Sysem wejścia-wyjścia Tzy odzaje uządzeń wejścia-wyjścia: Uządzenia pamięci (dyski, aśmy) Uządzenia pzesyłania danych (kay sieciowe, modemy) Uządzenia komunikacji z człowiekiem (klawiauy, myszy, monioy) Różnice między uządzeniami we-wy Uządzenie znakowe - pzesyła bajy (znaki) z osobna jeden za dugim (eminal) Uządzenie blokowe - pzesyła jednoazowo całe bloki (dysk) Dosęp sekwencyjny - dane pzesyłane kolejno w sposób upoządkowany (modem) Dosęp swobodny - można mieć dosęp do danych w óżnych miejscach, niekoniecznie kolejno (CD-ROM) Pzesyłanie synchoniczne - akowane zegaem (aśma) pzesyłanie asynchoniczne - w nieokeślonych chwilach czasu, seowane saem i sopem (klawiaua) Uządzenie dzielone - pzez kilka pocesów (dysk) Wyłączne - ylko dla jednego użykownika (aśma) Szybkość działania - od B/s do GB/s Kieunek pzesyłania - czyanie, pisanie lub czyanie i pisanie Seowanie uządzeniami wejścia-wyjścia Pzekazywanie poleceń z pocesoa do seownika: Seownik posiada ejesy do pamięania danych i sygnałów seujących. Poceso pisze i czya do ejesów w seowniku. Poceso posiada specjalne ozkazy do pisania i czyania poów, Opeacje we-wy odbywają się w pamięci - ejesy są odwzoowywane w pzeszeni adesowej pocesoa. W kompueach IBM PC zasosowane są obydwie meody: Dla konolea gafiki - ekan odwzoowany w pamięci Dla poów szeegowych - ejesy we-wy i bufoy FIFO Po wejścia-wyjścia STAN STEROWANIE DANE WE DANE WY FIFO San (czyane pzez poceso: zakończenie wykonywania polecenia, dosępność baju do czyania, błąd uządzenia) Seowanie (zapisywane pzez poceso: ozpoczęcie polecenia, zmiana ybu pacy uządzenia) Dane wejściowe (czyane pzez poceso dane właściwe) Dane wyjściowe (zapisywane pzez poceso dane dla uządzenia) Układ FIFO - magazyn pośedni - bufouje dane, kóych kompue lub uządzenie nie może w danej chwili odebać. Odpyywanie (polling) Pocedua obsługi co pewien czas esuje san uządzenia w celu spawdzenia jego goowości do ansmisji danych. Ma sens wedy, gdy uządzenie jes częso goowe do wykonania opeacji. Zalea naychmiasowe wykonanie opeacji we-wy Do uzgadniania pomiędzy pocesoem a uządzeniem w posym schemacie poducen-konsumen wysaczą dwa biy: od sony pocesoa bi goowości polecenia w ejesze pleceń - sygnalizujący komplene polecenie dla uządzenia od sony uządzenia bi zajęości (w ejesze sanu), sygnalizujący że uządzenie jes zajęe pacą. Odpyywanie (polling) Kolejność działań pzy uzgadnianiu: Poceso ealizuje akywne czekanie, dopóki bi zajęości jes usawiony Poceso usawia bi pisania i wpisuje baj danych do ejesu danych wy. Poceso usawia bi goowości polecenia Seownik usawia bi zajęości po zauważeniu biu goowości polecenia Seownik czya ejes poleceń, ozpoznaje polecenie pisania. Czya baj danych z ejesu i wykonuje na uządzeniu opeację wejścia-wyjścia Seownik czyści bi goowości polecenia, bi błędu, a na końcu bi zajęości I ak dla każdego baju danych
