Tema 4. Sistemas de entrada/salida

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1 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Dispositivos de almacenamiento terciario El reloj El sistema de E/S en Linux El sistema de E/S en Windows NT/2K Servicios de E/S en POSIX 1

2 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Dispositivos de almacenamiento secundario Discos Estructura física de los discos Formateo de discos Formateo físico Creación de particiones Formateo lógico Planificación del acceso a disco Fiabilidad y tolerancia a fallos Sistemas RAID 2

3 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Bibliografía J. Carretero et al. Sistemas Operativos: Una Visión Aplicada. McGraw-Hill Capítulo 7. W. Stallings. Sistemas Operativos. Prenctice-Hall Capítulo 11. A. Silbertschatz, P. Galvin, G. Gagne. Sistemas operativos. Adison- Wesley Capítulos 12 y 13. 3

4 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Dispositivos de almacenamiento terciario El reloj El sistema de E/S en Linux El sistema de E/S en Windows NT/2K Servicios de E/S en POSIX 4

5 Introducción El SO necesita: Dispositivos de almacenamiento de datos Almacenamiento secundario (discos) Almacenamiento terciario (cintas) Dispositivos de interacción con el usuario Periféricos de interfaz de usuario (ratones, pantallas, impresoras, escáner, lápices ópticos, etc.) Dispositivos de comunicaciones Conexión con otras máquinas (tarjetas de red, modems, etc.) 5

6 Estructura de una computadora Dispositivos de salida (impresora, monitor,...) Unidad principal (CPU, registros, memoria RAM, entrada/salida -discos internos, red,...-) Dispositivos de entrada (teclado, ratón, lápiz óptico,...) Dispositivos de entrada/salida (discos, cintas, modem,...) 6

7 Estructura de una computadora Dispositivos por bloques y por caracteres: Dispositivos por bloques Manejan la información en unidades de tamaño fijo (bloques) Ejemplos: discos y cintas Dispositivos por caracteres Gestionan flujos de caracteres de forma lineal sin estructura tipo bloque ni tamaño fijo Ejemplos: pantallas, teclados, impresoras, modems, tarjetas de red, etc. 7

8 Conexión de dispositivos de E/S CPU Memoria Controlador gráfico Bus del sistema Controlador de disco estado control datos Bus de expansión 8

9 Conexión de dispositivos de E/S Controladores de dispositivos: Un controlador puede controlar uno o más dispositivos Funciones: Transferir información entre MC y periféricos Sincronizar la velocidad del procesador con la del periférico Detectar posibles errores que se produzcan en el acceso al periférico 9

10 Funciones del sistema de E/S Qué es el sistema de entrada/salida (E/S)? Parte del SO que ofrece: Visión lógica simplificada de los dispositivos de E/S Mecanismos de abstracción de los detalles físicos de éstos Objetivos del sistema de E/S: Facilitar el manejo de los dispositivos de E/S Optimizar la E/S del sistema Proporcionar dispositivos virtuales para conexión de dispositivos sin tener que remodelar el SO Permitir la conexión de dispositivos nuevos de E/S 10

11 Funciones del sistema de E/S Mecanismos de incremento de prestaciones: Caché de disco: Memoria intermedia situada en MC para bloques de disco Memoria de tamaño variable dependiendo del espacio libre para procesos de usuario Contiene copia de algunos bloques del disco Lecturas anticipadas de datos: Principio de localidad de referencias Estrategia de reemplazo de bloques: Generalmente LRU 11

12 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Dispositivos de almacenamiento terciario El reloj El sistema de E/S en Linux El sistema de E/S en Windows NT/2K Servicios de E/S en POSIX 12

13 Estructura del sistema de E/S Interfaz del Sistema Operativo Sistemas de Archivos NFTS HPFS FAT CD-ROM... Gestión de de Redes (IPX/SPX, TCP/IP,... ) Gestor de Bloques Gestor de Caché Manejadores de Dispositivos (CD-ROM, cinta, disco, puerto,... ) Controladores de dispositivo 13

