Index
- Categorie di dispositivi I/O
- [[#Categorie di dispositivi I/O#Dispositivi leggibili dall’utente|Dispositivi leggibili dall’utente]]
- [[#Categorie di dispositivi I/O#Dispositivi leggibili dalla macchina|Dispositivi leggibili dalla macchina]]
- [[#Categorie di dispositivi I/O#Dispositivi per la comunicazione|Dispositivi per la comunicazione]]
- Funzionamento (semplificato) dei dispositivi I/O
- Differenze tra dispositivi di I/O
- [[#Differenze tra dispositivi di I/O#Data rate|Data rate]]
- [[#Differenze tra dispositivi di I/O#Applicazioni|Applicazioni]]
- [[#Differenze tra dispositivi di I/O#Complessità del controllo|Complessità del controllo]]
- [[#Differenze tra dispositivi di I/O#Unità di trasferimento dati|Unità di trasferimento dati]]
- [[#Differenze tra dispositivi di I/O#Rappresentazione dei dati|Rappresentazione dei dati]]
- [[#Differenze tra dispositivi di I/O#Condizioni di errore|Condizioni di errore]]
Categorie di dispositivi I/O
L’I/O è un’area assai problematica nella progettazione di sistemi operativi in quanto ci sta una grande varietà di dispositivi I/O e anche una grande varietà di applicazioni che li usano, risulta quindi difficile scrivere un SO che tanga conto di tutto
Esistono tre categorie di dispositivi:
- leggibili dall’utente
- leggibili dalla macchina
- dispositivi di comunicazione
Dispositivi leggibili dall’utente
Sono tutti quei dispositivi usati per la comunicazione diretta con l’utente, come ad esempio:
- stampanti
- “terminali” → monitor, tastiera, mouse, ecc. (da non confondere con i terminali software)
- joystick
- ecc.
Dispositivi leggibili dalla macchina
Sono quei dispositivi usati per la comunicazione con materiale elettronico, come ad esempio:
- dischi
- chiavi USB
- snesopri
- controllori
- attuatori
Dispositivi per la comunicazione
Dispositivi usati per la comunicazione con dispositivi remoti, come ad esempio:
- modem
- schede Ethernet
- Wi-Fi
Funzionamento (semplificato) dei dispositivi I/O
Un dispositivo di input prevede di essere interrogato sula valore di una certa grandezza fisica al suo interno (eg. per il mouse si tratta delle coordinate dell’ultimo spostamento effettuato, per la tastiera il codice Unicode dei tasti premuti, per il disco il valore dei bit che si trovano in una certa posizione al suo interno).
L’idea è che se un processo effettua una syscall read su un dispositivo del genere, vuole conoscere questo dato (per poterlo elaborare e fare altro)
Un dispositivo di output prevede di poter cambiare il valore di una certa grandezza fisica al suo interno (eg. per un monitor il valore RGB dei pixel, per una stampante il PDF di un file da stampare, per il disco il valore dei bit che devono sovrascrivere quelli che si trovano in una certa posizione al suo interno)
L’idea è che se un processo effettua una syscall write su un dispositivo del genere, vuole cambiare qualcosa (spesso l’effetto è direttamente visibile all’utente, ma in altri casi è visibile solo usando altre funzionalità di lettura, come per il disco)ù
Ci sono quindi almeno due syscall read e write (tra i dati che prendono in input queste syscall ci sta un identificativo del dispositivo su cui si vuole eseguire l’operazione, in Linux sono i file descriptor)
Dunque quando arriva una di queste due syscall, il kernel comanda l’inizializzazione del trasferimento di informazioni, mette il processo in blocked e passa ad altro; la parte del kernel che gestisce un particolare dispositivo I/O è chiamata driver e spesso il trasferimento è fatto con DMA (viene fatto direttamente tra la RAM e il dispositivo)
A trasferimento completato, arriva l’interrupt, si termina l’operazione e il processo ritorna ready.
Warning
Questa normale esecuzione delle operazioni però potrebbe variare ad esempio in caso di fallimento dell’operazione (bad block su disco…) oppure potrebbe essere necessario fare ulteriori trasferimenti, per esempio dalla RAM dedicata al DMA a quella del processo
Differenze tra dispositivi di I/O
I dispositivi di I/O possono differire sotto molti aspetti:
- data rate (frequenza di accettazione/emissione dati)
- applicazione
- difficoltà nel controllo (tastiera vs. disco…)
- unità di trasferimento dati (caratteri vs. blocchi)
- rappresentazione dei dati
- condizioni di errore
Data rate
Applicazioni
Ogni dispositivo di I/O ha una diversa applicazione ed uso I dischi sono usati per memorizzare files, a tale scopo richiedono un software per poterli gestire. I dischi però sono anche usati per la memoria virtuale, per la quale serve un altro software apposito (nonché hardware). Un terminate usato da un amministratore di sistema dovrebbe avere una priorità più alta
Complessità del controllo
Per quanto riguarda la quantità di controlli necessari per i dispositivi I/O, una tastiera o un mouse richiedono un controllo molto semplice. Ad esempio per quanto riguarda una stampante, questa è più articolata; richiedono infatti di ricevere un PDF o un PS (poi la traduzione da PDF ad azioni della stampante è ben più complessa)
Il disco è tra le cose più complicate da controllare, fortunatamente non viene fatto tutto da software, e molte cose vengono controllate da hardware dedicato
Unità di trasferimento dati
Per trasferire i dati dal dispositivo che li genera alla memoria e viceversa ci sono due possibilità:
- trasferirli in blocchi di byte di lunghezza fissa → usato per la memoria secondaria (dischi, chiavi USB, CD/DVD, …)
- trasferirli come flusso (stream) di byte (o caratteri) → qualsiasi cosa che non sia memoria secondaria (terminali, stampanti, schede audio, dispositivi di rete…)
Rappresentazione dei dati
I dati sono rappresentati secondo codifiche diverse a seconda del dispositivo che li genera/accetta (una vecchia tastiera potrebbe usare ASCII puro, mentre una moderna l’UNICODE) Possono essere diversi anche i controlli di parità
Condizioni di errore
Gli errori possono essere riparabili o non, e la loro natura varia di molto a seconda del dispositivo. Possono cambiare: nel modo in cui vengono notificati, sulle loro conseguenze (fatali, ignorabili), come possono essere gestiti