Pzewania Jeśli uządzenie jes zadko goowe do działania, odpyywanie saje się nieefekywne ( poceso większość czasu poświęca na akywne czekanie. Mechanizm pzewań: poceso ma końcówkę (nóżkę) badającą san linii zgłaszania pzewań po wykonaniu każdego ozkazu. Jeśli poceso wykyje wysąpienie pzewania, o wykonuje opeacje zachowania sanu bieżącego pocesu i pzechodzi do pocedu obsługi pzewań. Po wykonaniu niezbędnych opeacji poceso waca do wykonywania pzewanego zadania W nowoczesnych achiekuach kompueów możliwa zaawansowana obsługa pzewań: - opóźnianie obsługi pzewania podczas działań kyycznych, - maskowanie pzewań (dwie linie pzewań - maskowalna i niemaskowalna) - pzewania wielopoziomowe o óżnym pioyecie Bezpośedni dosęp do pamięci Jes używany w celu uniknięcia ansmisji baj-po-bajcie (zwanego pogamowanym wejściem-wyjściem) dla uządzeń ansmiujących wielkie ilości danych (np dysk), co oszczędza wiele cykli pocesoa Wiele pocedu związanych z ansmisją jes wedy wykonywana pzez specjalizowany poceso - seownik bezpośedniego dosępu do pamięci (DMA conolle) Pzed ozpoczęciem ansmisji w ybie DMA, poceso zapisuje w pamięci blok seujący DMA (wskaźnik do źódła, ades docelowy, liczba bajów do pzesłania), nasępnie pzesyła do seownika DMA ades ego bloku i pzechodzi do wykonywania innych pac. Seownik DMA wykonuje ansmisję, pzejmując w ym czasie seownie szyną pamięci. Poceso nie ma wedy dosępu do pamięci, ale może kozysać z cache i ejesów. Wejście-wyjście z blokowaniem Blokowanie uwalnia poceso od akywnego czekania - poces pzenoszony jes do kolejki pocesów czekających. Po zakończeniu we-wy poces pzechodzi do kolejki pocesów goowych. Niekóe pocesy wymagają wejścia-wyjścia bez blokowania, np poces w kóym sygnały z klawiauy lub myszy pzeplaają się z pzewazaniem i wyświelaniem na ekanie, albo czyanie z dysku z dekompesją danych. W aplikacjach wielowąkowych można zablokować pewne wąki, a inne zosawić akywne. Podsysem wejścia-wyjścia w jądze Planowanie wejścia-wyjścia ma na celu popawę wydajności sysemu, polepszenie wspólnego kozysania z uządzeń pzez pocesy i zmniejszenie śedniego czasu oczekiwania. Bufoowanie - dopasowanie pędkości poducena i konsumena danych (podwójne bufoowanie), dopasowanie uządzeń opeujących na óżnych wielkościach bloków danych (np pakiey sieci a bloki na dysku) Pzechowywanie podęczne (caching) - zapamięanie kopii danych w szybkiej pamięci podęcznej Spooling - użycie bufoa do pzechowywania danych pzeznaczonych dla uządzenia, kóe nie dopuszcza pzeplaania danych z óżnych pocesów (np dukaka) Obsługa błędów Sukuy danych jąda - jądo musi pzechowywać infomacje o sanie używanych składowych wejścia-wyjścia Podsysem wejścia-wyjścia w jądze, cd Podsysem nadzouje: zaządzanie pzeszenią nazw plików i uządzeń, pzebieg dosępu do plików i uządzeń, popawność fomalną opeacji, pzydzielanie miejsca w sysemie plików, pzydział uządzeń, bufoowanie, caching oaz spooling, planowanie opeacji wejścia-wyjścia doglądanie sanu uządzeń, obsługę błędów, czynności napawcze po awaii. konfiguowanie i wpowadzanie w san począkowy modułu seującego Popawianie wydajności wejścia-wyjścia Podsysem ma na celu: zmniejszać liczbę pzełączeń koneksu, zmniejszać liczbę kopiowań danych w pamięci podczas pzekazywania od uządzenia do aplikacji, zmniejszać częsość pzewań popzez pzesyłanie dużych pocji infomacji, pzez opymalizację seowników i sosowanie odpyywania, gdzie o kozysne, zwiększać współbieżność popzez sosowanie seowników pacujących w ybie DMA, ealizować elemenane działania za pomocą spzęu i pozwalać na ich współbieżne wykonywanie w seownikach, ównoważyć wydajność pocesoa, podsysemów pamięci, szyny i opeacji wejścia-wyjścia