14 Estructura del sistema de E/S Componentes: Interfaz del SO: Proporciona servicios de E/S a las aplicaciones y una interfaz homogénea para comunicarse con manejadores de dispositivos Sistemas de ficheros (SF): Proporciona una interfaz homogénea para acceder a los diferentes SF del SO (SV, NTFS, FAT,...) SF virtuales Traduce las operaciones del formato del usuario al de bloques Gestor de redes: Proporciona una interfaz homogénea para acceder a los diferentes sistemas de red del SO (TCP/IP, Novell,...) 14

15 Estructura del sistema de E/S Componentes (cont.): Gestor de bloques: Atiende peticiones a nivel de bloque Interacciona con la caché de bloques para optimizar la E/S Gestor de caché: Optimiza la E/S para dispositivos de tipo bloque mediante caché Manejadores de dispositivos: Traduce las operaciones sobre dispositivos a operaciones de control de cada dispositivo particular 15

16 Estructura del software de E/S Proceso de usuario Modo usuario Modo supervisor SW de E/S independiente de dispositivo SW de E/S independiente de dispositivo SW de E/S dependiente de dispositivo Software Hardware Aplicación Subsistema o DLL Servicios Gestor de archivos Gestor de bloques Gestor de caché Manejador de dispositivo Manejador de interrupción Controlador Copia en memoria del usuario Copia en el sistema operativo Copia en el controlador Dispositivo (disco) Bloque del dispositivo 16

17 Estructura del software de E/S Manejadores de interrupción y de dispositivos: Manejador de interrupción: Tratan las interrupciones de los controladores de dispositivos Ejecución del manejador de interrupción Comunican el evento al manejador de dispositivo Manejador de dispositivo: Acepta peticiones del SW de E/S independiente del dispositivo Traduce las peticiones a formato del controlador Planifica el acceso de peticiones al dispositivo Envía las órdenes al controlador Espera a que se cumplan Comprueba el estado de la operación cuando llega la interrupción Gestiona los errores, si existen, y los resuelve, si es posible 17

18 Estructura del software de E/S Operaciones de un manejador de dispositivo: Peticiones de E/S del dispositivo Extraer petición E/S de la lista Contestación a la petición Traducir a formato del controlador Preparar respuesta de error Operaciones sobre datos Enviar mandatos al controlador Programación del controlador Bloqueo Sí No Sí No Error Leer registros estado del controlador Esperar interrupción Interrupción 18

19 Estructura del software de E/S SW independiente del dispositivo: Función: Ejecutar las funciones de E/S comunes a todos los dispositivos a través de una interfaz común Proporciona: Acceso a nivel de bloques o caracteres Tamaños de acceso genéricos Almacenamiento intermedio en memoria del SO Optimización de la E/S evitando accesos a dispositivos Oculta diferencias de velocidad Facilita la implementación de la compartición 19

20 Estructura del software de E/S SW independiente del dispositivo (cont.): Proporciona (cont.): Gestión de dispositivos Nombrado: Traducción de nombres de usuario a identificativos del sistema Protección Control de acceso Planificación de la E/S Gestión de errores 20

21 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Discos Estructura física de los discos Formateo de discos Formateo físico Creación de particiones Formateo lógico Planificación del acceso a disco Fiabilidad y tolerancia a fallos Sistemas RAID Dispositivos de almacenamiento terciario... 21

22 Discos Utilización: Almacenamiento masivo y no volátil de datos Plataforma para el sistema de intercambio del gestor de memoria virtual Taxonomía según la interfaz de su controlador: Dispositivos SCSI (Small Computer System Interface) Dispositivos IDE (Integrated Drive Electronics) Taxonomía según la tecnología de fabricación: Discos duros (Winchester) Almacenamiento secundario Discos ópticos (CD-ROM, DVD) Almacenamiento terciario Discos extraíbles (disquetes, ZIP, JAZZ) Estructura física y lógica muy similar para todos 22

