Virtualizzazione delle Periferiche. Corso di Sistemi Operativi

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1 Virtualizzazione delle Periferiche Corso di Sistemi Operativi

2 Introduzione Una delle funzioni principali di un SO è di controllare tutte le periferiche connesse al PC SO deve: comandare i dispositivi ascoltare gli interrupt gestire gli errori Deve fornire un interfaccia tra i dispositivi ed il resto del sistema che sia semplice e facile da usare. Le interfacce dovrebbero essere le stesse per tutti i dispositivi (device-independent).

3 Principi di I/O hardware Per un elettronico una periferica è un insieme di chip, di cavi, di condensatori, ecc.. Un informatico guarda all interfaccia che la perifericha gli mette a disposizione (comandi che l hardware accetta, funzioni che supporta, errori che potrebbe restituire). I dispositivi possono essere divisi in due grosse categorie: a blocchi a carattere

4 Virtualizzazione delle Periferiche Classificazione non perfetta. Comunque questa divisione è abbastanza generale per poter iniziare il discorso sulla virtualizzazione delle periferiche. Ad esempio il File System lavora con le periferiche e non deve avere differenti modalità di accesso alle periferiche se a blocchi o a carattere. File System lavora con dispositivi a blocchi astratti, lasciando la vera e propria implementazione ai device driver.

5 Gestione delle Periferiche Le unità I/O sono generalmente composte da componenti meccanici e da componenti elettronici. E possibile separare i due aspetti per aumentare la generalizzazione: Il componente elettronico: device controller (adapter) è di solito una scheda che viene inserita nel PC che permette al PC stesso di interfacciarsi con il dispositivo. Il componente meccanico è il dispositivo stesso.

6 Gestione delle Periferiche (2) CPU SW HWport Mechanical Perif Abbiamo fatto la distinzione tra controller e dispositivo perché il SO non tratta mai direttamente con il dispositivo ma sempre con il controller. A volte questa interfaccia è direttamente sul dispositivo e questo si collega al system bus del PC.

7 Principi di I/O software L idea del SO di gestire l I/O è attraverso la strutturazione in livelli. I livelli più bassi servono per mascherare le specifiche hw dei dispositivi mentre quelli superiori servono per fornire un interfaccia comune, regolare, carina agli utenti. Cercare DEVICE INDEPENDENCE Iniziamo affrontando un concetto chiave: indipendenza del dispositivo. Dovrebbe essere possibile scrivere programmi che lavorino indiferrentemente con un hard disk o con un floppy senza modificare il codice. Dovrebbe essere possibile scrivere: sort <input> output sapendo che input potrebbe essere floppy o HD e che l output può essere floppy, HD, terminale o modem

8 Principi di I/O software: Uniform Naming Innanzitutto per ottenere l indipendenza del dispositivo devo avere uniform naming. Il nome di un dispositivo o di un file deve essere una stringa e non dipendere dal nome del dispositivo. In UNIX file e dispositivi sono gestiti nello stesso modo: i floppy e gli altri dispotivi sono montati ed il SO maschera il fatto che sono estranei /usr/mnt/fd0 In Windows questo non avviene e devo specificare dove si trovano (a:/ )

9 Principi di I/O software: Error Handling Un altra funzione importante del SO è l error handling. Error handling deve essere gestito il più vicino all hw possibile. Se il controller scopre errore, richiede di nuovo il dato. Solo se il problema non può essere risolto dai livelli più bassi, i livelli più alti ne vengono informati (ad es. qualcuno ha tolto il dischetto). E anche fondamentale gestire in modo trasparente le periferiche sincrone (blocking) e quelle asincrone (interrupt).

10 Virtualizzazione delle Periferiche Ultimo ma non secondario aspetto: SO deve gestire la virtualizzazione delle periferiche (permettere a + utenti di usare una sola stampante). Alcune periferiche possono essere virualizzate (dischi, stampante, rete) altre no (schermo, tastiera) ecc Per quanto riguarda le periferiche virtualizzate, SO si occupa di gestire i possibili conflitti tra utenti (più utenti vogliono scrivire sulla stampante o accedere ad un file).

