entrada e saida - disco

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Sistemas Operacionais
2017/1
Profa: Daniela Scherer dos Santos
daniela.santos37@ulbra.edu.br
Gerência de Entrada e Gerência de Entrada e 
Saída – DiscoSaída – Disco
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Discos - IntroduçãoDiscos - Introdução
Organização física de um disco
Os movimentos de rotação dos discos e vai­e­vem dos cabeçotes permitem que toda 
a superfície de cada disco seja alcançada.
Cabeçote R/W 
(1 por superfície)
Superfície
Braço mecânico
Prato
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Discos - IntroduçãoDiscos - Introdução
Prof. Luiz Lima Jr.
http://www.ppgia.pucpr.br/~laplima/ensino/soee/so_common/materia/04_es.html
Organização lógica de um disco:
Cada superfície de um disco é dividida em trilhas;
O conjunto de trilhas de todas as 
superfícies do disco forma o cilindro;
Cada trilha é 
subdividida em 
setores → unidade 
mínima de leitura e 
gravação em um 
disco.
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Discos - IntroduçãoDiscos - Introdução
Formatação lógica:
Consiste em gravar informações no disco 
de forma que os arquivos possam ser 
escritos, lidos e localizados pelo sistema 
operacional;
Partição:
Capacidade de dividir logicamente um 
disco em vários outros discos.
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Discos – Tempo de AcessoDiscos – Tempo de Acesso
Acesso a um disco → posicionar cabeçote de leitura e 
escrita sob um determinado setor e trilha onde o dado 
será lido ou escrito;
Este processo implica um tempo de acesso:
tempoAcesso = tempoSeek + tempoLatency + tempoTranfer
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Discos – Tempo de AcessoDiscos – Tempo de Acesso
tempoAcesso = tempoSeek + tempoLatency + tempoTranfer
tempoSeek: tempo necessário para deslocar o 
cabeçote de leitura e escrita até o cilindro 
correspondente à trilha a ser acessada;
Cabeçote
leitura/escrita
Seek time
Trilha
Setor
Transfer
time
Latency
time
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Discos – Tempo de AcessoDiscos – Tempo de Acesso
tempoAcesso = tempoSeek + tempoLatency + tempoTranfer
tempoLatency: tempo necessário, uma vez o cabeçote 
já na trilha correta, para o setor a ser lido ou escrito se 
posicionar sob o cabeçote de leitura e escrita → 
também chamado de atraso rotacional (rotational 
delay);
Cabeçote
leitura/escrita
Seek time
Trilha
Setor
Transfer
time
Latency
time
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Discos – Tempo de AcessoDiscos – Tempo de Acesso
tempoAcesso = tempoSeek + tempoLatency + tempoTranfer
tempoTransfer: tempo necessário para a transferência 
dos dados, isso é, para a leitura ou escrita dos dados.
Cabeçote
leitura/escrita
Seek time
Trilha
Setor
Transfer
time
Latency
time
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Discos – EntrelaçamentoDiscos – Entrelaçamento
Exemplo – problema de acesso a setores contíguos em 
uma trilha:
SO envia à controladora comando para leitura do setor 4;
Após o seek apropriado, o cabeçote passa sobre o setor 4 e a 
transferência ocorre;
Quando o cabeçote sai do setor 4, os dados são transferidos do buffer da 
controladora para a memória, provocando uma interrupção do 
processador para informar o término da leitura do setor 4;
O processador (via SO) envia um novo comando de leitura – agora para o 
setor 5;
Um novo seek não será necessário pois o cabeçote já se encontra sob o 
cilindro desejado;
Entretando, devido à rotação, o cabeçote provavelmente não se encontra 
mais no início do setor 5 → será necessário esperar que o disco dê uma 
volta completa (tempo de latência) para então efetuar a leitura do setor 5.
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Discos – EntrelaçamentoDiscos – Entrelaçamento
Entrelaçamento (interleaving) → forma de 
aumentar o desempenho no acesso ao disco 
evitando o problema apresentado em acessos a 
vários setores contíguos;
Objetivo é evitar a latência rotacional em setores 
adjacentes;
Técnica consiste em numerar os setores não mais 
de forma contígua mas sim com um espaço entre 
eles.
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Discos – EntrelaçamentoDiscos – Entrelaçamento
0
1
2
3
4
5
6
8 7
9
10
11
12
13
14
15 0
1
23
4
5
6
8
7
9
10 11
12
13
14
15
Fator de entrelaçamento = 0
Disco 1 Disco 2
Fator de entrelaçamento = 2= 2
O melhor fator de entrelaçamento para uma determinada unidade de disco depende 
da velocidade do processador, do barramento, do controlador e da velocidade de 
rotação do disco.
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
Entrada e saída em disco é realizada através de uma 
chamada de sistema contendo (tipo de operação - 
leitura ou escrita -, dados a serem transferidos);
Sistemas multiprogramados → podemos ter vários 
processos realizando pedidos desse tipo e sendo 
bloqueados até que a operação solicitada seja 
realizada;
Problema → como ordenar e atender os pedidos de 
entrada e saída de forma a maximizar o atendimento 
e minimizar o tempo em que processos permanecerão 
bloqueados?
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
Problema → como ordenar e atender os pedidos de 
entrada e saída de forma a maximizar o atendimento 
e minimizar o tempo em que processos permanecerão 
bloqueados?
ALGORITMOS DE ESCALONAMENTO DE DISCO
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
Algoritmos de Escalonamento de disco:
FCFS (first come first served);
SSTF (shortest seek time first);
SCAN;
C-SCAN (Circular SCAN).
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
FCFS (first come first served) – primeiro a chegar, 
primeiro a ser servido:
Mais simples;
As solicitações de acesso ao disco são 
realizadas na ordem em que os pedidos são 
feitos.