23 Estructura física de los discos Formato y organización de los datos: Caras Pistas Sectores Cilindros Estructura de un sector: Cabecera (Contiene el número de sector) Área de datos (256, 512 ó 1024 bytes) Apéndice (Contiene código de corrección de errores Se calcula cada cada vez que se lee o escribe un sector) Miles de pistas por superficie Varios cientos de sectores por pista Información usada por el controlador de disco, no accesible por usuario 23

24 Estructura física de los discos Características físicas de los sistemas de disco: Caras: Simple cara Doble cara Cabezal: Fijo: Uno por pista Móvil: Uno por superficie Platos: Un solo plato Múltiples platos Portabilidad del disco: Disco no extraíble Disco extraíble Mecanismo del cabezal: Contacto (disquetes) Hueco fijo Hueco aerodinámico (discos Winchester) 24

25 Estructura física de los discos Capacidad del disco: N caras x N pistas x N sectores x Tamaño sector Tiempo de acceso a disco: 0 en cabezales fijos Σ (Tiempo de espera Tiempo de posicionamiento Tiempo de latencia Tiempo de transferencia Para acceso al dispositivo) Cabezal bajo la pista de los datos Cabezal bajo el sector de los datos Entre dispositivo y MC Tiempos medios en discos magnéticos actuales: Tiempo de posicionamiento: 5-10 msg. Tiempo de latencia: 3-5 msg. El SO sólo puede influir en el tiempo de posicionamiento 25

26 Estructura física de los discos Apreciaciones a tener en cuenta: Densidad de cada pista: En los discos modernos el número de sectores varía de unas pistas a otras Intercalado de sectores: La numeración de los sectores no es consecutiva Almacenamiento intermedio en el controlador: Almacenamiento de la pista entera en memoria del controlador Controladores inteligentes: Si controlan varios dispositivos, permiten efectuar operaciones de búsqueda solapadas 26

27 Ejemplo de disco duro SEAGATE Barracuda ATA ST330630A Parámetro Capacidad: Cilindros: Cabezas: Sectores: Velocidad: Tpo. posicionamiento: Tpo. latencia: Valor GB RPM 8,5 msg. 4,16 msg. 27

28 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Discos Estructura física de los discos Formateo de discos Formateo físico Creación de particiones Formateo lógico Planificación del acceso a disco Fiabilidad y tolerancia a fallos Sistemas RAID Dispositivos de almacenamiento terciario... 28

29 Formateo físico de discos Formateo físico o de bajo nivel: División del disco en sectores para que el controlador de disco pueda leer y escribir Creación de la estructura de datos de cada sector Realizado normalmente como parte del proceso de fabricación 29

30 Formateo de discos Creación de particiones: Partición o volumen: Porción contigua de sectores del disco Particiones primarias y extendidas Partición activa, de sistema o de arranque Permite arrancar un SO Tabla de particiones: Información sobre la distribución lógica del disco en particiones Almacenada en el sector 0 (primer sector de la primera pista del cilindro más externo) 30

31 Formateo de discos Tabla de particiones de un disco: 31

32 Formateo lógico de discos Formateo lógico de una partición: Estructura lógica de un disco: Estructura significativa para el SO Formateo lógico de una partición Creación de un SF format para sistemas Windows mkfs para sistemas Unix 32

33 Formateo lógico de discos Tareas de un formateo lógico: Construcción del bloque de carga o sector de arranque Creación de la estructura lógica del SF Creación de una lista de bloques defectuosos Creación de una lista de bloques de repuesto 33

34 Formateo lógico de discos Bloque de carga o sector de arranque: Contiene información sobre la estructura de la partición y el programa cargador El programa cargador: Incluye los aspectos más básicos de iniciación del HW y un bucle de lectura que carga el SO en una dirección de la memoria Cuando termina salta a la dirección de memoria donde puso el núcleo y se arranca el SO 34

