Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Podstawową funkcją każdego SO jest obsługa fizycznych UZ. Podsystem
zarządzania UZ powinien zapewniać:
·ð niezależność od kodów znaków
·ð niezależność od urzÄ…dzeÅ„ we/wy
·ð wydajność
·ð jednolite traktowanie urzÄ…dzeÅ„
W SK wyróżnia się kilka poziomów obsługi UZ:
1. poziom fizyczny - bezpośrednia manipulacja rejestrami UZ, obsługa
przerwań, inicjowanie transmisji
2. poziom wywołań systemowych (dyrektyw) - komunikacja z programami
obsługi UZ (device driver)
3. poziom usług (File Manager, Explorer, File Control Service i tp.) oferujący
jednolity sposób dostępu.
Programy obsługi UZ (Pou)
Def.
Program obsługi UZ (device driver) jest zbiorem funkcji i danych umożliwiających
bezpośredni dostęp do urządzenia.
Właściwości:
·ð Pu mogÄ… komunikować siÄ™ z UZ jedynie przy pomocy Pou
·ð Pou sÄ… integralnÄ… częściÄ… jÄ…dra, przy czym doÅ‚Ä…czenie nowego Pou do SO
może odbywać się:
żð statycznie (poprzez utworzenie nowego jÄ…dra)
żð dynamicznie
·ð komunikacja jÄ…dra z Pou jest realizowana przy pomocy standardowego
zestawu procedur, który jest wspólny dla wszystkich Pou
·ð wszystkie UZ sÄ… traktowane jako pliki (SU)
·ð jedynie Pou majÄ… możliwość reakcji na przerwania sprzÄ™towe generowane
przez UZ
Sposób dostępu do UZ
Dostęp do UZ jest realizowany na analogicznych zasadach jak do plików. Odbywa
się to w następujących krokach:
1. należy otworzyć urządzenie przy użyciu funkcji open() podając jako parametr
nazwę urządzenia z katalogu /dev. W przypadku pomyślenego zakończenia
funkcja ta zwraca deskryptor pliku fd
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
2. następnie można wykonać żądaną operacje we/wy jak np. write(), read(),
ioctl(). W trakcie wykorzystywania tych funkcji urzÄ…dzenie jest identyfikowane
przez deskryptor pliku fd
3. po wykorzystaniu urządzenia należy go zamknąć używając funkcji close()
Przepływ sterowania w systemie
W systemie Unix (z poziomu użytkownika) UZ są traktowne jak pliki, a zatem
wszelkie zlecenia wykonania operacji we/wy przechodzÄ… przez FS.
Po odnalezieniu przez FS węzła (i-node) odpowiadającego plikowi reprezentującemu
UZ, są odczytywane informacje w nim zawarte, a więc:
·ð rodzaj urzÄ…dzenia: blokowe, znakowe
·ð nr podprogramu obsÅ‚ugi: major, minor number
Tablice przełączające Pou (Device Switch Tables)
W SO istnieją dwa rodzaje tablic dzięki którym następuje przełączenie na określony
Pou, a mianowicie:
·ð tablice dla urzÄ…dzeÅ„ znakowych
·ð tablice dla urzÄ…dzeÅ„ blokowych
·ð Indeksem do tych tablic jest nr główny (major number), który wskazuje na
odpowiedni wiersz tablicy.
·ð Wiersz zawiera nazwÄ™ oraz zestaw wskaz
ników do procedur Pou. W
zależności od rodzaju wywołania systemowego we/wy jest wybierany
wskaz
nik do odpowiadajÄ…cej mu procedury Pou. Procedura ta jest
wywoływana i jest jej przekazywany jako argument nr pomocniczy (minor
number).
Zestaw procedur Pou
xx_init();
xx_open();
xx_close();
xx_read();
xx_write();
xx_strategy();
xx_intr();
xx_ioctl();
xx_select();
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Typy urządzeń wejścia/wyjścia
·ð do komunikacji z użytkownikiem (drukarki, terminale),
·ð do komunikacji z dodatkowym sprzÄ™tem elektronicznym (dyski, taÅ›my,
czujniki, kontrolery),
·ð urzÄ…dzenia komunikacyjne (karty sieciowe, sterowniki linii cyfrowych,
modemy).
Różnice w zarządzaniu urządzeniami wejścia-wyjścia
·ð zÅ‚ożoność obsÅ‚ugi,
·ð wymóg dodatkowej obsÅ‚ugi sprzÄ™towej (np. pamięć wirtualna na dysku),
·ð rozróżnienie priorytetów,
·ð jednostka przepÅ‚ywu,
·ð reprezentacja danych,
·ð reakcja urzÄ…dzeÅ„ i obsÅ‚uga bÅ‚Ä™dów,
·ð obsÅ‚uga programowa bÄ…dz
sterowana przerwaniami,
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
DMA  Direct Memory Access
Ewolucja zarządzania urządzeniami zewnętrznymi
·ð procesor zarzÄ…dzaÅ‚ bezpoÅ›rednio urzÄ…dzeniami,
·ð dodanie kontrolerów i modułów wejÅ›cia/wyjÅ›cia,
·ð dodanie przerwaÅ„ kontrolerów,
·ð DMA
Idea działania DMA
·ð moduÅ‚y DMA kontrolujÄ… wymianÄ™ danych pomiÄ™dzy pamiÄ™ciÄ… głównÄ… a
urządzeniami wejścia/wyjścia,
·ð praca procesora przerywana dopiero po przesÅ‚aniu caÅ‚ego bloku danych,
·ð wykorzystuje wykradanie cykli procesorowi,
·ð procesor pauzuje jeden cykl szyny systemowej,
·ð nie ma przerwaÅ„ w trakcie przesyÅ‚ania, nie ma zmiany kontekstu.
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Modele organizacji wejścia/wyjścia
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Szeregowanie dostępu do pamięci dyskowej
Czas wyszukiwania - (seek time) czas ustawienia głowicy na docelowej ścieżce,
Opóz
nienie rotacyjne - (rotational delay, latency) czas ustawienia głowicy na
poczÄ…tku docelowego sektora,
Czas dostępu  (access time) czas wyszukiwania + opóz
nienie rotacyjne
·ð to czas wyszukiwania decyduje o wydajnoÅ›ci
·ð duża rola dyskowej pamiÄ™ci podrÄ™cznej (algorytmy wymiany LRU,
LFU),
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
RAID = Redundant Array of Independent Disks
·ð RAID jest zbiorem fizycznych dysków widzianych przez system operacyjny
jako jeden dysk logiczny,
·ð dane sÄ… rozdystrybuowane na wszystkie dyski,
·ð redundantność przechowywanej informacji jest wykorzystywana do
przechowywania informacji o parzystości, co gwarantuje odzyskanie danych w
przypadku awarii elementu RAID.
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Systemy operacyjne / Zarządzanie urządzeniami zewnętrznymi
Własności poziomów RAID