Upload
others
View
12
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Les systemes d’exploitation
Wadoud Bousdira1
1LIFO, University of OrleansOrleans, France
Orleans, 2018-2019
Gestion des entrees/sorties
Systeme d’E/S
Interface entre les utilisateurs et les peripheriques
Les peripheriques
extreme diversite de peripheriques ;
correspondent a la partie la moins figee de l’ordinateur (on ajoute, onremplace des peripheriques. . .)
permet a l’utilisateur de realiser des operations d’E/S de maniereuniforme, avec des commandes de haut niveau.
L’utilisateur ordonne des operations d’E/S logiques (ou virtuelles) le SEles transforme en E/S physiques ou reelles.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 2 / 25
Diversite des peripheriques
3 sens de communication
peripheriques d’entrees : clavier, souris, ecran tactile, tablettegraphique, manette de jeu, scanner, camera magnetique, etc. . .
peripheriques de sorties : ecran graphique, imprimante, enceintes,etc. . .
peripheriques d’E/S : imprimante multi-fonctions, disquette, disquedur, clef amovible, CD, DVD, bande magnetique, carte reseau,modem, etc. . .
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 3 / 25
Diversite des peripheriques
Caracterisation
vitesse de transfert de l’information depuis ou vers le peripherique. Deqq octets/seconde (clavier) a des dizaines de Mo/seconde (disque durou interface reseau).
format des donnees. Bit par bit (modems reseaux), ou octet paroctet, ou plusieurs octets a la fois.
commandes envoyees et signaux emis,I un disque dur lance des commandes de deplacement de la tete de
lecture,I une imprimante previent d’un manque de papierI une carte reseau informe de l’arrivee d’un acces entrant. . .
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 4 / 25
Gestion des E/S
La communication utilise des bus
Bus
Processeur
et cache
Carte vidéoMémoire
principaleBus
vidéo mémoire
Bus
Bus principal
Bus de communication
Pont nord
Pont sudd’entrées/sorties
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 5 / 25
Gestion des E/S
Les bus
Tendance a l’integration de plus en plus poussee sur la puce du processeur.
Bus principal (ou bus systeme) :I doit etre le plus rapide et le plus large possibleI relie a un circuit integre specialise, charge de repartir les informations
entre processeur, memoire, carte video et les autres composants, via lepont sud.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 6 / 25
Les bus
Structure
en 3 parties
le bus d’adresses. Designe un element ou une case memoireI 32 bits en general. Sur les processeurs recents, 36 a 42 bits.I Vehicule des adresses physiques. Taille independante des adresses
virtuelles d’un processus.I souvent unidirectionnel. C’est le processeur qui indique une adresse aux
autres composants.
le bus de donnees. Permet de transferer les informations d’uncomposant a un autre.I de sa largeur depend le debit d’informations disponibles sur le bus.
Ex. s’il est de 8 bits, permet d’echanger un octet a la fois.
le bus de controle. Transporte les signaux de controle qui indiquent letype d’operation souhaite, dont les elements sont sur les 2 autres bus.I bidirectionnel pour que les composants qu’il relie puissent
communiquer si besoin.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 7 / 25
Les bus
Arbitrage du bus
Conflit d’acces quand plusieurs elements sont connectes a un meme bus etque plusieurs d’entre eux demandent simultanement a le controler pouremettre une requete
arbitrage centralise : l’un des composants est designe comme arbitreI les demandes d’acces au bus se font via une ligne specialisee et l’arbitre
accede a la requete de l’un des composants en fonction de prioritespre-etablies (ou tournantes).
I surcharge l’arbitre, ou necessite d’ajouter un circuit dedie a l’arbitrage.
arbitrage decentralise : aucun arbitre n’est designeI chaque composant emet une requete sur des lignes speciales et
compare son niveau de priorite a celui des autres elements.I le plus prioritaire sait que le bus lui est attribue et qu’il peut l’occuper.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 8 / 25
Les bus
Horloge du bus
Les composants de l’ordinateur travaillent a des rythmes differents, il fautles synchroniser.
Bus asynchrone : relie deux composants sans contraintes temporellesfortes. Chacun peut travailler a son propre rythme.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 9 / 25
Bus asynchrone
Lecture memoire effectuee par le processeur
3
...
...
...
...
...
bus d’adresses
Lecture
Requete
bus de
données
Acq
Données
1
2
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 10 / 25
Bus asynchrone
1 Mise a 1 sur le bus de controle : acces demande.
2 l’information demandee est disponible sur le bus de donnees. Leboıtier memoire le signale en validant une ligne d’acquittement.
3 le processeur recupere la donnee, remet le signal de lecture au repos,et desactive le signal de requete. Signal d’acquittement desactive.