35 Formateo lógico de discos Creación de la estructura lógica del SF: Estructura lógica de un SF con inodos: Bloque de carga Mapa de bits de bloques libres Bloques de inodos Bloque con información sobre el sistema de ficheros (superbloque) Mapa de bits de inodos Bloques de datos: directorio fichero indirección libre 35

36 Formateo lógico de discos Lista de bloques defectuosos: Los bloques en mal estado se marcan como ocupados y no se liberan nunca Bloque defectuoso: Cuando alguno de los sectores que lo componen son defectuosos Detección por la paridad del sector introducida durante el formato físico Lista de bloques de repuesto: Permite sustituir un bloque del dispositivo si falla durante el tiempo de vida del mismo 36

37 Recordando... Arranque de Linux Partes del arranque de Linux desde el disco duro de un PC: Cargador de la BIOS del PC Cargador LILO Núcleo Primer programa de usuario /sbin/init 37

38 Recordando... Arranque de Linux Cargador de la BIOS: El procesador arranca en modo real La BIOS carga el Master Boot Record (MBR) del disco en RAM Se ejecuta el LILO 0x000 0x1BE 0x1FE Cargador LILO: MBR LILO Tabla de 0xAA55 * particiones Pregunta por el SO a cargar Si es Linux copia el setup.s y el núcleo en RAM Ejecuta el setup.s : Consulta a la BIOS el HW instalado (memoria, teclado, etc.) Salta al núcleo Núcleo... 38

39 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Discos Estructura física de los discos Formateo de discos Formateo físico Creación de particiones Formateo lógico Planificación del acceso a disco Fiabilidad y tolerancia a fallos Sistemas RAID Dispositivos de almacenamiento terciario... 39

40 Planificación de disco Uno de los objetivos del SO: Usar el HW de forma eficiente Para discos Accesos rápidos y mucho ancho de banda Objetivo de la planificación del acceso a disco: Minimizar el tiempo de posicionamiento Minimizar movimientos de cabezales Directamente proporcional a la distancia entre búsquedas bytes transferidos tiempo de transferencia Tiempo de posicionamiento Tiempo de acceso a disco = Tiempo de latencia ΣTiempo de transferencia 40

41 Planificación de disco Algoritmos de planificación del acceso a disco: FCFS SSF SCAN C-SCAN LOOK C-LOOK F-SCAN Variantes del algoritmo SCAN 41

42 FCFS Peticiones atendidas por orden de llegada Planificación sencilla Movimientos bruscos de cabezales Tiempo de posicionamiento grande 42

43 FCFS Cola de peticiones = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Cabezal en sector 53 (dirección n pista creciente) PISTAS N pistas desplazadas=(98-53)+(183-98)+(183-37)+(122-37)+(122-14)+(124-14)+(124-65)+(67-65)=641 43

44 SSF Sortest Seek First (SSF) Primero las peticiones que están más cerca de la posición actual del cabezal Similar a planificación de CPU Sortest Jof First (SJF) Puede causar inanición de algunas peticiones 44

45 SSF Cola de peticiones = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Cabezal en sector 53 (dirección n pista creciente) PISTAS N pistas desplazadas =

46 SCAN El cabezal va de un extremo del disco al otro sirviendo las solicitudes que encuentra a su paso Al volver se sirven todas las del sentido contrario Política seguida para controlar eficientemente los ascensores y asegurar que todo el mundo suba Algoritmo de planificación de disco del ascensor Óptimo cuando las solicitudes uniformemente por todo el disco (no habitual) Favorece a las solicitudes sobre cilindros más interiores y exteriores y a las últimas peticiones en llegar 46

47 SCAN PISTAS Cola de peticiones = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Cabezal en sector 53 (dirección n pista creciente) N pistas desplazadas =

