Sistemas Operativos: Entrada/Salida, Polling e Interrupciones

Sistemas Operativos
!Rompiendo el Hielo!
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Dudas de la clase anterior
¿Donde se guarda la
información de los
archivos?
Sistemas de entrada y salida
¿Que pasa cuando se
accede a un archivo
simultáneamente?
¿Que son los archivos?
¿Que propiedades de
protección tienen los
archivos?
Sistemas operativos
Semana 13
Unidad III
Dr. Ing. Carlos Palomino
Indicador logro de la unidad
Al finalizar la unidad, el estudiante administra los dispositivos de entrada y salida
que componen un sistema operativo de uno o varios procesadores teniendo en
consideración la seguridad de los mismos.
Indicador logro de sesión
Al finalizar la sesión el estudiante comprenderá como se comunican los
dispositivos de entrada y salida con el sistema operativo y podrá responder
preguntas analizando casos.
contenido
Contenido General
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Conceptos Generales
Polling
Interrupciones
Practica
Conceptos generales
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Conceptos generales
I/O Hardware
La gestión de E/S es un componente importante del diseño y la operación
del sistema operativo
•Aspecto importante del funcionamiento del ordenador
•Los dispositivos de E/S varían mucho
•Varios métodos para controlarlos
•Gestión del rendimiento
•Nuevos tipos de dispositivos frecuentes
Los puertos y controladores de dispositivos se conectan a varios dispositivos
Device drivers encapsulan los detalles del dispositivo
•Presentar una interfaz uniforme de acceso al dispositivo al subsistema de
E/S
Increíble variedad de dispositivos de E/S
•Almacenamiento
•Transmisión
•Interfaz humana
Conceptos comunes: las señales de los dispositivos de E/S interactúan con
el ordenador
•Port – Punto de conexión para el dispositivo
•Bus - daisy chain o acceso directo compartido
PCI Bus común en PC y servidores, PCI Express (PCIe)
expansion bus Conecta dispositivos relativamente lentos
Serial-attached SCSI (SAS) Interfaz de disco común
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I/O Hardware
I/O Hardware
Conceptos comunes: las señales de los dispositivos de E/S
interactúan con el ordenador
•Controller (host adapter) – Electrónica que opera puerto, bus,
dispositivo
A veces integrado
A veces separado como uno tarjetas o circuitos (host adapter)
Contiene procesador, microcódigo, memoria privada, controlador
de bus, etc.
Fibre channel (FC)Es un controlador complejo, generalmente una placa
de circuito separada (host-bus adapter, HBA)
Dispositivos de control de instrucciones de E/S
Los dispositivos suelen tener registros donde el controlador del dispositivo
coloca comandos, direcciones y datos para escribir o leer datos de los
registros después de la ejecución del comando
•Registro de entrada de datos, registro de salida de datos, registro de
estado, registro de control
•Normalmente 1-4 bytes, o búfer FIFO
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I/O Hardware
Una estructura típica de bus de PC
Los dispositivos tienen direcciones, utilizadas por
•Instrucciones de E/S directas
•E/S mapeadas en memoria
Datos del dispositivo y registros de comandos asignados al
espacio de direcciones del procesador
Especialmente para espacios de direcciones grandes (grá cos)
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Ubicaciones del puerto de E/S del dispositivo en PC (parcial)
Polling
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Para cada byte de E/S
1.Leer el bit de ocupado del registro de estado hasta que sea 0.
2.El host con gura el bit de lectura o escritura y, si es escritura, copia los datos en el
registro de salida de datos.
3.El host con gura el bit de comando listo.
4.El controlador con gura el bit de ocupado y ejecuta la transferencia.
5.El controlador borra el bit de ocupado, el bit de error y el bit de comando listo
cuando se completa la transferencia.
El paso 1 es un ciclo de espera activa (busy-wait) para esperar la E/S del dispositivo
•Razonable si el dispositivo es rápido
•Pero ine ciente si el dispositivo es lento
•¿La CPU cambia a otras tareas?
Pero si se pierde un ciclo, los datos se sobrescriben o se pierden
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Interrupciones
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Interrupciones
Ciclo de E/S impulsado por interrupciones
Polling Puede ocurrir en 3 ciclos de instrucción:
•Leer el estado, operación AND lógico para extraer el bit de estado, si no es cero
esta listo.
•¿Cómo ser más e ciente si no es cero con poca frecuencia?
Línea de solicitud de interrupción de la CPU activada por el dispositivo de E/S
•Veri cada por el procesador después de cada instrucción.
El controlador de interrupciones recibe interrupciones
•Enmascarable para ignorar o retrasar algunas interrupciones.
Vector de interrupción para despachar la interrupción al controlador correcto
•Cambio de contexto al inicio y al nal.
•Basado en prioridad.
•Algunas no enmascarables.
•Encadenamiento de interrupciones si más de un dispositivo tiene el mismo número
de interrupción.
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Polling
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Latencia
Tabla de vectores de eventos del procesador Intel Pentium
Tomar importancia a la gestión de interrupciones porque incluso los sistemas
de un solo usuario gestionan cientos o interrupciones por segundo y
servidores de cientos de miles
Por ejemplo, una pc macOS generó 23.000 interrupciones en 10 segundos
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Practica
Laboratorio
1. Polling: Investigar cómo funciona el polling y sus características.
2. Interrupciones: Investigar cómo funcionan las interrupciones y sus características.
3. DMA: Investigar cómo funciona el Acceso Directo a Memoria y sus ventajas.
4. Casos de Estudio: Buscar ejemplos reales del uso de polling, interrupciones y DMA
en servidores web.
5. Eficiencia, Latencia y Carga del Sistema: Analizar cómo cada método afecta la
eficiencia, la latencia y la carga del sistema en servidores web.
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Cierre
1. Dispositivos de entrada y salida
2. Polling
3. Interrupciones
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