Tarea #6. Gestión de E/S y Planificación de Discos

Transcripción

1 1 Tarea #6. 1. Enumere y defina brevemente las tres técnicas de realización de E/S E/S Programada: el procesador emite una orden de E/S de parte de un proceso a un módulo de E/S; el proceso espera entonces a que termine la operación. E/S dirigida por interrupciones: el procesador emite una orden de E/S de parte de un proceso, continúa la ejecución de las instrucciones siguientes y el módulo de E/S lo interrumpe cuando completa su trabajo. Las instrucciones siguientes pueden ser del mismo proceso, si no es necesario para éste esperar la terminación de la E/S. En otro caso, el proceso se suspende a la espera de la interrupción, mientras se realiza otro trabajo. Acceso directo a la memoria (DMA): un modulo de DMA controla el intercambio de datos entre la memoria principal y un módulo de E/S. El procesador envía una petición de transferencia de un bloque de datos al módulo de DMA y se interrumpe sólo cuando se ha transferido el bloque entero. 2. Cuál es la diferencia entre E/S lógica y E/S a dispositivo? El módulo de E/S lógica trata al dispositivo como un recurso lógico y no se preocupa de los detalles de control real del dispositivo. El módulo de E/S lógica se ocupa de la gestión de funciones generales de E/S solicitadas por los procesos de usuario, permitiéndoles gestionar el dispositivo mediante un identificador y órdenes simples como Abrir, Cerrar, Leer y Escribir. En una E/S a dispositivo las operaciones solicitadas y los datos (caracteres almacenados, registros, etc.) se convierten en secuencias adecuadas de instrucciones de E/S y órdenes para el canal y el controlador. Se puede utilizar técnicas de almacenamiento para mejorar el uso.

2 2 3. Cuál es la diferencia entre un dispositivo orientado a bloque y un dispositivo orientado a flujo? De un ejemplo de cada uno de ellos. Los dispositivos orientados a bloques almacenan la información en bloques, normalmente de tamaño fijo, haciendo las transferencias de un bloque cada vez. Generalmente, es posible referirse a los datos por su número de bloque. Los discos y las cintas son ejemplos de dispositivos orientados a bloques. Los dispositivos orientados a flujo transfieren los datos como una serie de bytes; no poseen estructuras de bloques. Terminales, impresoras, puertos de comunicación, ratones y otros dispositivos apuntadores y la mayoría de los dispositivos restantes que no son de almacenamiento secundario son dispositivos orientados a flujos. 4. Por qué podría esperar una mejora del rendimiento utilizando para la E/S una memoria intermedia doble en vez de una sencilla? Esto se puede esperar ya que se puede asignar a la operación dos almacenes intermedios del sistema. De esta forma, un proceso puede transferir datos hacia (o desde) una memoria intermedia mientras que en el sistema operativo vacía (o rellena) el otro. 5. Cuáles son los retardos que intervienen en una lectura o escritura de disco? Tiempo de búsqueda; en un sistema de cabezas móviles, es el tiempo que toma en ubicar la cabeza en la pista. Retardo de Giro; es el tiempo que tarda el comienzo del sector en llegar hasta la cabeza. Tiempo de acceso; tiempo que se tarda en llegar a la posición de lectura o escritura. 6. Defina brevemente las políticas de planificación de Disco que ilustra la figura.

3 3 La manera más sencilla de planificación sería la de primero en entrar, primero en salir; lo que significa que los elementos se procesan en forma secuencial. La figura a representa el movimiento del brazo del disco en FIFO. Con la técnica FIFO, si hay pocos procesos que requieren acceso y si muchas de las solicitudes son a sectores agrupados de un archivo, se puede esperar un buen rendimiento. Sin embargo, el rendimiento de esta técnica se parece a menudo al de la planificación aleatoria si hay muchos procesos en el disco. La política de primero en el tiempo de servicio más corto (SSTF, Shortest Service Time First) es elegir la solicitud de E/S a disco que requiere el menor movimiento posible del brazo del disco desde su posición actual. De este modo, siempre se elige procurando el mínimo tiempo de búsqueda. Por supuesto, la elección siempre del menor tiempo de búsqueda no garantiza que sea mínimo del tiempo medio de búsqueda en una serie de movimientos del brazo. Con el SCAN, el brazo sólo se puede mover en un sentido, resolviendo todas las solicitudes pendientes de su ruta, hasta que alcance la última pista o hasta que no haya más solicitudes en esa dirección. Esta última política se conoce a veces como política de LOOK. La política SCAN se comporta parecido a la SSTF, como lo muestra la figura. De hecho si se supone que, al principio del ejemplo, el brazo se mueve en direcciones decrecientes de números de pista, el modelo de planificación sería idéntico para SSTF y SCAN. Sin embargo, éste es un ejemplo estático en el que no añaden nuevos elementos a la cola. La política del C-SCAN (SCAN Circular) restringe el rastreo a una sola dirección. Así, cuando se haya visitado la última pista en un sentido, el brazo vuelve al extremo opuesto del disco y comienza a recorrerlo de nuevo, lo que reduce máximo sufrido por las nuevas solicitudes. 7. Defina brevemente los 7 niveles RAID. NIVEL 0: Los usuarios y los datos del sistema están distribuidos a lo largo de todo el vector de discos, este esta dividido en bandas que pueden ser bloques físicos, sectores o alguna otra unidad. Al conjunto de bandas consecutivas lógicamente, se lo denomina franja. Presenta la ventaja de que si una única