48 C-SCAN Propiedad de ascensores (y discos): Es más costoso subir a un edificio parando que ir de un golpe de arriba abajo y viceversa Variante del algoritmo del ascensor que viaja en un solo sentido Las cabezas se mueven de un extremo a otro del disco y luego vuelven al principio No se atienden peticiones mientras las cabezas vuelven a la posición inicial Trata los cilindros como una lista circular que enlaza el último cilindro con el primero Ascensor cíclico Tiempo de espera más uniforme que el ascensor normal En dispositivos con muchas peticiones de E/S tiene rendimiento superior a otras Se usa frecuentemente (UNIX, Linux, Windows) 48

49 C-SCAN PISTAS Cola de peticiones = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Cabezal en sector 53 (dirección n pista creciente) N pistas desplazadas = 382 N engañoso: Ir del último al primero se hace en un único movimiento y tarda muy poco

50 LOOK Igual que SCAN pero sin llegar a la última y primera pista para cambiar dirección de cabezal Sólo llega hasta la petición con menor y mayor número de pista 50

51 LOOK Cola de peticiones = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Cabezal en sector 53 (dirección n pista creciente) PISTAS N pistas desplazadas =

52 C-LOOK Igual que C-SCAN pero sin llegar a última y primera pista Llega hasta la petición con mayor número de pista y luego a la de menor número de pista 52

53 C-LOOK Cola de peticiones = 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Cabezal en sector 53 (dirección n pista creciente) PISTAS N pistas desplazadas = 222 N engañoso

54 F-SCAN Con SSF, SCAN, C-SCAN, LOOK y C-LOOK puede que el brazo no se mueva durante un periodo considerable de tiempo Por ejemplo, si uno o varios procesos tienen porcentajes altos de acceso a una pista Solución: Dividir las peticiones a disco en dos colas Al inicio de un rastreo todas las solicitudes en una cola y la otra vacía Las solicitudes que lleguen después se colocan en la cola inicialmente vacía Se atenderán cuando la otra cola esté vacía 54

55 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Discos Estructura física de los discos Formateo de discos Formateo físico Creación de particiones Formateo lógico Planificación del acceso a disco Fiabilidad y tolerancia a fallos Sistemas RAID Dispositivos de almacenamiento terciario... 55

56 Sistemas RAID RAID ( Redundant Array of Independent Disks, Vector Redundante de Discos Independientes) Planteamiento: Reemplazo de unidades de disco de gran capacidad por vectores de discos de menor capacidad Objetivos: Aumentar la seguridad de datos Mejorar el tiempo de acceso a datos 56

57 RAID Almacenamiento de datos: Distribución de datos consecutivos entre los discos Acceso simultaneo a datos de varios discos Mejor rendimiento de E/S Cada disco se divide en bandas ( strips ) Banda: bloque, sector o alguna unidad Las bandas se asignan por turno rotatorio a discos consecutivos del vector 57

58 RAID Almacenamiento de datos (cont.): El SO ve el vector de discos físicos como una sola unidad lógica Correspondencia de datos para una serie RAID nivel 0 Disco lógico Disco físico 0 Disco físico 1 Disco físico 2 Disco físico 3 banda 0 banda 0 banda 1 banda 2 banda 3 banda 1 banda 4 banda 5 banda 6 banda 7 banda 2 banda 8 banda 9 banda 10 banda 11 banda 3 banda 12 banda 13 banda 14 banda 15 banda 4 banda 5 banda 6 banda 7 SW de gestión del vector 58

59 RAID Fiabilidad y tolerancia de fallos: Redundancia para almacenar información de paridad Posibilidad de recuperación de datos en caso de fallo de disco Por ejemplo, utilizando la operación XOR: X0 X1 X Discos de datos Disco de paridad X2(i) = X0(i) + X1(i) Si falla X1, por ejemplo, sumando X2(i) + X1(i) a ambos lados de la ecuación se obtiene: X1(i) = X2(i) + X0(i) 59

