Sistemi operativi 2003/2004. Input e output

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1 Sistemi operativi 2003/2004 Input e output

2 Dispositivi di I/O Human readable Usati per comunicare con esseri umani Stampanti Terminali video Tastiera Mouse, joystick, ecc.

3 Dispositivi di I/O Machine readable Usati per le comunicazioni tra apparati elettronici Dischi e nastri Sensori Controller

4 Dispositivi di I/O Comunicazione Usati per comunicare Schede di rete Modem

5 Device controller I dispositivi di I/O hanno Una componente meccanica e una componente elettronica La componente elettronica viene indicata come device controller. Solitamente può gestire più dispositivi Le operazioni svolte dal device controller sono Convertire stringhe di bit in blocchi di byte In un buffer interno Effettuare la correzione di errori Dialogare con la memoria

6 Schema di riferimento

7 Modelli di gestione dell'i/o a. Registri di I/O e spazio di memoria separati Istruzioni speciali per accedere ad I/O port b. Memory-mapped I/O a. Registri di I/O come indirizzi qualunque di memoria c. Sistema ibrido a. Buffer dati mappati in memoria, registri di controllo come I/O port

8 PC Memory map

9 I/O memory mapped a. architettura single-bus b. architettura dual-bus

10 Memory Mapped I/O Vantaggi Usa istruzioni standard Non richiede meccanismi di protezione ad hoc Driver scrivibili completamente in C Lo spazio degli indirizzi di I/O non fa mai parte dello spazio virtuale utente Device diversi su pagine diverse Tutte le istruzioni che operano sulla memoria operano anche sui registri di I/O

11 Memory Mapped I/O Svantaggi Il caching deve essere disabilitabile selettivamente Con architetture single bus tutti esaminano tutti gli indirizzi sul bus Con architetture dual bus, si devono filtrare gli indirizzi per i device di I/O

12 Interrupt La connessione tra dispositivi e interrupt controller usa linee di interrupt presenti sul bus, invece di linee dedicate

13 Interrupt driven I/O

14 Pentium interrupt table

15 DMA

16 DMA

17 Il software per l'i/o Indipendenza dai dispositivi Uniformità dei nomi I programmi possono accedere ogni dispositivo di I/O senza specificare, in anticipo il tipo di dispositivo (floppy, hard drive, or CD-ROM) Il nome di un file o di un dispositivo devono essere indipendenti dalla macchina su cui risiedono Gestione degli errori Va effettuata il più vicino possibile al dispositivo hw

18 Livelli

19 Livelli

20 Livelli

21 I/O indipendente dal device Interfaccia uniforme per i device driver Bufferizzazione Segnalazione degli errori Allocazione e rilascio di device dedicati Dimensionamento dei blocchi indipendente dal device

22 Interfaccia verso i driver a. Gestione I/O senza un interfaccia standard verso i driver b. Gestione di I/O con un interfaccia standard verso i driver

23 Device a blocchi e a caratteri A blocchi read, write, seek raw I/O Memory mapped A caratteri get, put editing complesso

24 Buffering a. b. c. d. Unbuffered input Buffering in user space Buffering nel kernel seguito da copia nello spazio utente Double buffering nel kernel

25 Doppia bufferizzazione I protocolli di rete possono richiedere doppia bufferizzazione

26 Device Driver Le comunicazioni tra i driver e i dispositivi avvengono attraverso il bus

27 Interrupt handling Gli Interrupt handler sono la parte più nascosta dell architettura Un driver, dopo aver avviato un operazione di I/O, si blocca finché un interrupt non notifica il completamento dell operazione La procedura di gestione dell interrupt svolge il suo servizio e al termine sblocca il driver

28 Blocking/Non blocking Blocking I/O facile da usare, ma sconveniente Non Blocking I/O leggi (o scrivi) quanto puoi via multi-threading ritorna (velocemente) il numero di byte letti/scritti Asynchronous Interrupt driven, difficile da utilizzare

29 Sottosistemi di I/O Caching Spooling copia i dati in una memoria veloce e li mantiene aggiornati coda delle richieste di output Device reservation l'accesso è esclusivo pericolo di deadlock

30 I/O request

31 Disk Hardware (1) Evoluzione dei dischi a partire dal dispositivo originale del PC IBM sino al modello Western Digital WD 18300

32 Disk Hardware (2) Struttura fisica di un disco con doppio settore sulle tracce esterne Struttura logica dello stesso dispositivo

33 Disk Hardware - RAID (3) Redundant Array of Inexpensive Disks I drive di Backup e parity sono in grigio

34 Disk Hardware - RAID (4)

35 Formattazione dei dischi (1) Settore di un disco

36 Formattazione dei dischi (2) Un illustrazione della deformazione dei cilindri (cylinder skew)

37 Formattazione dei dischi (3) a. Senza interleaving b. Con interleaving singolo c. Con interleaving doppio