Grande souplesse
plus grande complexite du materiel a cause de la gestion de signaux
supplementaires
Plus utilise comme bus principal, mais uniquement pour les E/S.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 11 / 25
Horloge du bus
Bus synchrone : integre un signal d’horloge sur un des fils de la partiecontrole.I Permet une synchronisation des unites connectees lors d’un echange
d’informations.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 12 / 25
Bus synchrone
Lecture de donnee en memoire
3
AdresseBus
d’adresses
Horloge
cycle 2 cycle 3cycle 1
Données
Lecture
Bus de
données
1
2
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 13 / 25
Bus synchrone
1 Au debut du cycle d’horloge, le processeur envoie l’adresse demandeesur le bus d’adresses et un signal de lecture memoire.
2 Le bus maintient ces signaux pendant 2 cycles (specifications du bus).L’information renvoyee doit etre disponible au debut du troisiemecycle d’horloge.
3 le processeur recupere cette information au 3eme cycle d’horloge. A lafin de ce cycle, elle est retiree.
La description temporelle des echanges dans les specifications permetde savoir quand chaque composant doit faire son travail.
Du point de vue materiel, unites fonctionnelles simples
Plus grande rigueur pour integrer les contraintes temporelles de
chaque composant des la conception
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 14 / 25
Gestion des entrees/sorties
Controleur d’E/S
Place entre le bus systeme (ou un 1er bus de communication) et leperipherique.
pilote l’operation d’E/S a la place du processeur
formate les donnees et les memorise temporairement pour adapterleur format et la vitesse de leur transfert entre le bus decommunication et le peripherique
permet le branchement de divers modeles de peripheriques via uneinterface externe standardisee.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 15 / 25
Gestion des entrees/sorties
Bus et controleurs d’E/S
Firewire
ports
USB
Controleur
Ethernet
Controleur
Firewire
Controleur
graphique
ControleurUSB
Disquedur
LecteurCD/DVD
Controleur
Wifi
MémoireprincipaleNord
Pont
Processeur
et cache
bus système
bus de communication
bus PCIexpress
bus UATA
bus
serial UATA
Controleurs PCI
Controleur
de disque
moniteurvidéo
bus PCI
express
Pont Sud
portEthernet
port
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 16 / 25
Controleurs
Controleur d’E/S et peripheriqueBus interne de communication
Interfaceinterne
MémoireLogique de
commande
Interface
externe
Interface
externe
Electronique
de commande
Bus externe standard
Controleur d’E/S
dans un chipset ou
un circuit spécifique
Eletronique de commande
dans le périphérique
Matériel
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 17 / 25
Gestion logicielle des E/S
commandes du controleur programmees en assembleur
pour chaque peripherique, installer un pilote specifique dans l’OS.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 18 / 25
Gestion logicielle des E/S
E/S par interrogation
pour des E/S simples.
Le processeur interroge periodiquement le peripherique (polling)
simple a gerer au niveau de la carte d’E/S
oblige le processeur a une attente active pendant tout le deroulement
de l’operation ⇒ l’empeche d’effectuer d’autres taches
peripheriques avec un temps de reponse court et transferant peu dedonnees a chaque fois, ex. une souris
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 19 / 25
Gestion logicielle des E/S
E/S par interruption
Au lieu de consulter le controleur d’E/S en permanence, le processeurattend que celui-ci le previenne de la fin d’une operation (erreur,disponibilite de la donnee) par une interruption
le controleur envoie un signal d’interruption au processeur
l’OS reprend la main pour interroger le controleur en lui envoyant unecommande de lecture du statut du peripherique
le controleur indique que la donnee est prete ou previent d’une erreur.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 20 / 25
E/S par interruption
Bien adapte aux E/S asynchrones
permet au processeur de ne pas gaspiller le temps correspondant au
delai d’attente de disponibilite du peripherique
perte de temps dans les transferts de donnees car celles-ci empruntentdeux fois le bus (peripherique → processeur, processeur →memoire)
Reserve aux transferts de donnees courts.
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 21 / 25
E/S par acces direct a la memoire
Le controleur d’E/S travaille directement avec la memoire sans passer parle processeur
la carte d’E/S est equipee d’un controleur DMA (Direct MemoryAccess)
le DMA peut prendre le controle du bus pour envoyer les donnees versla memoire depuis le peripherique, et inversement. Il contientI un registre d’adresses relie au bus d’adresses,I un registre de donnees relie d’un cote au peripherique et de l’autre au
bus de donnees,I un compteur (nb octets a transferer).
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 22 / 25
E/S par DMA
bus d’adresses
Compteur
Registre
d’adresses
Registrede données
Controleur DMA
Processeur Mémoire
Périphérique
bus de controle
bus de données
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 23 / 25
Acces direct a la memoire
Le processeur est completement decharge du travail lie a l’E/S
La complexite du controleur ↗
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 24 / 25
E/S par processeur specialise
Carte d’E/S possedant son propre processeur
execute un programme stocke dans une memoire auxiliaire,
gere la totalite de l’E/S (calculs, transferts, erreurs,. . .)
le processeur indique au processeur specialise l’adresse du programmea executer. Il est prevenu de la fin de l’execution par une interruption.
convient aux E/S compliquees (ex. affichage video).
W. Bousdira (LIFO) Les systemes d’exploitation Orleans 2018 25 / 25