60 RAID Fiabilidad y tolerancia de fallos (cont.): Solicitud de lectura Lectura de datos y código de corrección de error Solicitud de escritura Escritura de datos y código de corrección de error Puede suponer acceder varias veces a los discos Repercusión en el tiempo de acceso Implementación SW costosa 60

61 RAID Niveles RAID: Siete niveles con diferentes arquitecturas de diseño Existen combinaciones de niveles Cada nivel cumple distintos propósitos No hay un nivel RAID perfecto para todos los usuarios 61

62 RAID Niveles RAID (cont.): RAID 0 (no redundante) banda 0 banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 banda 6 banda 7 banda 8 banda 9 banda 10 banda 11 banda 12 banda 13 banda 14 banda 15 RAID 1 (espejo) banda 0 banda 1 banda 2 banda 3 banda 0 banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 banda 6 banda 7 banda 4 banda 5 banda 6 banda 7 banda 8 banda 9 banda 10 banda 11 banda 8 banda 9 banda 10 banda 11 banda 12 banda 13 banda 14 banda 15 banda 12 banda 13 banda 14 banda 15 62

63 RAID Niveles RAID (cont.): RAID 2 (redundancia mediante código de Hamming) b 0 b 1 b 2 b 3 f 4 (b) f 1 (b) f 2 (b) RAID 3 (redundancia mediante paridad) b 0 b 1 b 2 b 3 P (b) 63

64 RAID Niveles RAID (cont.): RAID 4 (redundancia mediante paridad) banda 0 banda 1 banda 2 banda 3 P(0-3) banda 4 banda 5 banda 6 banda 7 P(4-7) banda 8 banda 9 banda 10 banda 11 P(8-11) banda 12 banda 13 banda 14 banda 15 P(12-15) RAID 5 (paridad por intercalación distribuida de bloques) banda 0 banda 1 banda 2 banda 3 P(0-3) banda 4 banda 5 banda 6 P(4-6) banda 7 banda 8 banda 9 P(7-9) banda 10 banda 11 banda 12 P(10-12) banda 13 banda 14 banda 15 64

65 RAID Niveles RAID (cont.): RAID 6 (redundancia dual) banda 0 banda 1 banda 2 banda 3 P(0-3) Q(0-3) banda 4 banda 5 banda 6 P(4-6) Q(4-6) banda 7 banda 8 banda 9 P(7-9) Q(7-9) banda 11 banda 11 banda 12 P(10-12) Q(10-12) banda 14 banda 15 banda 15 65

66 RAID RAID 0 ó DSA ( Data Striping Array without parity ): No incluye redundancia No es miembro verdadero de la familia RAID Ventajas: Proporciona rendimiento más alto que disco convencional Se emplea toda la capacidad de los discos No tiene coste adicional Diseño sencillo Fácil implementación SW Desventajas: No tiene integridad de datos Un error en uno de los discos implica la pérdida total de los datos 66

67 RAID RAID 1 ó MDA ( Mirrored Disk Array ): Redundancia vía duplicación de datos Solicitud de lectura: La del disco que suponga menos tiempo de acceso Solicitud de escritura: Rendimiento dado por la escritura más lenta de las dos Ventajas: Mayor rendimiento en las lecturas de datos respecto a un disco convencional Si alta tasa de solicitudes de lectura, doble rendimiento que RAID 0 Recuperación de datos sencilla Desventajas: Bastante caro (doble espacio del necesario) Lentitud en la escritura de datos (escritura en dos discos) Si alta tasa de solicitudes de escritura, igual rendimiento que RAID 0 67

