Sistemas operativos
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Tema 9: Gesti
Tema 9: Gestió
ón de E/S
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Gestión de Sistemas Operativos: Gestión de E/S, Guías, Proyectos, Investigaciones de Diseño de Sistemas Digitales
Este documento trata sobre la gestión de sistemas operativos en relación a la gestión de E/S. Se explica cómo un sistema de computación puede incorporar múltiples dispositivos de E/S, como dispositivos de interfaz de usuario y de comunicaciones, y cómo se gestiona el acceso a ellos para optimizar el rendimiento global del sistema. Se abordan objetivos principales de la gestión de E/S, como uniformidad y eficiencia, y se presentan técnicas como buffering y spooling para mejorar el rendimiento.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2021/2022
1 / 25
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Sistemas operativos
Sistemas operativos
Tema 9: Gesti
Tema 9: Gestió
ón de E/S
n de E/S
Gesti
Gestió
ón de E/S
n de E/S
► ►
Un sistema de computaci
Un sistema de computació
ón puede incorporar
n puede incorporar
m
mú
últiples dispositivos de E/S:
ltiples dispositivos de E/S:
De interfaz de usuario: ratones, teclados, pantallas, etc.De interfaz de usuario:
ratones, teclados, pantallas, etc.
De almacenamiento: discos, unidades de cinta, etc.De almacenamiento:
discos, unidades de cinta, etc.
De comunicaciones: mDe comunicaciones:
mó
ódems, tarjetas de red, puertos
dems, tarjetas de red, puertos
Firewire, etc.Firewire
, etc.
► ►
Los dispositivos de E/S son generalmente mucho
Los dispositivos de E/S son generalmente mucho
m
má
ás lentos que la CPU y la memoria
s lentos que la CPU y la memoria
Æ
Æ
cuello de
cuello de
botella
botella.
► ►
Principales objetivos de la gesti
Principales objetivos de la gestió
ón de E/S:
n de E/S:
uniformidad y eficiencia
uniformidad y eficiencia.
Eficiencia
Eficiencia
► ►
Gestionar el acceso a los dispositivos de E/S para
Gestionar el acceso a los dispositivos de E/S para
optimizar el rendimiento global del sistema.
optimizar el rendimiento global del sistema.
Almacenamiento intermedio:Almacenamiento intermedio:
buffering
buffering y
y
spooling
spooling.
PlanificacióPlanificaci
ón:
n: establecer un orden para servir las
establecer un orden para servir las
solicitudes a dispositivos E/S.solicitudes a dispositivos E/S.
► ►
Repartir equitativamente el acceso a dispositivos entre m Repartir equitativamente el acceso a dispositivos entre mú
últiples
ltiples
procesos. procesos.
► ►
Reducir el tiempo de espera medio de E/S. Reducir el tiempo de espera medio de E/S.
Buffering Buffering
► ►
Uso de zonas de memoria propias del SO para
Uso de zonas de memoria propias del SO para
almacenar datos mientras se transfieren entre un
almacenar datos mientras se transfieren entre un
dispositivo y un proceso, o entre dos dispositivos.
dispositivo y un proceso, o entre dos dispositivos.
► ►
Se usan
Se usan
buffers
buffers para:
para:
Simultanear la E/S de un proceso con su ejecucióSimultanear la E/S de un proceso con su ejecuci
ón.
n.
Maximizar la utilizacióMaximizar la utilizaci
ón de la CPU y los dispositivos de
n de la CPU y los dispositivos de
E/S.E/S.
Spooling Spooling
► ►
Un
Un
spool spool es un
es un
buffer
buffer de gran tama
de gran tamañ
ño que se aloja
o que se aloja
en disco, no en memoria.
en disco, no en memoria.
► ►
Se suele usar para almacenar temporalmente la
Se suele usar para almacenar temporalmente la
salida dirigida a
salida dirigida a dispositivos que no aceptan flujos
dispositivos que no aceptan flujos
de datos intercalados
de datos intercalados (
(e.g
e.g. impresoras).
. impresoras).
El SO intercepta la salida de los procesos, y la guardaEl SO intercepta la salida de los procesos, y la guardaen sucesivos ficheros.en sucesivos ficheros.
Un proceso residente envíUn proceso residente env
ía ficheros al dispositivo
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cuando estácuando est
á disponible.
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► ►
Se utiliza
Se utiliza un
un
spool spool por dispositivo
por dispositivo, no por cada
, no por cada
proceso que ordena una operaci
proceso que ordena una operació
ón de salida.
n de salida.
Planificaci
Planificació
ón de discos
n de discos
Discos de cabezas m
Discos de cabezas mó
óviles
viles
► ►
El tiempo que tarda en atenderse una solicitud de
El tiempo que tarda en atenderse una solicitud de
L/E se desglosa en:
L/E se desglosa en:
Tiempo de búTiempo de b
úsqueda,
squeda, para situar las cabezas en el
para situar las cabezas en el
cilindro al que se desea acceder.cilindro al que se desea acceder.
