L4 4 Gestion de entradas salidas por el sistema operativo

Summary

Este video explica cómo los sistemas operativos gestionan las entradas y salidas (E/S) de los dispositivos, como discos y periféricos, de manera eficiente. A través de un modelo por capas, se detalla cómo el sistema operativo abstrae las características de hardware, permitiendo que los programas de usuario interactúen con los dispositivos sin preocuparse por detalles específicos. Se presentan conceptos clave como dispositivos virtuales, controladores y técnicas como la memoria caché, el acceso directo a la memoria (DMA) y el uso de spools para optimizar el rendimiento en la gestión de impresoras, por ejemplo. El video abarca tanto los sistemas Unix como Windows, destacando sus similitudes y diferencias en la implementación de estos modelos.

Takeaways

• 😀 El sistema operativo gestiona los dispositivos periféricos y de entrada/salida, como discos duros y cintas magnéticas, con el objetivo de hacer que las características de estos dispositivos sean lo más transparentes posible para el usuario.
• 😀 Los programas del sistema, a través de llamadas al sistema, permiten que los usuarios interactúen con los dispositivos sin preocuparse por los detalles específicos de hardware.
• 😀 Los dispositivos pueden ser gestionados como dispositivos asignados (asignados exclusivamente a un proceso), dispositivos compartidos (accesibles por varios procesos) o dispositivos virtuales (optimizados para el uso compartido mediante técnicas como el spooling).
• 😀 El sistema operativo incluye controladores o programas de gestión de dispositivos que son responsables de las peculiaridades de cada hardware y permiten que el sistema gestione las entradas y salidas de manera abstracta.
• 😀 Los programas de usuario realizan llamadas al sistema operativo para ejecutar operaciones de entrada/salida, que luego son gestionadas por los controladores de los periféricos correspondientes.
• 😀 El modelo conceptual de la gestión de entradas y salidas se estructura en capas: las aplicaciones del usuario, el software independiente del dispositivo, la organización física, los controladores de dispositivos, y finalmente, el hardware que realiza las operaciones.
• 😀 Las operaciones de entrada y salida a menudo se realizan utilizando interrupciones para asegurar que los procesos se bloqueen mientras esperan que finalice la operación de entrada/salida, y luego se reanuden cuando la operación esté completa.
• 😀 Se utiliza la técnica de almacenamiento intermedio como el 'disk cache' para mejorar el rendimiento de las operaciones de entrada y salida, almacenando temporalmente datos de discos en la memoria para acelerar los accesos subsecuentes.
• 😀 La técnica de Acceso Directo a Memoria (DMA) permite transferencias de datos entre la memoria principal y los periféricos sin intervención de la CPU, lo que mejora la eficiencia del sistema.
• 😀 El sistema operativo gestiona los dispositivos y sus controladores de forma similar en diferentes sistemas operativos, como UNIX y Windows, aunque con terminologías y implementaciones específicas para cada uno.
• 😀 Los controladores de dispositivos (drivers) son responsables de convertir las órdenes del sistema operativo en patrones de bits específicos que los periféricos puedan entender, garantizando una comunicación eficiente entre el software y el hardware.

Q & A

¿Cuál es el objetivo principal del sistema operativo en la gestión de entradas y salidas?

El principal objetivo del sistema operativo en la gestión de entradas y salidas es hacer que las características del hardware sean lo más transparentes posible para el usuario y permitir que los recursos sean compartidos eficientemente entre los procesos.

¿Qué es un controlador de dispositivo (driver) y cuál es su función en el sistema operativo?

Un controlador de dispositivo (driver) es un programa que gestiona la comunicación entre el sistema operativo y los dispositivos de entrada/salida. Su función es traducir las operaciones solicitadas por el sistema operativo en instrucciones comprensibles para el hardware específico.

¿Qué significa la técnica de 'spooling' y cómo optimiza el uso de dispositivos como las impresoras?

La técnica de 'spooling' permite que varios usuarios envíen trabajos de impresión a una cola cuando la impresora está ocupada. Los trabajos se almacenan en archivos y se imprimen de manera secuencial cuando la impresora se libera, optimizando así el uso compartido del dispositivo.

¿Cómo maneja el sistema operativo los dispositivos compartidos entre varios procesos?

El sistema operativo gestiona los dispositivos compartidos mediante la asignación de recursos y la sincronización para evitar conflictos entre procesos. Un ejemplo de dispositivo compartido es el disco magnético, que puede ser utilizado por múltiples procesos al mismo tiempo.

¿Qué funciones realiza el nivel de software independiente del dispositivo?

El nivel de software independiente del dispositivo realiza funciones comunes a todos los dispositivos, como abrir, leer, escribir y cerrar archivos. Además, se encarga de la protección de datos, control de acceso y gestión de errores.

¿Cuál es la función del caché de disco y cómo mejora el rendimiento?

El caché de disco almacena temporalmente los datos de un cilindro completo en memoria para evitar la necesidad de realizar múltiples accesos al disco. Esto mejora el rendimiento al reducir los tiempos de acceso a los datos almacenados en el disco.

¿Qué es la memoria RAM virtual y cómo se utiliza en los sistemas operativos?

La memoria RAM virtual es una técnica que emula un disco en la memoria principal, permitiendo que los sistemas operativos gestionen el almacenamiento de manera más eficiente al reducir los accesos físicos al disco y al optimizar el uso de la memoria disponible.

¿Qué es el acceso directo a memoria (DMA) y cómo mejora la eficiencia en la transferencia de datos?

El acceso directo a memoria (DMA) permite la transferencia de datos entre la memoria principal y los periféricos sin la intervención del procesador. Esto mejora la eficiencia al liberar al CPU de las transferencias de datos, permitiendo que se realicen de manera más rápida y con menos interrupciones.

¿Cuál es la diferencia entre el 'cycle stealing DMA' y el 'burst DMA'?

El 'cycle stealing DMA' utiliza ciclos de reloj no utilizados por el CPU para realizar las transferencias de datos, mientras que el 'burst DMA' realiza la transferencia de grandes bloques de datos en ráfagas, ocupando los ciclos de la CPU de manera más intensa durante el proceso.

¿Cómo el sistema operativo maneja las interrupciones durante una operación de entrada/salida?

Cuando se realiza una operación de entrada/salida, el sistema operativo pasa el proceso a un estado bloqueado y espera la interrupción que indicará que la operación ha finalizado. Una vez completada la operación, el proceso es cambiado a un estado de listo, lo que permite continuar su ejecución.