Elemeny od kóych zależy wydajność dysku Czyanie lub pisanie wymaga usawienia głowicy nad okeśloną ścieżką i na począku konkenego sekoa. Pozebny na o jes czas dosępu - suma czasu pzeszukiwania i opóźnienia oboowego czas pzeszukiwania (seek ime) - czas pozebny na usawienie głowicy nad ścieżką opóźnienie oboowe (oaional laency) - czas pozebny na obó właściwego sekoa pod głowicę, Czas pzeszukiwania ma duży wpływ na wydajność. Możemy go opymalizować, ponieważ sysem opeacyjny zaządza kolejką żądań dysku Planowanie wejścia-wyjścia dla dysku FCFS - (fis come, fis seved) żądania wejścia-wyjścia ealizowane w kolejności zgłaszania. Algoym spawiedliwy, ale mało wydajny. Pzy dużej liczbie zgłoszeń planowanie zbliżone do losowego (najgoszego) PRI (pioiy) - kókie zadania wsadowe i ineakcyjne mają wyższy pioye i piewszeńswo w dosępie do dysku. Rozwiązanie nieefekywne dla baz danych. LIFO (las in-fis ou) - minimalizuje uch głowicy (żądania kozysają z oganiczonego obszau na dysku). Możliwość głodzenia pocesów SSTF (shoes seek ime fis) - najmniejszy uch głowicy od pozycji bieżącej. Zawsze minimalny czas pzeszukiwania. Możliwe głodzenie. SCAN głowica pzesuwa się od jednej kawędzi dysku do dugiej, lub do osaniego żądania. Poem zmienia się kieunek pzesuwania. Działa jak winda - najpiew zamówienia w góę, poem w dół. Najszybciej po sobie obsługiwane żądania na skajnych ścieżkach, a najpóźniej - po pzeciwnej sonie dysku. Nie ma głodzenia C-SCAN (cicula scan) Użykowy inefejs we-wy divey uządzeń po obsłużeniu osaniego zamówienia na końcu dysku, głowica waca na począek i zaczyna od zea. N-sep-SCAN - podział kolejki na podkolejki o długości N. Kolejne podkolejki obsługiwane meodą SCAN do końca. FSCAN - dwie kolejki, jedna ealizowana, nowe żądania pzychodzą do dugiej Moduły seujące - wewnęznie dososowane są do konkenych uządzeń, a zewnęznie udosępniają pewien sandadowy inefejs sandayzacja pomaga poducenom spzęu wozyć seowniki do własnych uządzeń, widziane pzez obce sysemy opeacyjne Sysemy muszą umożliwiać insalację seowników do nowego spzęu
Zegay i czasomieze Spełniają zy podsawowe funkcje: podawanie bieżącego czasu, podawanie upływającego czasu, powodowanie wykonania okeślonej opeacji w okeślonej chwili czasomiez pogamowalny - służy do pomiau upływającego czasu i powodowania wykonania opeacji w zadanym czasie można go zapogamować na okeślony czas, po kóym geneuje on pzewanie jes o eż zega sysemowy do akowania kwanów czasu (dla pzydziału pocesoa) Uządzenia sieciowe Sieciowe wejście-wyjście óżni się znacznie od dyskowego, pod względem wydajności i adesowania Inefejs gniazda (socke) - aplikacje umożliwiają wozenie gniazda, połączenie lokalnego gniazda ze zdalnym adesem, nasłuchiwanie, pzesyłanie i odbieanie pakieów za