68 RAID RAID 2 ó HCEC ( Hamming Code for Error Correcting ): Bandas muy pequeñas (byte o palabra) Redundancia mediante código de Hamming Ventajas: Velocidad de transferencia alta Recuperación de datos Desventajas: Solución cara (pero menor que RAID1), mucho disco para códigos de error Tiempo de escritura alto No existen implementaciones comerciales 68

69 RAID Detección y corrección de errores vía Código de Hamming: Sea un dato a transmitir de i bits Añadir p bits en posiciones potencias de 2 En caso de error de un bit en la transmisión los p bits permiten detectar el error y corregirlo Ha de cumplirse 2 p i+p+1 69

70 RAID Detección y corrección de errores vía Código de Hamming (cont.): Ejemplo: Dato a transmitir: D3 D2 D1 D0 Generación de códigos de paridad: P0 = D0 + D1 + D3 P1 = D0 + D2 + D3 P2 = D1 + D2 + D3 Construcción dato nuevo: B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 D3 D2 D1 P2 D0 P1 P0 70

71 RAID Detección y corrección de errores vía Código de Hamming (cont.): Ejemplo (cont.): Detección error: Bit codificado en C2 C1 C0 C2 C1 C0 FALLO Ninguno B B B B B B B7 C0 = P0 D0 D1 D3 + + C1 = P1 D0 D2 D3 + + C2 = P0 D1 D2 D Corrección error: Complementar bit codificado en C2 C1 C0 71

72 RAID RAID 3 ó PDA ( Parallel Disk Array ): Bandas muy pequeñas (byte o palabra) Redundancia Un solo bit de paridad (para todos los bits en la misma posición de disco) Un solo disco redundante Ventajas: Velocidad de transferencia alta Recuperación de datos Desventajas: Si se pierde el disco de paridad, se pierde toda la información redundante Tiempo de escritura de datos alto 72

73 RAID RAID 4 ó IDA ( Independent Disk Array ): Bandas grandes Técnica de acceso independiente: Se pueden satisfacer solicitudes de E/S individuales en paralelo Ventajas: Alto rendimiento en aplicaciones de velocidad de demanda interactiva Recuperación de datos Desventajas: Si se pierde el disco de paridad, se pierde toda la información redundante El disco de paridad puede ser un cuello de botella Velocidad de transferencia menor que en RAID

74 RAID RAID 5 ó IDA ( Independent Disk Array ): RAID 4 con bandas de paridad distribuidas por todos los discos Asignación por turno rotatorio Ventajas: Alto rendimiento en aplicaciones de velocidad de demanda interactiva Recuperación de datos Evita el cuello de botella del disco de paridad exclusivo Desventajas: Rendimiento bajo en escrituras Velocidad de transferencia menor que en RAID

75 RAID RAID 6: RAID 5 con dos cálculos distintos de paridad Ventajas: Alta fiabilidad Alto rendimiento en aplicaciones de velocidad de demanda interactiva Recuperación de datos Evita el cuello de botella del disco de paridad exclusivo Desventajas: Rendimiento bajo en escrituras Velocidad de transferencia menor que en RAID

76 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Dispositivos de almacenamiento terciario El reloj El sistema de E/S en Linux El sistema de E/S en Windows NT/2K Servicios de E/S en POSIX 76

77 Almacenamiento terciario Características: Sistema de almacenamiento con: Alta capacidad Bajo coste Más lentos Dispositivos extraíbles donde almacenar datos que no se necesitan inmediatamente en el sistema Registros Velocidad de acceso nsg. Capacidad Coste Memoria RAM Almacenamiento secundario Almacenamiento terciario msg msg. 77

78 Almacenamiento terciario Disquetes, ZIP, JAZZ: Pueden ser casi tan rápidos como el disco duro, pero suelen fallar más debido a su constate manipulación Discos magneto-ópticos: Mayor densidad, capacidad y fiabilidad Memorias ópticas y discos digitales versátiles: CD, CD-ROM, CD-R, CD-RW DVD, DVD-R, DVD-RW 78

