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Module Systèmes dexploitation Chapitre 11 Systèmes dentrée/sortie École Normale Supérieure Tétouan Département Informatique 2008-2009.

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1 Module Systèmes dexploitation Chapitre 11 Systèmes dentrée/sortie École Normale Supérieure Tétouan Département Informatique

2 2 Synopsis Introduction Méthodes de communication –Scrutation (polling) –Interruption Catégorie des périphériques Accès direct en mémoire (DMA) Niveaux des logiciels dentrées-sorties –Contrôleurs –Pilotes Sous-système E/S du noyau Ordonnancement E/S –Mise en tampon –Mise en cache –Mise en attente et réservation de périphérique –Gestion des erreurs

3 3 Introduction Lordinateur peut effectuer des entrées-sorties – échanger des données – avec des organes externes : –électroniques, tels que les mémoires, –magnétiques, tels que les disques ou les disquettes, –mécaniques, tels que le clavier, les imprimantes,… Les périphériques – les organes externes – mis en œuvre sont de nature très différente et lun des objectifs du système de gestion des entrées-sorties est de préserver une relative homogénéité dans leur mode daccès.

4 4 Introduction Structure typique de bus PC

5 5 Introduction Deux techniques de base pour communiquer le CPU et contrôleurs périphériques: –CPU et contrôleurs communiquent directement par des registres –CPU et contrôleurs communiquent par des zones de mémoire centrale –Combinaisons de ces deux techniques RAM CPU Contrôleur Périphérique

6 6 Introduction Adresses des ports dE/S des périphériques PC

7 7 Méthodes de communication Deux méthodes principales: –Scrutation (polling): linitiative est au programme –Interruption: linitiative est à la périphérique Grande variété dimplémentations

8 8 Méthodes de communication Scrutation (polling) Bit dans le contrôleur E/S: –0 si occupé à travailler –1 si libre - prêt à accepter commande Bit dans le CPU: commande prête (command ready) – 1 sil y a une commande prête à exécuter par le contrôleur Le CPU continue de regarder le bit occupé du contrôleur jusquà ce quil soit libre Elle positionne alors le bit commande prête Le contrôleur voit ceci et devient occupé Inefficacité de cette méthode si (comme normal) le CPU se trouve très souvent dans une boucle de scrutation –Attente occupée

9 9 le CPUfait son travail, jusquà ce quelle reçoit un signal sur la ligne de requête dinterruption (interrupt request line) –Cette ligne est interrogée après lexécution de chaque instruction À moins que linterruption ne soit masquée Souvent deux lignes dinterruptions: masquable, non masquable –Transfert à une adresse de mémoire où il y a renvoi à la routine de traitement –Les interruptions ont différentes priorités Si une interruption dhaute priorité se présente lors que le système est en train de traiter une int. de prio. faible, la première est traitée avant Méthodes de communication Interruption

10 10 Méthodes de communication Interruption

11 11 Méthodes de communication Interruption Table des vecteurs dinterruptions Intel Pentium (partie)

12 12 Catégorie des périphériques On classe les périphériques dentrées-sorties en deux catégories principales : Les périphériques blocs : On gère les données par lintermédiaire de blocs de tailles fixes, couramment de 512 ou 1024 octets et parfois plus. Laccès à chacun de ces blocs étant aléatoire. Les disques correspondent, à peu près, aux périphériques blocs. Les périphériques caractères : Ils fournissent ou acceptent une suite de caractères sans réelle structure. Les terminaux, les écrans, les mémoires sont des périphériques caractères.

13 13 Accès direct en mémoire (DMA) Dans les systèmes sans DMA, le CPU est impliquée dans le transfert de chaque octet DMA est utile pour exclure limplication de le CPU surtout pour des E/S volumineuses Demande un contrôleur spécial Ce contrôleur a accès direct à la mémoire centrale

14 14 Accès direct en mémoire (DMA) En six étapes

15 15 Niveaux des logiciels dentrées-sorties Le traitement des entrées-sorties se fait sur plusieurs niveaux, des plus proches du matériel aux plus proches de lutilisateur. Les niveaux proches de lutilisateur doivent sefforcer, autant que possible, de masquer les particularités physiques des périphériques.

