&P * la E/S consiste en ?ue el controlador del dispositivo se pueda encargar de efectuar la transferencia de datos, li9erando de este tra9ajo a la !&P, e interrumpir a la !&P s)lo cuando Ba*a terminado la operaci)n completa de EIS. Esta tcnica se denomina acceso directo a memoria 1DMA, Direct Memory Access2. &uando se utili>a acceso directo a memoria, es el controlador el ?ue se encarga directamente de transferir los datos entre el perifrico * la memoria principal, sin re?uerir  intervenci)n alguna por parte del procesador. Esta tcnica funciona de la siguiente manera cuando el procesador desea ?ue se imprima un 9lo?ue de datos, envía una orden al controlador indic=ndole la siguiente informaci)n •

T"'o de o'e!#"$6  lectura o escritura. Pe!"-7!"o "$+o0u!#do e$ 0# o'e!#"$,

•

L# d"!e"$ de eo!"#   desde la ?ue se va a leer o a la ?ue va a escri9ir  directamente con el controlador de dispositivo 1direcci)n2.

•

E0 $8e!o de 9:%es  a transferir 1contador2.

(onde el campo Operaci)n corresponde al c)digo de operaci)n de las instrucciones m=?uina normal. Especifica la operaci)n ?ue de9e reali>ar la &&.
Le%u!#6 el canal transfiere a memoria principal un 9lo?ue de pala9ras de tamaFo especificado en el campo nJ de pala9ras, en orden ascendente de direcciones, empe>ando en la direcci)n especificada en el campo direcci)n del dato.

Es!"%u!#6 el canal transfiere datos de memoria principal al dispositivo.
Co$%!o06 se utili>a esta orden para enviar instrucciones específicas al dispositivo de E/S, como re9o9inar una cinta magntica, etc.

B"-u!#"$6 cumple en el programa de canal la misma funci)n ?ue una instrucci)n de salto en un programa normal. El canal ejecuta las && en secuencia, salvo cuando aparece una && de este tipo, ?ue utili>a el campo direcci)n del dato como la direcci)n de la siguiente && a ejecutar. 8


I"I&IO L &O"#'O< (E an los programas de canal para reali>ar operaciones de E/S. Estos programas residen en la memoria principal del computador * se ejecutan en el canal. Vamos a eaminar aBora la forma en ?ue la &P! inicia * supervisa las operaciones de E/S, es decir, el programa de canal. En el I$5 S/07; eisten cuatro instrucciones m=?uina ?ue la &P! puede utili>ar para estos fines. Son las siguientes •

• • •

S#%'# I/O Inicia una operaci)n de E/S. El campo de direcci)n de la instrucci)n se emplea para especificar el canal * el dispositivo de E/S ?ue participa en la operaci)n. H%<# I/O inali>a la operaci)n del canal. #ES# &H%""E< Prue9a el estado del canal. #ES# I/O Prue9a el estado del canal, el su9canal * el dispositivo de E/S.

!na operaci)n de E/S se inicia con la instrucci)n S#%'# I/O.
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BIBLIOGRAFÍA • • •

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