SO - RESUMO

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UNIVERSIDADE CIDADE DE SÃO PAULO - UNICID
GRADUAÇÃO EM CST ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS
DANILO PEREIRA DOS REIS - 1886562-3
GABRIEL BELO - 1928134-0
GUILHERME DA SILVA JACYNTHO - 1904481-0
 IGOR GOMES DA SILVA - 1879405-0
RODRIGO DA CONCEIÇÃO SIMÃO - 1922788-4
ROUWILLER MARTINS PORTO - 1886564-0
GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS
DANILO PEREIRA DOS REIS - 1886562-3
GABRIEL BELO - 1928134-0
GUILHERME DA SILVA JACYNTHO - 1904481-0
 IGOR GOMES DA SILVA - 1879405-0
RODRIGO DA CONCEIÇÃO SIMÃO - 1922788-4
ROUWILLER MARTINS PORTO - 1886564-0
GERÊNCIA DE DISPOSTIVOS
Trabalho apresentado como requisito parcial para conclusão da disciplina Sistemas Operacionais em CST em Análise de Desenvolvimento de Sistemas, da Universidade Cidade de São Paulo.
Orientador: Prof. Max D’ Angelo Pereira
indice
GERÊNCIA DE DISPOSITIVOS
Resumo: Esse trabalho tem o objetivo de apresentar o entendimento sobre o capitulo 12 Gerencia de Dispositivos, do livro Arquitetura de Sistemas Operacionais, dos escritores FRANCIS BERENGER MACHADO & LUIZ PAULO MAIA, demonstrando os conceitos de dispositivos de entrada e saída bem como seu funcionamento no sistema operacional.
1- INTRODUÇÃO
A gerência de dispositivos de entrada/saída é uma das principais e mais complexas funções do sistema operacional. Sua implementação é estruturada através de camadas de um modelo semelhante ao apresentado para o sistema operacional, utilizando o conceito de máquina de níveis. As camadas de mais baixo nível escondem características das camadas superiores, oferecendo uma interface simples e confiável ao usuário e suas aplicações.
2- SUBSISTEMA DE ENTRADA E SAÍDA
O subsistema de entrada e saída é responsável por realizar as funções comuns a todos os tipos de dispositivos, ficando os aspectos específicos de cada periférico como responsabilidade dos drivers. Dessa forma, o subsistema de E/S é a parte do sistema operacional que oferece uma interface uniforme com as camadas superiores.
Cada dispositivo trabalha com unidades de informação de tamanhos diferentes, como caracteres ou blocos. O subsistema de E/S é responsável por criar uma unidade lógica de transferência independente do dispositivo e repassa-la para os níveis superiores, sem o conhecimento do conteúdo da informação.
Normalmente, o tratamento de erros nas operações de E/S é realizado pelas camadas mais próximas ao hardware.
Todos os dispositivos de E/S são controlados, com o objetivo de obter o maior compartilhamento possível entre os diversos usuários de forma segura e confiável. Alguns dispositivos como os discos, podem ser compartilhados, simultaneamente, entre os diversos usuários, sendo o sistema operacional responsável pela integridade dos dados acessados. Outros como as impressoras, devem ter acesso exclusivo, e o sistema operacional deve controlar o seu compartilhamento de forma organizada.
O subsistema de E/S é responsável também por implementar todo um mecanismo de rotação de acesso aos dispositivos. No momento em que o usuário solicita a realização de uma operação de E/S, é verificado se o seu processo possui permissão para realizar a operação.
A bufferização é outra tarefa realizada por esse subsistema. Essa técnica permite reduzir o número de operações de E/S, utilizando uma área de memória intermediária, chamada de buffer.
Uma das principais funções do subsistema de E/S é criar uma interface padronizada com os device drivers. Sempre que um novo dispositivo é 5 instalado no computador, é necessário que um novo driver seja adicionado ao sistema. O subsistema de E/S deve oferecer uma interface padronizada que permita a inclusão de novos drivers sem a necessidade de alteração da camada de subsistema de E/S. 
3- DEVICE DRIVER
O device driver tem a função de inserir a comunicação do subsistema de E/S com o dispositivo por meio dos controladores, enquanto o subsistema cuida das funções de todos os dispositivos os drivers cuidam apenas de aspectos particulares.
A função do driver é traduzir todos os comandos recebidos de acesso ao dispositivo e traduzir para comandos específicos que serão executados pelos controladores. 
O sistema possui diferentes tipos de drivers para cada dispositivo.
O driver está ligado diretamente ao controlador, tendo como sua principal função receber comandos do subsistema e traduzir para comandos que possam ser interpretados pelos dispositivos, além disso o driver cuida também da inicialização e gerenciamento dos dispositivos.