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
FCFS – 1° a chegar, 1° a ser servido:
disco com 40 cilindros
cabeça de leitura inicialmente no cilindro 11
novas requisições: cilindros 1, 36, 16, 34, 9 e 12 (nesta ordem)
sequência: 1, 36, 16, 34, 9 e 12
distância percorrida em cilindros: 10 + 35 + 20 + 18 + 25 + 3 = 111 
cilindros
Prof. Luiz Lima Jr.
http://www.ppgia.pucpr.br/~laplima/ensino/soee/so
_common/materia/04_es.html
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
SSTF (shortest seek time first) – posicionamento mais 
curto primeiro:
Os pedidos são ordenados em relação à 
posição atual do cabeçote, privilegiando o 
acesso aos cilindros que estão mais próximos 
a essa posição;
Desvantagem → pode, dependendo da ordem 
dos pedidos, levar um pedido de acesso a 
uma postergação indefinida (starvation).
Desempenho fortemente influenciado pela 
sequência de solicitações.
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
SSTF - posicionamento mais curto primeiro:
disco com 40 cilindros
cabeça de leitura inicialmente no cilindro 11
novas requisições: cilindros 1, 36, 16, 34, 9 e 12 (nesta ordem)
sequência: 12, 9, 16, 1, 34 e 36
distância percorrida: 1 + 3 + 7 + 15 + 33 + 2 = 61 cilindros
Prof. Luiz Lima Jr.
http://www.ppgia.pucpr.br/~laplima/ensino/soee/so
_common/materia/04_es.html
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
SCAN:
Visa atender os pedidos que estão mais 
próximos à atual posição do cabeçote 
estipulando uma direção preferencial para o 
movimento do cabeçote (varredura);
Ex.: do cilindro mais externo ao mais interno;
Ao atingir o cilindro mais interno, inverte 
o sentido da varredura;
Conhecido como algoritmo do elevador, por 
ter comportamento similar.
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
SCAN:
disco com 40 cilindros
cabeça de leitura inicialmente no cilindro 11
novas requisições: cilindros 1, 36, 16, 34, 9 e 12 (nesta ordem)
sequência: 9, 1, 12, 16, 34 e 36
distâncias: 2 + 8 + 11 + 4 + 18 + 2 = 45 cilindros (neste caso, melhor que SSF)
Prof. Luiz Lima Jr.
http://www.ppgia.pucpr.br/~laplima/ensino/soee/so
_common/materia/04_es.html
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
C-SCAN (Circular SCAN):
Variação do SCAN;
Quando a varredura atinge o cilindro mais 
interno, o cabeçote é reposicionado no 
cilindro mais externo onde a varredura é 
reiniciada.
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Discos – EscalonamentoDiscos – Escalonamento
Qual o melhor algoritmo de escalonamento?
Não existe resposta definitiva;
Depende do n° de pedidos e da organização 
dos próprios arquivos e da estrutura de 
diretórios no disco.
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Discos – Estrutura RAIDDiscos – Estrutura RAID
Aumento do volume de dados → implica emprego de 
várias unidades físicas de discos;
Aumenta também a probabilidade deque um 
desses discos apresente problemas físicos → 
perda de dados;
Backup → mesmo sendo periódico não 
possuem versões mais recentes de dados;
RAID (redundant array of independent disks) → 
soluciona problemas associados com o armazenamento 
de grandes quantidades de dados.
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Discos – Estrutura RAIDDiscos – Estrutura RAID
Estrutura RAID → Conjunto de discos rígidos visto pelo 
sistema operacional como um único disco lógico;
Dados são distribuídos entre os diferentes discos físicos;
Aumenta a confiabilidade e o desempenho dos 
discos;
Confiabilidade → armazena informações 
de forma redundante permitindo 
recuperação de dados em caso de falha 
física de um disco;
Desempenho → Permite o acesso paralelo 
a dados.
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Discos – Estrutura RAIDDiscos – Estrutura RAID
A forma pela qual os dados são escritos e acessados 
define o que se denomina de níveis de RAID (RAID 0, 
RAID 1, RAID 2/3/4, RAID 5, etc).
RAID 0:
Dados são distribuídos nos diferentes discos da 
estrutura;
Requisições a dados armazenados em discos 
distintos podem ser efetuados em paralelo;
Stripping → procedimento de escrever e acessar dados 
em paralelo em diferentes discos.
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Discos – Estrutura RAIDDiscos – Estrutura RAID
RAID 1:
Conhecido como espelhamento;
Um dado é escrito simultaneamente em um 
disco primário e em um disco secundário de 
cópia (mirror);
Desvantagem: necessidade de se ter como 
espaço físico o dobro do que se deseja 
realmente armazenar.
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Discos – Estrutura RAIDDiscos – Estrutura RAID
RAID 2/3/4:
Os dados são armazenados em diferentes 
discos utilizando stripping;
Para cada strip é calculada a paridade;
A paridade é gravada em um disco físico à 
parte pertencente à estrutura RAID;
Em caso de falha em um dos discos a 
informação contida nos demais discos + 
informação de paridade é suficiente para a 
reconstrução dos dados armazenados no 
disco que apresentou problemas.
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Discos – Estrutura RAIDDiscos – Estrutura RAID
RAID 5:
Os dados são divididos entre os diferentes 
discos;
Para cada strip é calculada a paridade;
A paridade é distribuída nos diferentes 
discos.
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ReferênciasReferências
OLIVEIRA, Rômulo Silva de; CARISSINI, Alexandre da 
Silva; TOSCANI, Simão Sirineo. Sistemas operacionais. 
3. ed. Porto Alegre: Instituto de Informática da UFRGS, 
2004. 259 p. (Livros didáticos ;n. 11)
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