Tema 5 - Equipo 2

Cuando una aplicación hace una solicitud de entrada o salida respecto a un dispositivo, se presentan varias etapas en las cuales se traducen las referencias que maneja la aplicación a direcciones reales de hardware. !! Los sistemas operativos modernos obtienen un grado de flexibilidad de las múltiples etapas de búsqueda en tablas del trayecto entre una solicitud y un controlador de dispositivo físico. !! Los mecanismos que transfieren solicitudes entre aplicaciones y drivers son generales. !!

La entrada/salida es un factor importante para el desempeño del sistema ya que: !! Las solicitudes e/s son comunes. !! Los dispositivos son regularmente los mas lentos del sistema. !! Las peticiones de e/s obligan al procesador a ejecutar instrucciones de manejadores de dispositivos y planificadores. !! Las conmutaciones de contexto exigen a la CPU.

ESTRUCTURA DEL ALMACENAMIENTO SECUNDARIO ! ! ! ! ! ! ! !

" STRUCTURA DE DISCOS E " LANIFICACION DE DISCOS P "PLANIFICACION FCFS "PLANIFICACION SSTF "PLANIFICACION SCAN "PLANIFICACION C-SCAN "PLANIFICACION LOOK "SELECCION DE UN ALGORITMO DE PLANIFICACION DE

DISCO

ESTRUCTURA DE ALMACENAMIENTO SECUNDARIO Es el nivel más bajo del sistema de archivos que es un medio de almacenamiento definitivo (no volátil como el de la memoria RAM). Se conoce como almacenamiento secundario por ejemplo a las cintas magnéticas, los paquetes de discos, los discos flexibles y los discos de almacenamiento óptico . Los datos en el almacenamiento secundario se reúnen en archivos, los cuales se definen como colecciones de información relacionada. Los dispositivos de almacenamiento secundario están en línea con el procesador. Aceptan datos o instrucciones del programa del procesador cuando se necesitan para llevar a cabo tareas de procesamiento. Se deben especificar dos conceptos importantes: !!El proceso de transferencia de datos a un equipo de cómputo se le llama procedimiento de lectura. !!El proceso de transferencia de datos desde la computadora hacia el almacenamiento se denomina procedimiento de escritura.

Características del Almacenamiento Secundario ! " Gran capacidad de almacenamiento. ! " No se pierde la información al apagarse la computadora, es decir no es volátil. ! " Altas velocidades de transferencia de información. ! " La información se almacena en el mismo formato como se hace en la memoria principal. ! " Para ser procesados por el CPU, los datos se almacenan en la memoria secundaria y luego se llevan a la memoria principal.

Los tipos de almacenamiento secundario son: ! " Almacenamiento Magnético ! " Almacenamiento Óptico ! " Almacenamiento Híbrido (Magnético/Óptico) Almacenamiento Magnético Consiste en la aplicación de campos magnéticos a ciertos materiales cuyas partículas reaccionan a esa influencia, generalmente orientándose en unas determinadas posiciones que conservan tras dejar de aplicarse el campo magnetico.Esas posiciones representan los datos, bien sean imagenes, números o musica. Almacenamiento optico Consistente en la lectura a través de haces de luz que interpretan las refracciones provocadas sobre su propia emisión. Los soportes de almacenamiento más famosos que hacen uso de este tipo de almacenamiento son el CD-ROM y el DVD. Existen otros en desarrollo como el EVD. el Blu-ray o el HD DVD.

ESTRUCTURA DEL DISCO Estructura física El disco duro es un dispositivo de almacenamiento no volátil, es decir conserva la información que le ha sido almacenada de forma correcta aun con la perdida de energía, emplea un sistema de grabación magnética digital, es donde en la mayoría de los casos se encuentra almacenado el sistema operativo de la computadora. El primer sistema de direccionamiento que se usó fue el CHS (cilindro-cabezasector), ya que con estos tres valores se puede situar un dato cualquiera del disco. Más adelante se creó otro sistema más sencillo: LBA (direccionamiento lógico de bloques), que consiste en dividir el disco entero en sectores y asignar a cada uno un único número. Este es el que actualmente se usa. Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco: ! " Plato: Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro. ! " Cara: Cada uno de los dos lados de un plato

Cabezal de lectura/escritura: Es la parte del disco duro que lee y escribe los datos del disco..Cada plato tiene dos caras, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para cada cara. En realidad, cada uno de los brazos es doble, y contiene 2 cabezas: una para leer la cara superior del plato, y otra para leer la cara inferior. Por tanto, hay 8 cabezas para leer 4 platos. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros) ó 3 millonésimas de milímetro. Si alguna llega a tocarlo, causaría muchos daños en el disco, rayándolo gravemente, debido a lo rápido que giran los platos .