pomocą połączenia funkcja wybiez zaządza gniazdami W sysemach Windows NT/2000 - inefejs do konakowania się z kaą sieciową oaz inefejs do do pookołów sieciowych W sysemie Unix - półdupleksowe pooki, pełnodupleksowe kolejki FIFO, pełnodupleksowe sumienie, kolejki komunikaów i gniazda Gniazdo (socke) Wg. Wikipedii: Gniazdo - pojęcie absakcyjne epezenujące dwukieunkowy punk końcowy połączenia. Dwukieunkowość oznacza możliwość wysyłania i pzyjmowania danych. Wykozysywane jes pzez aplikacje do komunikowania się pzez sieć w amach komunikacji międzypocesowej. Gniazdo posiada zy główne właściwości: 1. yp gniazda idenyfikujący pookół wymiany danych 2. lokalny ades (np. ades IP (pookół), IPX, czy Ehene) 3. opcjonalny lokalny nume pou idenyfikujący poces, kóy wymienia dane pzez gniazdo (jeśli yp gniazda pozwala używać poów) Gniazdo może posiadać (na czas wania komunikacji) dwa dodakowe aybuy: 1. ades zdalny (np. ades IP (pookół), IPX, czy Ehene) 2. opcjonalny nume pou idenyfikujący zdalny poces (jeśli yp gniazda pozwala używać poów) Ades IP wyznacza węzeł w sieci, nume pou okeśla poces w węźle, a yp gniazda deeminuje sposób wymiany danych. Jeśli gniazdo używa numeów poów o lokalny nume pou może zosać pzydzielony auomaycznie i nosi wedy nazwę efemeycznego numeu pou. Lokalny nume pou może eż zosać wymuszony pzez wykonanie pzypisania ( bind) gniazdu numeu pożądanego pzez wócę aplikacji. Wejście-wyjście w óżnych sysemach opeacyjnych MS-DOS Nazwy uządzeń zakończone dwukopkiem, np. A:, C:, PRN: Odwzoowane są na okeślone adesy poów za pomocą ablicy uządzeń. Sysem opeacyjny może pzypisać każdemu uządzeniu dodakowych funkcji, np spooling dla dukaki UNIX Nazwy uządzeń są pamięane w pzeszeni nazw sysemu plików (kaalog /dev /devices) W sukuze kaalogowej zamias numeu I-węzła jes zapisany nume uządzenia w posaci pay <saszy,młodszy>. Saszy nume uządzenia idenyfikuje moduł seujący, kóy zeba wywołać dla obsługi we-wy, a młodszy jes pzekazywany do modułu seującego jako indeks do ablicy uządzeń. Wpis w ablicy uządzeń zawiea ades pou lub ades seownika odwzoowany w pamięci Wejście-wyjście w óżnych sysemach opeacyjnych UNIX -cd Sumień - kanał komunikacyjny pomiędzy pocesem użykownika a uządzeniem Sumień składa się z: - głowy - inefejs z pogamem użykownika, - zakończenia seującego - inefejs z uządzeniem - modułów pzewazających - filów na komunikaach płynących w sumieniu. Każdy ze składników sumienia zawiea co najmniej jedną paę kolejek: we i wy Konola pzepływu w sumieniu ealizowana jes za pomocą bufoów wejścia-wyjścia We-wy na sumieniu jes asynchoniczne Seownik jes zawieszony do chwili pojawienia się danych Gdy bufo jes pełny - uaa komunikaów
Wejście-wyjście w óżnych sysemach opeacyjnych Windows NT/2000 Cache manage - zaządza całym podsysemem wejściawyjścia Podsysem we-wy akuje File Sysem Dives ak samo jak Device Dives Newok Dives - seowniki sieci Hadwae Device Dives - dosęp do ejesów uządzeń wejścia-wyjścia Wejście-wyjście może być asynchoniczne i synchoniczne Sysem ma wbudowane mechanizmy do sygnalizowania zakończenia asynchonicznego wejścia-wyjścia