Por exemplo, na leitura de um dado em disco, o driver recebe a solicitação do subsistema e informa ao controlador o caminho que está localizado o dado. O processo entra em espera até que o controlador avise a UCP do término através de uma interrupção, ativando novamente o device driver que verifica a existência de erros, após esse processo as informações são enviadas para a camada superior, retirando o processando do modo de espera para continuar o processamento. 
Os devices drivers estão no núcleo do S.O, eles são escritos geralmente em Assembly, por serem códigos reentrantes que são executados em modo kernel devem ser cuidadosamente desenvolvidos e testados para não comprometer o funcionamento do sistema.
Por conta da grande dependência dos drivers entre o restante do núcleo do sistema, os fabricantes desenvolvem para o mesmo dispositivo diversos tipos de drivers, um para cada tipo de S.O, sempre que um dispositivo novo é instalado o device driver deve ser adicionado ao núcleo do sistema. Nos sistemas mais antigos, essa inclusão significa a recompilação do kernel que é um processo mais complexo que exige que seja reiniciado o sistema, atualmente é possível fazer essa instalação sem que seja reiniciado o sistema.
4- CONTROLADOR DE ENTRADA E SAÍDA
Os controladores de E/S são componentes de hardware responsáveis por manipular diretamente os dispositivos de E/S. O sistema operacional, mais exatamente o device driver, comunica-se com os dispositivos dos controladores.
O controlador possui memória e registradores próprios utilizados na execução de instruções enviadas pelo device driver. O controlador deve armazenar em seu buffer interno uma sequência de bits proveniente do dispositivo até formar um bloco.
A transferência do bloco do buffer interno do controlador para o buffer de E/S da memória principal pode ser realizada pela UCP ou por um controlador de DMA.
 O DMA evita que o processador fique ocupado com a transferência do bloco para a memória podendo fazer parte do controlador ou ser um dispositivo independente.
O controlador pode ser configurado para a visar o termino da gravação, mesmo quando os dados ainda se encontram no buffer do controlador e a operação do de gravação no disco não foi realizada ( write-back caching) obtendo ganhos no seu desempenho.
O padrão mais popular para a conexão de dispositivo a um computador é o SCSI (small computer systems interface) podendo ser utilizado em computadores pessoais ou até grande porte. O SCSI define padrões de hardware e software que permitem conectar ao sistema computacional dispositivo de fabricantes diferente, como discos, CD-ROMs, scanners e unidade de fita devendo estar configurado o sistema operacional com driver SCSI e o hardware com com um controlador SCSI, onde os periféricos são conectados.
5- DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA
Para melhor entendimento, podemos dizer que os dispositivos de entrada e saída significam, entrada de dados/informações e saída de dados/informações. Esses dispositivos são utilizados para a interação do sistema computacional e o mundo externo. Um exemplo de entrada de dados é o CD-ROM, teclado e mouse e saída de dados uma impressora. Mas além disso também é possível que um dispositivo também seja de entra e saída e como impressora e modems e CD-RW.
Os controladores dos dispositivos fazem as transferências de dados que ocorrem por meio de blocos de informação ou caracteres. Dependendoda forma que os dados são armazenados eles podem ser classificados em duas formas dispositivos estruturados e não estruturados, os estruturados armazenam dados em blocos de tamanhos únicos onde podem ser copiados e gravados por unidade, sem precisar dos demais arquivos. Dois exemplos de dispositivos não estruturados é o disco magnético e ópticos.
Os dispositivos estruturados se classificam em dispositivos de acesso direto ou sequencial. Quando um bloco pode ser recuperado atrás de um endereço é classificado como de acesso direto, e sequencial quando o dispositivo precisa percorrer uma sequencia analisando todos os blocos até chegar no bloco pretendido, como exemplo a fita magnética.
As sequencias de caracteres enviadas ou recebidas sem ser feita no formato de blocos são os dispositivos não estruturados, que não permite acesso direto os dados pois são sequência de dado não endereçável, impressoras é um exemplo.
6- DISCOS MAGNÉTICOS
Podemos concluir que um disco magnético é um dispositivo de entrada e saída que guarda a maioria dos dados de cada aplicação pelo sistema operacional. 
Recapitulando é a parte do computador onde são armazenadas as informações, é a "memória permanente". É caracterizado como memória física, não-volátil, que é aquela na qual as informações não são perdidas quando o computador é desligado.
O disco magnético é constituído por vários discos que giram em uma velocidade constante na mesma direção. Cada disco e composto por trilhas e todas tem seus próprios setores, aquelas que ocupam a mesma posição vão se formando um cilindro cada um deles tem um mecanismo de leitura e gravação que são conectados e um dispositivo que faz um sentido radial, que vai emitindo raios.