4 4 solicitud de E/S esta formada por múltiples bandas contiguas; estas podrán gestionarse en paralelo reduciendo la transferencia de E/S. NIVEL 1: La redundancia de los datos se consigue duplicando los mismos, los datos son divididos de la misma forma que en RAID0; pero cada banda se corresponde con dos discos físicos independientes. Aspectos positivos: Una solicitud de lectura puede utilizar cualquiera de los dos discos que contienen los datos solicitados y que suponga menor tiempo sumando el de búsqueda y la latencia de giro. Una solicitud de escritura requiere la actualización de las bandas correspondientes a ambos discos, solo se puede hacer en paralelo. Cuando se actualiza una sola banda, el software de gestión del vector de disco primero debe calcular y actualizar los bits de paridad y luego la banda real. Cuando una unidad falla, los datos todavía están disponibles desde la segunda unidad. Desventaja, su COSTE requiere dos veces el espacio de disco del disco lógico que soporta. Puede conseguir altas tasas de solicitudes de E/S si las mismas son de lectura, cuyo rendimiento puede ser el doble que en RAID 0, pero si las solicitudes son de escritura su rendimiento talvez no será el mismo. NIVEL 2: Este utiliza una técnica de acceso paralelo. Las bandas de este nivel son muy pequeñas, considerándolo como un único byte o palabra. Se utiliza un código HAMMING para corregir errores de un solo bit y la detección de errores de dos bit. Cuando se requiere una solicitud de lectura todos los discos son accedidos simultáneamente, ocurriendo lo mismo con una solicitud de escritura y n este caso también son accedidos todos los discos de paridad. RAID 2 solo será eficiente cuando se produzcan muchos errores en el disco. NIVEL 3: Este requiere solo un disco redundante, emplea acceso paralelo. Cuando ha ocurrido algún error, se calcula un solo bit de paridad para el conjunto de bits en la misma posición de todos los discos de datos.

5 5 En el caso de un fallo de disco, se accede a la unidad de paridad y se reconstruyen los datos desde los dispositivos restantes. Debido a que los datos están divididos en pequeñas bandas, RAID 3 puede conseguir una tasa de transferencia de datos muy alta. Cualquier solicitud de E/S involucrara una transferencia de datos en paralelo desde todos los discos de datos solo se puede ejecutar una solicitud de E/S. Disminuyendo el rendimiento en un entornó orientado a transacciones. NIVEL 4: Utiliza una técnica de acceso independiente, por lo que se puede satisfacer las solicitudes de E/S individuales. Son mas apropiados para aplicaciones que requieren tasas altas de solicitudes de E/S, y son relativamente menos apropiados para aplicaciones que requieren tasas altas de transferencias de datos NIVEL 5: Al igual que el RAID 4 se diferencia en la distribución de las bandas de paridad a través de todos los discos, por lo tanto evita el potencial cuello de botella en la E/S del sistema RAID 4 que tiene solo un disco de paridad. NIVEL 6: Se realizan dos cálculos distintos de paridad, y se almacenan en bloques independientes de diferentes discos, la ventaja es la disponibilidad de datos son extremadamente alta. Por otro lado sufre una importante penalización de escritura, porque cada escritura afecta a dos bloques de paridad. 8. Cuál es el tamaño normal de un sector de disco? El sector es la parte mas pequeña del disco duro y este tiene un tamaño máximo de 512 bytes.

6 6 Problemas. 1. Realice un análisis para la siguiente secuencia de peticiones de pistas: 27, 129, 110, 186, 147, 41, 10, 64, 120. Supóngase que la cabeza del disco está ubicada inicialmente sobre la pista 100 y se está moviendo en direcciones decreciente de números de pista. Haga el mismo análisis, pero suponga ahora que la cabeza del disco está moviéndose en direcciones crecientes de números de pista. FIFO SST

7 7 SCAN C-SCAN

8 8 2. Calcule la cantidad de espacio en disco (en sectores, pistas y superficies) necesaria para almacenar los registros lógicos si el disco es fijo con 512 bytes por sector, 96 sectores por pista, 110 pistas por superficie y ocho superficies útiles. Ignore los registros de cabecera de archivos y los índices de pista, y suponga que los registros no pueden extenderse a dos sectores. Capacidad = pistas x superficies x sectores x 512. Capacidad = 110 x 96 x 8 x 512 Capacidad = 43.3MB 3. Se tiene una unidad de cinta magnética de 9 pistas cuya velocidad es de 120 pulgadas por segundo y cuya densidad es de bits lineales por pulgada. Consideresé este sistema y supongase que el disco gira a 360 rpm. El procesador lee un sector del disco mediante E/S, dirigida por interrupciones, con una interrupción por cada byte. Si se tardan 2.5 microsegundos en procesar cada interrupción, qué porcentaje del tiempo gastará el procesador en gestionar la E/S? Velocidad Cinta = 120 x x 9 Velocidad Cinta = 1.73 Mb/s Tiempo de Gestión = 512 x Tiempo de Gestión = 1.28ms

9 9 4. Un computador de 32 bits posee dos canales selectores y un canal multiplexor. Cada canal selector da soporte a dos discos magnéticos y dos unidades de cinta magnética. El canal multiplexor tiene conectadas dos impresoras, dos lectores de tarjetas y diez terminales VDT. Supóngase las siguientes velocidades de transferencia: Unidad de Disco: 800 Kb/s Unidad de Cinta Magnético 200 kb/s Impresora 6,6 Kb/s Lector de Tarjetas 1,2 Kb/s VDT 1 Kb/s Estime la velocidad máxima agregada de E/S en este sistema. Velocidad máxima = ,6 + 1,2 + 1 Velocidad máxima = 1.01 Mb/s