Pistas: La superficie de un disco esta dividida en unos elementos llamadas pistas concéntricas, donde se almacena la información. Las pistas están numeradas desde la parte exterior comenzando por el 0. Las cabezas se mueven entre la pista 0 a la pista más interna.

Cilindro: Es el conjunto de pistas concéntricas de cada cara de cada plato, los cuales están situadas unas encima de las otras. Lo que se logra con esto es que la cabeza no tiene que moverse para poder acceder a las diferentes pistas de un mismo cilindro. Dado que las cabezas de lectura/escritura están alineadas unas con otras, la controladora de disco duro puede escribir en todas las pistas del cilindro sin mover el rotor.

Sector: Las pistas están divididas en sectores, el número de sectores es variable. Un sector es la unidad básica de almacenamiento de datos sobre los discos duros. Los discos duros almacenan los datos en pedazos gruesos llamados sectores, la mayoría de los discos duros usan sectores de 512 bytes cada uno. Comúnmente es la controladora del disco duro quien determina el tamaño de un sector en el momento en que el disco es formateado, en cambio en algunos modelos de disco duro se permite especificar el tamaño de un sector.

Impulsor de Cabezal: Es un motor que mueve los cabezales sobre el disco hasta llegar a la pista adecuada, donde esperan que los sectores correspondientes giren bajo ellos para ejecutar de manera efectiva la lectura/escritura.

Los discos constituyen el grueso del almacenamiento secundario en los sistemas de computación modernos. La cinta magnética se usó al principio como medio de almacenamiento secundario, pero el tiempo de acceso es mucho más largo que cuando se usan discos. Por ello, hoy día las cintas se utilizan principalmente para respaldos, para almacenar información que se usa raras veces, como medio para transferir información de un sistema a otro, y para guardar cantidades de datos que son demasiado grandes para almacenarse prácticamente en sistemas de disco.

Las unidades de disco modernas se direccionan como grandes arreglos unidimensionales de bloques logicos, que son las unidades de transferencia mas pequeñas. El tamaño de un bloque lógico suele ser de 512 bytes, aunque a algunos discos se les puede dar formato de bajo nivel escogiendo un tamaño de bloque lógico distinto, como 1024 bytes. El arreglo unidimensional de bloques lógicos se hace corresponder secuencialmente con los sectores del disco. El sector O es el primer sector de la primera pista del cilindro más exterior. La correspondencia procede en orden por esa pista, luego por las demás pistas de ese cilindro y luego por el resto de los cilindros desde el más exterior hasta el más interior.

Utilizando esta correspondencia, deberá ser posible convertir un número de bloque lógico en una dirección de disco al estilo antiguo que consiste en un número de cilindro, un número de pista dentro de ese cilindro y un número de sector dentro de esa pista. En la práctica, es difícil realizar esta traducción, por dos razones. Primera, casi todos los discos tienen algunos sectores defectuosos, pero la correspondencia oculta esto sustituyendo sectores de reserva de algún otro punto del disco. Segunda, el número de sectores por pista no es constante. Cuanto más lejos está una pista del centro del disco, más larga es, y más sectores puede contener. Así, los discos modernos se organizan en zonas de cilindros. El número de sectores por pista es constante dentro de una zona, pero a medida que nos movemos de las zonas interiores a las exteriores el número de sectores por pista aumenta. Las pistas de la zona más exterior por lo regular contienen 40% más sectores que las de la zona más interior.

El número de sectores por pista ha ido en aumento a medida que la tecnología de discos mejora, y es común tener más de 100 sectores por pista en la zona exterior de un disco. De forma similar, el número de cilindros por disco ha ido aumentando, y no es inusual tener varios miles de cilindros.