Agora existem 3 funções para a leitura e gravação de um disco magnético é o tempo de seek, latência Rotacional e Transferência. O tempo Seek é o tempo gasto na interpretação da localização do dado no disco, a latência Rotacional e o tempo de espera até que o setor desejado se posicione, e a transferência corresponde o tempo necessário para a transferência de uma gravação ou leitura do disco.
Com todo esse mecanismo, o tempo dessas operações de entrada e saída são muito longos se comparado ao número de instruções dos processadores pelo fato que o tempo seek é a função quem tem mais impacto no acesso aos dados, para melhoras esse tempo eliminamos parcialmente o tempo seek e latência e copia as parte do disco para memoria principal mais conhecida como memória RAM.
7- DESEMPENHO, REDUNDÂNCIA E PROTEÇÃO DE DADOS
As técnicas de gerenciamento de discos foram criadas no final da década de 1980 por pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley eles descobriram que essas técnicas melhorava as operações de E/S e praticava redundância e proteção de RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disk) RAID são dados, essas técnicas desenvolvidas pelos pesquisadores foram divididas em seis níveis (RAID 1-6). Essas técnicas fizeram muito sucesso no mercado e logo em seguinte foi colocado e chamado de RAID 0. 
As técnicas de RAID podem ser inseridas nos controladores de discos que são subsistema RAID externo, ou por software pelo SO, também podem ser implementadas pelo JBOD (Just a Bunch of Disks) que é um produto gerenciador de discos. No RAID é essencial a criação de um dispositivo virtual que se chama array de discos, o array representa um grupo de discos fisico que são tratados pelo SO, ele é como se fosse um único disco, disco que tem uma grande capacidade de armazenamento, alto desempenho e confiabilidade nos dados armazenados. 
As técnicas que serão apresentadas agora, serão representadas por ter uma grande utilização em diversos sistemas computacionais. Que são RAID 0, RAID 1 E RAID 5
RAID 0: Striping
A RAID 0, também pode ser chamada de striping, resume-se a execução do chamado disk striping, que distribui as operações de E/S para os diversos discos físicos do array com objetivo de melhorar o desempenho. As operações de E/S podem ser processadas paralelamente pois os dados são divididos entre os diversos discos. 
O stripe set é o que precisa ser feito para colocar em pratica o striping, stripe set nada mais é do que um conjunto de discos, e cada disco é dividido em pedaços (stripes). Os dados são divididos quando um arquivo é gravado e são espalhados simultaneamente e divididos em pedaços iguais pelos stripes.
RAID 1: Espelhamento 
A RAID 1, também pode ser chamada de espelhamento ou mirroring, resume-se em refutar todo o conteúdo do disco principal, esse disco seria o disco primário, e isso só aconteceria em um ou mais discos que são espelhos ou secundários, a repetição oferecida, no caso de falha do disco principal garante que os discos-espelhos serão usados de forma transparente pelo sistema de arquivos. 
Entre o disco principal e os discos de espelhos quando falamos dos conteúdos e sua sincronização é necessário que toda operação de escrita feita no disco primário seja replicada para os discos espelhos, as vantagens oferecidas pela redundância nessa técnica, a capacidade útil do subsistema de discos com a implementação do RAID 1 é de 50%. Em um Subsistema RAID externo a técnica RAID 1 pode ser inserida por um software em subsistema JBOD.
RAID 5: Acesso Independente com Paridade Distribuída
A RAID5 5, resume-se em distribuir os dados entre os array e inserir repetição baseada em paridade. Essa repetição é implementada por cálculos do valor da paridade dos dados, guardados nos discos do array.
Os dados podem ser recuperados caso ocorra uma falha nos discos do array utilizando um algoritmo de reconstrução utilizando as informações de paridade. A grande vantagem de uma técnica de redundância que se aplica a paridade é que o espaço adicional utilizado tem que ser menor para armazenar informação de controle que a técnica de espelhamento. 80% é o aproximado da capacidade útil da técnica RAID 5. Requer um overhead nas operações de gravação no disco por causa do cálculo da paridade.
3 CONCLUSÃO 
Concluímos com esse trabalho, que o objetivo do gerenciamento de dispositivos, disponibiliza vários métodos e técnicas de funcionamento para os sistemas operacionais relacionado a armazenar dados em dispositivos, com isso melhorando os resultados e desempenho e comunicação com outras aplicações, gerando recuperação de dados e segurança ao usuário.
Levando em consideração esse estudo computacional, o método de gerencia de dispositivos envolve e é uma das mais grandes funções de um sistema operacional 
REFERÊNCIAS
MACHADO, F. B.; MAIA, L. P. Arquitetura de sistemas operacionais. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013.