► ►
Arranque, Arranque, desplazamiento
desplazamiento y detenci
y detenció
ón.
n.
Tiempo de latencia, esperando a que el sector deseadoTiempo de latencia,
esperando a que el sector deseado
pase por debajo de la cabeza.pase por debajo de la cabeza.
► ►
Valor promedio: medio giro. Valor promedio: medio giro.
Tiempo de transferencia,Tiempo de transferencia, determinado por la tasa de
determinado por la tasa de
datos del disco.datos del disco.
Tiempo de espera en la cola de E/S.Tiempo de espera en la cola de E/S.
Planificaci
Planificació
ón
n
► ►
Los tiempos de b
Los tiempos de bú
úsqueda y latencia dependen de
squeda y latencia dependen de
la
la ú
última solicitud servida
ltima solicitud servida.
La planificacióLa planificaci
ón busca un
n busca un orden de servicio
orden de servicio para reducir
para reducir
esos tiempos, sin perder de vista el de espera en cola.esos tiempos, sin perder de vista el de espera en cola.
Los algoritmos máLos algoritmos m
ás habituales (para discos de cabezas
s habituales (para discos de cabezas
móm
óviles) se centran en los tiempos de b
viles) se centran en los tiempos de bú
úsqueda.
squeda.
► ►
Ejemplo:
Ejemplo:
Disco de 200 cilindros (200 pistas/superficie).Disco de 200 cilindros (200 pistas/superficie).
Cola de solicitudes a los cilindros 98, 183, 37, 122, 14,Cola de solicitudes a los cilindros 98, 183, 37, 122, 14,124, 65 y 67.124, 65 y 67.
Cabezas inicialmente posicionadas en el cilindro 53.Cabezas inicialmente posicionadas en el cilindro 53.
Ejemplo con FCFS
Ejemplo con FCFS
53
98
183
37
122
14
124
65
67
0
80 60 40 20
200180160140120100
Desplazamiento
640 cilindros
Algoritmo SSTF
Algoritmo SSTF
► ►
SSTF SSTF
(
(Shortest
Shortest Seek
Seek Time
Time First
First):
): se atiende
se atiende
la solicitud con el menor tiempo de la solicitud con el menor tiempo de
b bú
úsqueda desde la posici
squeda desde la posició
ón actual de las
n actual de las
cabezas. cabezas.
Las peticiones de L/E en zonas alejadas pueden
Las peticiones de L/E en zonas alejadas pueden
sufrir
sufrir inanici
inanició
ón
n.
Algoritmo SSTF
Algoritmo SSTF
► ►
SSTF
SSTF no es
no es ó
óptimo
ptimo, en el sentido de minimizar el
, en el sentido de minimizar el
desplazamiento de las cabezas para un conjunto
desplazamiento de las cabezas para un conjunto
de solicitudes dado.
de solicitudes dado.
El algoritmoEl algoritmo ó
óptimo supone un coste computacional
ptimo supone un coste computacional
excesivo, y mantiene el riesgo de inanicióexcesivo, y mantiene el riesgo de inanici
ón.
n.
Algoritmo SCAN
Algoritmo SCAN
► ►
SCAN:
SCAN: las cabezas se mueven de un extremo a
las cabezas se mueven de un extremo a
otro del disco, atendiendo las solicitudes que se
otro del disco, atendiendo las solicitudes que se
van encontrando.
van encontrando.
Tiempos de servicio acotados, y mTiempos de servicio acotados, y
má
ás variables en los
s variables en los
extremos que en el centro.extremos que en el centro
Algoritmo C
Algoritmo C-
-SCAN
SCAN
► ►
Con SCAN, al llegar a un extremo y cambiar de
Con SCAN, al llegar a un extremo y cambiar de
sentido, se encuentran por lo general pocas
sentido, se encuentran por lo general pocas
solicitudes.
solicitudes.
La mayor densidad estaráLa mayor densidad estar
á en el extremo opuesto, con
en el extremo opuesto, con
las solicitudes que llevan málas solicitudes que llevan m
ás tiempo esperando.
s tiempo esperando.
► ►
C
C-
-SCAN
SCAN
(Circular SCAN): (Circular SCAN): las cabezas se mueven
las cabezas se mueven
del primer cilindro al
del primer cilindro al ú
último atendiendo solicitudes,
ltimo atendiendo solicitudes,
y retornan al principio.
y retornan al principio.
Tiempos de espera mTiempos de espera
má
ás uniformes
s uniformes.
El retorno consume relativamente poco tiempo, porqueEl retorno consume relativamente poco tiempo, porquese hacese hace sin paradas
sin paradas.
Ejemplo con C
Ejemplo con C-
-SCAN
SCAN
53
37
14
183
124
122
98
67
65
199
0
0
80 60 40 20
200180160140120100
Desplazamiento
386 cilindros