16 16 Niveaux des logiciels dentrées-sorties Contrôleurs La plupart du temps, le processeur ne commande pas directement les périphériques. Il utilise pour cela un circuit spécialement adapté, un contrôleur, de caractéristiques propres à chaque périphérique. Les commandes du processeur au périphérique sopéreront alors par lintermédiaire de ce contrôleur. Ces commandes correspondent directement aux mécanismes physiques du périphérique telles, par exemple, que le déplacement du bras dun lecteur de disque. Par ailleurs, les contrôleurs sont souvent dune grande complexité électronique.

17 17 Niveaux des logiciels dentrées-sorties Contrôleurs Les contrôleurs et le processeur opèrent en parallèle. Le contrôleur dispose dune mémoire tampon, pour lui permettre, par exemple, de lire des données en provenance du périphérique dentrée pendant que le processeur traite une autre tâche. Le contrôleur signale lachèvement de son travail en émettant une interruption qui lui est propre. À la réception de cette interruption, le processeur se branche à un emplacement fixe. La valeur de cet emplacement est contenue dans une adresse – un vecteur – spécifique à chaque interruption. À ladresse dinterruption, une routine réalise, en général, le transfert des données vers la mémoire principale, puis rend la « main » au processus précédent.

18 18 Niveaux des logiciels dentrées-sorties Pilotes Les pilotes de périphériques soccupent de traduire les requêtes des entrées-sorties dans des commandes propres à chaque contrôleur. Ils gèrent aussi une partie des erreurs matérielles. Ils sintègrent enfin, dans le cas dUnix, dans le système de fichiers. Les fichiers pouvant recouvrir à la fois des données sur disques, des périphériques,… Ce système de fichiers à lavantage de présenter une interface uniforme aux entrées-sorties : dadressage, de protection, dallocation et de libération des périphériques, de signalisation des erreurs, etc.

19 19 Sous-système E/S du noyau Fonctionnalités: –Ordonnancement E/S –Mise en tampon –Mise en cache –Mise en attente et réservation de périphérique –Gestion des erreurs

20 20 Sous-système E/S du noyau Ordonnancement E/S Optimiser lordre dans lequel les E/S sont exécutées –Chapitre 10 (partie ordonnancement disque)

21 21 Sous-système E/S du noyau Mise en tampon Double tamponnage: –P.ex. en sortie: un processus écrit le prochain enregistrement sur un tampon en mémoire tant que lenregistrement précédent est en train dêtre écrit –Permet superposition traitement/E/S

22 22 Sous-système E/S du noyau Mise en cache Quelques éléments couramment utilisés dune mémoire secondaire sont gardés en mémoire centrale Donc quand un processus exécute une E/S, celle-ci pourrait ne pas être une E/S réelle: –Elle pourrait être un transfert en mémoire, une simple mise à jour dun pointeur, etc.

23 23 Sous-système E/S du noyau Mise en attente et réservation de périphérique: spoule Spoule ou Spooling est un mécanisme par lequel des travaux à faire sont stockés dans un fichier, pour être ordonnancés plus tard Pour optimiser lutilisation des périphériques lentes, le SE pourrait diriger à un stockage temporaire les données destinés à la périphérique (ou provenant delle) –P.ex. chaque fois quun programmeur fait une impression, les données pourraient au lieu être envoyées à un disque, pour être imprimées dans leur ordre de priorité –Aussi les données en provenance dun lecteur optique pourraient être stockées pour traitement plus tard

24 24 Sous-système E/S du noyau Gestion des erreurs Exemples derreurs à être traités par le SE: –Erreurs de lecture/écriture, protection, périphérique non-disponible Les erreurs retournent un code raison Traitement différent dans les différents cas…

25 25 Quiz Time! Questions?


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