11 Livelli di S.O. User level software Device independent OS software Device driver Interrupt Handler

12 Interrupt Handler Gli interrupt sono nascosti nel cuore del sistema operativo. Essi servono per segnalare via HW al SO il verificarsi di determinati eventi (es un blocco di dati è pronto). Il processo che richiede dei dati si sospende in attesa di questo interrupt.

13 Device Driver Tutto il codice che dipende dal dispositivo va in questo livello. Ogni device driver gestisce una o più classi di dispositivi. I controller hanno dei registri che sono usati per trasferire dati/comandi. Il disk driver è quella parte del SO che conosce quanti e quali registri ci sono nel controller. Il disk driver conosce i comandi da usare per il dispositivo e controlla che siano eseguiti correttamente. Lui solo conosce quanti settori, cilindri, testine, ecc. ci sono nel disco.

14 Device Driver (2) Il compito di un driver è di accettare richieste astratte provenienti dal device-independent software e di controllare che queste siano eseguire. Una richiesta tipica è ad es: leggi il blocco n. Il driver si attiva per leggere da disco, se è occupato a fare un altra richiesta, quest ultima viene messa in coda. Se è pronta prende la richiesta e da astratta viene tradotta in richiesta concreta determinando quale testina usare e quando. Esso deve determinare le corrette operazioni da eseguire.

15 Device Driver (3) Quando i comandi sono stati scelti, vengono copiati nei registri del dispositivo. Quello che succede è che poi: Il driver attende che l operaziona restituisca il risultato. Operazioni lunghe. Interrupt (si blocca in attesa: scrivo il disco). Il driver si attiva per eseguire un altra operazione. Operazioni brevi. (scrivo a video) Dopo aver terminato l operazione controlla che non ci siano stati errori e rende il risultato al device independet layer.

16 DEVICE-INDEPENDENT I/O SOFTWARE Le funzioni base fornite da questo livello permettono al SO di eseguire le operazioni I/O che sono comuni a tutti i dispositivi e di fornire un interfaccia comune all user-level software Naming e Protezione Device-independent block-size Buffering Allocare e rilasciare i dispositivi Error handling

17 Naming e Protezione Questo livello si occupa del gestire il mapping tra i nomi simbolici dei driver (LPT1, A:, es.. ) ed i driver a cui si riferiscono. Protection: previnire accessi indesiderati ai dispositivi (errori, intrusioni). In MS-DOS si poteva fare tutto, non c era protezione. In UNIX ci sono i rwe bits, gestibili dal proprietario e dall amministratore.

18 Device-Independent block-size I dischi possono avere differenti sector size. Questo livello deve mascherare questa differenza, trattando i blocchi in blocchi logici di dimensioni fissate e poi occupandosi di gestire le diffenti dimensioni dei dispositivi (sia per blocchi che per stream di caratteri)

19 Buffering Si occupa di Gestire letture successive di grandi blocchi. Fornire dati tutti insieme. Per stream di caratteri, utente scrive troppo veloce sulla tastiera e non riesce a gestire l input.

20 Allocare e rilasciare dispositivi I dispositivi possono essere usati da uno o più utenti. Questo scambio di proprietario è gestito dal SO (anche per quanto riguarda i processi)

21 Error handling Abbiamo visto l error handling gestito dal device depende level. Quando il livello più basso non riesce a gestire l errore (disco rotto) questo livello ne viene informato. L errore viene quindi gestito in modo indipendente dal dispositivo (informando il processo che aveva fatto la richiesta oppure visualizza un messaggio di errore).

22 User-Space I/O Software SO mettono a disposizione dei programmatori delle librerie di funzioni che permettono, tra l altro, di usare i dispositivi connessi al PC. Una chiamata classica è (linguaggio C): count=write(fd, buffer,nbytes); La funzione write appropriata verrà chiamata a sceconda di cosa è fd (video, printer, disco, modem..) In questo modo ho anche superato la deviceindependence.

23 I/O request User processes Make I/O call, format I/O, spooling Device-Indep-Software Naming, protection, blocking, buffering, allocation Device-Drivers Setup device register, check status Interrupr Handlers Wakeup driver when I(O completed Hardware I/O reply Perform I/O operations