79 Almacenamiento terciario Cintas magnéticas: Soporte de gran capacidad y economía Ideal para operaciones que no requieren acceso rápido: respaldos, almacenamiento masivo, etc. Manipuladas manualmente o mediante robots que cambian cintas automáticamente Los ficheros residentes en disco se pueden archivar en cintas (por razones económicas) y volver a cargar en disco de forma dinámica 79

80 Almacenamiento terciario El comando tar del intérprete de comandos de sistemas UNIX: tar cvf /usr/castano /dev/rmt0 Copia los datos del usuario castano al dispositivo de cinta /dev/rmt0 tar uvf /usr/castano /dev/rmt0 Copia anterior incremental tar tvf /dev/rmt0 Muestra la información almacenada en /dev/rmt0 tar xvf /dev/rmt0 Extrae la información almacenada en /dev/rmt0 Copia glogal vs. Copia incremental 80

81 Tema 4. Sistemas de entrada/salida Índice Introducción Estructura y componentes del sistema de entrada/salida Dispositivos de almacenamiento secundario Dispositivos de almacenamiento terciario El reloj El sistema de E/S en Linux El sistema de E/S en Windows NT/2K Servicios de E/S en POSIX 81

82 El reloj Varias acepciones: Reloj del procesador Reloj del sistema (mantiene fecha y hora) Reloj temporizador (activa periódicamente al SO) Vinculación con SO El reloj es un dispositivo de E/S? Características similares a dispositivos de E/S: Su programación implica usar registros de E/S Usa interrupciones 82

83 HW del reloj Circuito temporizador que genera señal periódica (tic) Conectado a línea de interrupción de alta prioridad Frecuencia programable Reloj CMOS: Alimentado por batería que mantiene hora y fecha cuando la máquina está apagada Consultado por SO en su arranque 83

84 SW del reloj Labor principal del SO con el reloj: Gestión de las interrupciones de reloj Frecuencia de interrupción: Demasiado alta: Excesiva sobrecarga por tratamiento de interrupciones Demasiado baja: Limitada precisión en medida del tiempo Ejemplo típico: 100 Hz (1 interrupción cada 10 msg.) Rutina de interrupción de reloj: Se debe minimizar el trabajo realizado en ella (ya que mientras no se atienden interrupciones de menor prioridad) Solución típica: Dividir trabajo asociado a interrupción de reloj Operaciones más urgentes dentro de la rutina de interrupción Resto: tratamiento posterior fuera de la rutina 84

85 El reloj en Linux Tipos de interrupciones en Linux: Interrupciones rápidas ( fast interrupts ): Interrupciones deshabilitadas durante la ejecución de la rutina de servicio Al finalizar la rutina de servicio retorno inmediato al código que se estaba ejecutando cuando llegó la interrupción Interrupciones lentas ( slow interrupts ): Interrupciones habilitadas durante la ejecución de la rutina de servicio Al finalizar la rutina de servicio ejecución de todas las rutinas bottom halves pendientes 85

86 El reloj en Linux Rutinas bottom halves (BH) : Rutinas con operaciones que no han de ser ejecutadas necesariamente tras una interrupción y que son llevadas a cabo posteriormente desde fuera del manejador de interrupción (rutina de servicio) por razones de eficacia Objetivo: Agilizar el tratamiento de las interrupciones Mapa de bits (número entero) para marcar las BHs activas Ejemplos: TIMER_BH: BH del reloj INMEDIATE_BH: BH genérica con tareas que han de ser ejecutadas inmediatamente 86

87 El reloj en Linux Desde dónde se invocan las BHs? Se inicializan cuando arranca el sistema Se activan (marcan) desde el manejador de interrupción (rutina de servicio) Se invocan desde el planificador y también con las interrupciones lentas Se testea cada una de las posibles BHs Si están marcadas como activas (y están habilitadas) se ejecutan y se marcan como inactivas Son operaciones atómicas 87

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