Planificación de discos

Una de las obligaciones del sistema operativo es usar el hardware de forma eficiente. En el caso de las unidades de disco, esto implica tener un tiempo de acceso breve y gran ancho de banda de disco. El tiempo de acceso tiene dos componentes principales El tiempo de búsqueda (seek time) es el tiempo que tarda el brazo del disco en mover las cabezas al cilindro que contiene el sector deseado. La latencia rotacional es el tiempo adicional que el disco tarda en girar hasta que el sector deseado queda bajo la cabeza del disco. El ancho de banda del disco es el número total de bytes transferidos, dividido entre el tiempo total transcurrido entre la primera solicitud de servicio y la finalización de la última transferencia. Podemos mejorar tanto el tiempo de acceso como el ancho de banda planificando la atención de las solicitudes de E/S de disco en un orden apropiado.

Tiempo de acceso

Tiempo de acceso

Tiempo de posicionamiento

Tiempo de acceso

Tiempo de latencia

Cada vez que un proceso necesita E/S de o al disco, emite una llamada al sistema operativo. La solicitud especifica varios elementos de información:

! ! ! !

" " " "

Si esta operación es de entrada o de salida La dirección en disco para la transferencia La dirección en memoria para la transferencia El número de bytes por transferir

Si la unidad de disco y controlador deseados estan disponibles, la solicitud puede atenderse de inmediato; si no, todas las solicitudes de servicio nuevas tendrán que colocarse en la cola de solicitudes pendientes para esa unidad. En un sistema de multiprogramación con muchos procesos, puede ser común que la cola del disco tenga varias solicitudes pendientes. Así, cuando se termina de atender una solicitud, el sistema operativo tiene oportunidad de escoger cuál solicitud pendiente atenderá a continuación.

Planificación FCFS La forma más sencilla de planificación de disco es, desde luego, el servidor por orden de llegada (FCfS, first-come, first-served), Este algoritmo es intrínsecamente justo, pero generalmente no proporciona el servicio más rápido. Consideremos, por ejemplo, una cola de disco que tiene solicitudes de E/S a bloques que están en los cilindros 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67, en ese orden y la cabeza inicia en 53.

Planificación FCFS cola = 98, 183,37. 122,14, 124,65,67 la cabeza inicia en 53 movimiento de cabeza total de 640 cilindros. 0

14

37

53 6567

98

122 124

183

199

ORGANIZACIÓN FCFS Pista

Delta

53 98

45

Total Recorrido 45

183 37

85 146

130 276

122 14

85 108

361 469

124 65

110 59

579 638

67

2

640

Planificación SSTF

Este supuesto es la base del algoritmo de tiempo de búsqueda más corto primero (SSTF, shortest-seek-time-first), que selecciona la solicitud que tiene el menor tiempo de búsqueda a partir de la posición actual de la cabeza. Puesto que el tiempo de búsqueda aumenta con el número de cilindros que la cabeza recorre, SSTF escoge la solicitud pendiente más cercana a la posición actual de la cabeza.

Planificación SSTF

cola = 98, 183,37. 122,14, 124,65,67 la cabeza inicia en 53

ORGANIZACIÓN SSTF Pista

Delta

53 65

12

Total Recorrido 12

67 37

2 30

14 44

14 98

23 84

67 151

122 124

24 2

175 177

183

59

236

La planificación SSTF es en esencia una forma de planificación de trabajo más corto primero (SJF) y, al igual que la planificación SJF, puede causar inanición de algunas solicitudes. Recuerde que en cualquier momento pueden llegar mas solicitudes. Suponga que tenemos dos solicitudes en la cola, para los cilindros 14 y 186, y mientras atendemos la solicitud del cilindro 14 llega una nueva solicitud cercana al 14. Esta nueva solicitud se atenderá en seguida, y se hará esperar a la del 186. Mientras se está atendiendo esta solicitud, podría llegar otra solicitud cercana a la 14. En teoría, podría llegar un flujo continuo de solicitudes cercanas entre sí, y hacer que la solicitud para el cilindro 186 espere indefinidamente. Esta situación se vuelve más probable a medida que aumenta la longitud de la cola de solicitudes pendientes. Aunque el algoritmo SSTF representa una mejora sustancial respecto al algoritmo FCFS, no es óptimo. En el ejemplo, sería mejor mover la cabeza del cilindro 53

Planificación SCAN En el algoritmo SCAN, el brazo del disco parte de un extremo del disco y se mueve hacia el otro, atendiendo las solicitudes a medida que llega a cada cilindro, hasta llegar al otro extremo del disco. Ahí, la dirección de movimiento de la cabeza se invierte, y continúa la atención. La cabeza barre continuamente el disco de un lado a otro. El algoritmo SCAN también se conoce como algoritmo del elevador, ya que el brazo del disco se comporta igual que el elevador de un edificio, que atiende primero todas las solicitudes para subir y luego cambia de dirección para atender las solicitudes de bajar. Usando otra vez el mismo ejemplo. Antes de aplicar SCAN para planificar las solicitudes para los cilindros 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65 y 67, necesitamos conocer la dirección de movimiento de la cabeza, además de la posición actual de la misma (53).

