Sistemi Operativi. Bruschi Martignoni Monga. La gestione. Concetti generali Comandi Interrupt Pila sw Deadlock Gestione dei deadlock

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1 1 Mattia Dip. di Informatica e Comunicazione Università degli Studi di Milano, Italia mattia.monga@unimi.it Lezione XXVI: a.a. 2008/09 1 c 2009 M.. Creative Commons Attribuzione-Condividi allo stesso modo 2.5 Italia License. Immagini tratte da [?] e da Wikipedia Il ruolo del s.o. Dispositivi di I/O Le periferiche di I/O sono i dispositivi attraverso i quali un calcolatore scambia dati/interagisce con l ambiente esterno Per ogni periferica collegata ad un calcolatore il s.o. deve essere in grado di Inviare comandi alla periferica Intercettare segnali di interrupt da questa generati Gestire errori Per capire come possono essere realizzate queste funzionalità è necessario conoscere i principi di funzionamento di una periferica I dispositivi di I/O hanno: Una componente meccanica Una componente elettronica È detta device controller Impartisce comandi al dispositivo fisico (device) e ne controlla la corretta esecuzione L insieme dei comandi impartiti dal controller al device, il loro formato, i codici di errore riportati definiscono l interfaccia tra il device ed il dispositivo Un controller può controllare piú device purché abbiano la stessa interfaccia Interfacce comuni: IDE (Integrated Device Electronics) SCSI (Small Computer System Interface), USB (Universal Serial Bus), ATA, SATA,

2 Tipologie Device controller La maggior parte dei dispositivi manipola i dati in una di queste due modalità: 1 Dispositivi a blocchi: memorizzano e traferiscono le informazioni in blocchi di dimensione fissa, e ciascun con un suo indirizzo. La dimensione del blocco varia da 512 a byte 2 Dispositivi a carattere: memorizzano e trasferiscono stringhe di byte senza riferimento ad alcuna struttura di blocco Il clock è un dispositivo di I/O che non ricade in nessuna delle due predette categorie Interposti tra il s.o. e la periferica, offrono un interfaccia di comunicazione tra i due mondi con registri ed in alcuni casi data buffer Caricando opportune sequenze di bit negli appositi registri (e buffer), il s.o. può richiedere l esecuzione di operazioni della periferica: eventuali risultati possono essere controllati leggendo registri (e buffer). L insieme di comandi usati per comunicare con il controller, il loro formato, ed i codici di errore costituiscono l interfaccia del controller verso il s.o.: questa interfaccia è device-dependent Comunicazione col s.o. I/O port Intel Come si accede ai registri dei controller? I/O port ad ogni registro è assegnato un numero di 8/16 bit, che specifica la porta di I/O corrispondente a cui ci si riferisce usando istruzioni di I/O mov al, 0x20 out 0x20, al Memory mapped Registri di I/O come indirizzi qualunque di memoria Sistema ibrido Buffer dati mappati in memoria, registri di controllo come I/O port

3 DMA I registri di controllo di un device controller posseggono almeno uno status bit che indica se un operazione di ouput è stata completata oppure se c è un nuovo dato da consumare Nelle periferiche piú sofisticate insieme a questi bit viene attivata una linea di IRQ sul bus di sistema In alcuni casi può essere utile che la periferica possa accedere direttamente alla memoria centrale Quindi ogni volta che si inserisce un nuovo controller su un sistema va indicato l IRQ di riferimento, per evitare conflitti questa scelta viene spesso demandata al BIOS in fase di boot DMA per I/O pro contra Allegerisce la CPU dall overhead imposto dalla gestione degli interrupt nel caso di periferiche veloci Il DMA è in genere piú lento della CPU, in molti sistemi la CPU si trova spesso in attesa del DMA Il DMA controller aumenta i costi del sistema

4 handler Device driver Sono spesso caratterizzati da stretti vincoli di tempo, eseguono quindi lo stretto necessario per Acquisire i dati dell ultima operazione di I/O Predisporre le condizione per garantire l esecuzione delle prossima operazione di I/O Risvegliare il driver della periferica che stava attendendo il completamento dell operazione di I/O Ogni periferica è caratterizzata da un proprio insieme di registri e di comandi, affinché la periferica funzioni correttamente è necessario che registri e comandi siano correttamente predisposti e impartiti da un apposito componente (device driver) Esiste un device driver per ogni tipologia di periferica solitamente realizzato dal costruttore Solitamente concepito come parte del kernel, per consentire l accesso rapido alle periferiche; in Minix invece i driver non operano in kernel mode Riceve la richiesta di esecuzione di comandi d alto livello, che traduce in sequenze di comandi per il controller Avvia il controller e resta in attesa di essere risvegliato da un interrupt, tramite l interrupt handler Interfaccia device independent Funzionalità dell interfaccia Un interfaccia uniforme facilita la stesura dei driver, e rende possibile l aggiunta di driver senza ricorrere alla modifica del kernel Uniform naming mapping del nome simbolico di un dispositivo nel corrispondente driver Buffering gestione della diversità tra i dati acquisiti da un dispositivo e i dati richiesti da un applicazione Error Reporting interfaccia comune verso i diversi messaggi di errore che possono derivare dai driver, a seguito di errori nei dispositivi Allocating/Releasing (de)allocazione di risorse ai processi utente Device independent block size nasconde al livello superiore la diversa dimensione dei blocchi di dati

5 Riassunto Un insieme di processi S è in se ciascuno di essi è in attesa di un evento, che solo un altro processo appartenente a S può provocare Due processi A e B usano lo stesso file in modo esclusivo e la stessa stampante durante la loro esecuzione. All istante t, A acquisisce il file e viene sospeso, la CPU viene assegnata a B che acquisisce la stampante e poi si mette in attesa del file; quando la CPU torna ad A, A si mette in attesa della stampante Nessuno dei due processi è piú in grado di proseguire Condizioni necessarie Esempi Perché si abbia un fra le richieste di risorse è necessario che valgano le seguenti condizioni : 1 Accesso alle risorse in mutua esclusione 2 Hold and Wait processi in possesso di risorse possono continuare a richiederne delle nuove, senza cedere quelle già acquisite anche se rimangono bloccati in attesa 3 Le risorse sono non prelazionabili 4 Attesa circolare due o piú processi sono in attesa di risorse usate da un altro del gruppo

6 Avoidance Ignorandoli quando possibile si cerca di ignorarli, gli sforzi richiesti per una loro gestione non è sempre sostenibile Detection e Recovery si verifica costantemente il grafo di allocazione risorse, individuato un ciclo si terminano uno o piú processi coinvolti L algoritmo del banchiere consente di evitare ad un sistema di entrare in uno stato di, garantendo che il sistema effettui solo transizioni tra stati sicuri Stato sicuro Uno stato sicuro è uno stato del sistema in cui è possibile soddisfare tutte le richieste dei processi in esecuzione e garantirne la terminazione Avoidance attraverso un allocazione oculata delle risorse Prevention si prendono tutte le precauzioni affinché ciascuna delle 4 condizioni necessarie non si verifichi mai Con piú risorse 1 Trova un processo P soddisfacibile da A: se non c è lo stato è potenzialmente in 2 Assumi che P richieda tutte le risorse, aggiorna A sotto questa ipotesi e marca P come terminato 3 Ripeti da 1 fino a quando tutti i processi sono marcati come terminati 4 Lo stato è sicuro 439