Planificación SCAN cola = 98, 183,37. 122,14, 124,65,67 la cabeza inicia en 53

Planificacion C-SCAN

La planificación SCAN circular (C-SCAN) es una variante de SCAN diseñada para dar un tiempo de espera mas uniforme. Al igual que SCAN, C-SCAN mueve la cabeza de un extremo del disco al otro, atendiendo las solicitudes en el camino, solo que ahora, cuando la cabeza llega al otro extremo, regresa de inmediato al principio del disco sin atender solicitudes . El algoritmo de planificación C-SCAN básicamente trata los cilindros como una lista circular que continúa del último cilindro al primero.

Planificacion C-SCAN

cola = 98, 183,37. 122,14, 124,65,67 la cabeza inicia en 53

Planificación LOOK Observe que, de acuerdo con nuestra descripción, tanto SCAN como C-SCAN mueven el brazo a todo lo ancho del disco. En la practica, ninguno de estos dos algoritmos se implementa así. Por lo regular, el brazo solo llega hasta la última solicitud en cada direccion y luego cambia de dirección inmediatamente, sin primero ir hasta el extremo del disco. Estas versiones de SCAN y C-SCAN se llaman LOOK y C-LOOK, porque miran (look, en inglés) si hay una solicitud antes de continuar en una dirección dada.

Planificación LOOK cola = 98, 183,37. 122,14, 124,65,67 la cabeza inicia en 53

Seleccion de un algoritmo de planificacin de disco Dada la abundancia de algoritmos de planificación de disco, ¿cómo escogemos el mejor? SSTF es comun y tiene un atractivo natural. SCAN y C-SCAN funcionan mejor en sistemas en los que la carga sobre el disco es intensa, y no son propensos al problema de inanicion antes descrito.Con cualquier algoritmo de planificación,del desempeño depende en gran medida del número y los tipos de solicitudes. Por ejemplo, supongamos que la cola por lo regular sólo tiene una solicitud pendiente. Entonces, todos los algoritmos de planificación tienen que comportarse de la misma manera, pues sólo tienen una opción en cuanto a dónde deben mover la cabeza del disco. Todos se comportan como planificación FCFS.

Cabe señalar también que el método de asignación de archivos puede influir mucho sobre las solicitudes de servicio de disco.Un archivo enlazado o indicado, en cambio, podría incluir bloques muy dispersos en el disco, y el movimiento de la cabeza sería mayor. La ubicación de directorios y bloques índice también es importante. Puesto que cada archivo debe abrirse para usarse, y la apertura de un archivo requiere una búsqueda en la estructura de directorios, se accederá a los directorios con frecuencia. La colocación de los directorios y los bloques índice en caches de la memoria principal puede ayudar también a reducir el movimiento del brazo del disco, sobre todo para las solicitudes de lectura.

A causa de estas complejidades, es conveniente que el algoritmo de planificación de disco se escriba como módulo independiente del sistema operativo, a fin de poder sustituirlo por un algoritmo diferente si es necesario. SSTF y LOOK son opciones razonables para el algoritmo por omisión. En los discos modernos, la latencia rotacional puede ser casi tan grande como el tiempo de búsqueda promedio, pero es difícil para el sistema operativo reducir la latencia rotacional mediante planificación, porque los discos modernos no revelan la ubicación física de los bloques lógicos.

Si el sistema operativo envía un lote de solicitudes al controlador, éste podrá encolarlos y luego planificaras a modo de reducir tanto el tiempo de búsqueda como la latencia rotacional. Si el desempeño de E/S fuera la única consideración, el sistema operativo con gusto turnaría al hardware del disco la responsabilidad de planificar el acceso. Además, podría ser deseable garantizar el orden de un conjunto de escrituras en disco para hacer al sistema de archivos resistente a caídas del sistema;Para dar cabida a tales necesidades, un sistema operativo podría optar por realizar su propia planificación de disco.

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!! FORMATEO DE DISCOS !0#"(#./5/*/%,#.!#+,#./0*%#!,#0!*)%&!0#-(&(#1+!#!"# *%,)&%"(.%&##-+!.(#"!!#!0*&/6/&#!,#!"7#!0)!#-&%*!0%#0!# "!#""('(#$%&'()!%#.!#6(8%#,/5!"#%#$%&'()!%#$/0/*%4#

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!! FORMATEO DE BAJO NIVEL

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!! FORMATEO DE ALTO NIVEL

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SECTOR DE ARRANQUE "!*/(*1'5/'6+*1-+0-"&"*'(*-+&*!/#%"*'(*',*#'%)+-*7*.',* .$#%+*',*1-+0-"&"*.'*"--"(5/'*5/'*$($%$",$3"*-'0$#)-+#*2* &'&+-$"8*!/#%"*',*(/%,'+*.',*#$#)'&"*+1'-")$9+8*,+*%"-0"* 2*%+&$'(3"*#/*':'%/%$+(4*

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DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO TERCIARIO !"#$%&'()*+,%+*-*.%+(/01(2'"(+*)%()*+13')%+(,'4'( +%,%4-'4(#4'")1+(.%$561"1+()1()'-%+7(*"8$0+%()1$( %4)1"()1($%+(-14'&9-1+:( ;*82%+()*+,%+*-*.%+(-*1"1"(-*16,%+()1('881+%( +*#"*<8'-*.'61"-1(6'9%41+7(1"(8%6,'4'8*="('( 0"()*+8%(6'#">-*8%:(

Dimensiones: !120 milímetros de diámetro total !15 milímetros de diámetro del agujero central. !1,2 milímetros de grosor.

Organización Física: !El disco contiene una pista en espiral, igual que los discos de audio, que empieza en el centro del disco y termina en la parte exterior del mismo. !Esta pista tiene una anchura de unas 0,6 micras (0'0000006 metros), estando separadas las vueltas adyacentes 1,6 micras (0'0000016 metros). !Lo anterior nos da una idea de la densidad del disco: !aproximadamente 6.300 pistas por centímetro. !Si se extendiese la pista en espiral a lo largo de una línea recta, la longitud total de la misma se aproximaría a los 5 km

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Cintas: !Usadas, principalmente, para hacer copias de seguridad. !Baratas y más lentas que el disco. !Dispositivos de acceso lineal. !Capacidad: 50 gigabytes y más...

Tareas del Sistema Operativo

Tareas del sistema operativo Administración de Trabajos Cuando existen varios programas en espera de ser procesados, el sistema operativo debe decidir el orden de procesamiento de ellos, así como asignar los recursos necesarios para su proceso.

Administración de Recursos Mediante está función el sistema operativo esta en capacidad de distribuir en forma adecuada y en el momento oportuno los diferentes recursos (memoria, dispositivos, etc.) entre los diversos programas que se encuentran en proceso, para esto, lleva un registro que le permite conocer que recursos están disponibles y cuales están siendo utilizados, por cuanto tiempo y por quien, etc.

Administración de Memoria Supervisa que áreas de memoria están en uso y cual están libre, determina cuanta memoria asignará a un proceso y en que momento, además libera la memoria cuando ya no es requerida para el proceso.

Tareas del sistema operativo Control de Operaciones de E/S Mediante esta actividad el sistema operativo decide que proceso hará uso del recurso, durante cuánto tiempo y en que momento.

Recuperación de Errores El sistema operativo contiene rutinas que intentan evitar perder el control de una tarea cuando se suscitan errores en la trasferencia de información hacia y desde los dispositivos de E/S.

Programas de Proceso El sistema operativo contiene programas de servicios que sirven de apoyo al procesamiento de los trabajos, se conocen también como utilerías y se pueden clasificar en tres tipos: A) Utilerías del Sistema. Se ejecutan bajo el control del sistema operativo y se utilizan para preparar algunos recursos usados por el sistema. Son de uso interno. B) Utilerías de Archivo. Manejan información de los archivos tales como imprimir, clasificar, copiar, etc. C) Utilerías Independientes. Realizar funciones que se relacionan con la iniciación de dispositivos de E/S, carga del sistema operativo, etc.

Cuestiones de desempeño