Linas Bukauskas MIF Vilniaus Universitetas 2007

Size: px

Start display at page:

Download "Linas Bukauskas MIF Vilniaus Universitetas 2007"

Rodger Fowler
6 years ago
Views:

1 U n i x O S Linas Bukauskas MIF Vilniaus Universitetas 2007

2 Į / I ( a n g l. I / O ) p o s i s t e m ė Sluoksniai nuo geležies iki vartotojo Blokiniai įrenginiai Simboliniai įrenginiai Descriptori ų valdymas Virtualios Rinkmen ų sistemos sąsaja Nuo Rinkmen ų sistemos nepriklausomos paslaugos 2

3 Į / I S l u o k s n i a i Kam to reikia: Paslepia detalum ą nuo vartotojo Parūpina aukštesnio lygio abstrakciją Įgalina modulišk ą OS projektavimą 3

4 4

5 Į / I t i p a i Išskiriami 4 Į/I tipai: Rinkmen ų sistema (angl. filesystem) Blokiniai įrenginiai struktūriška prieiga Simboliniai įrenginiai (angl. character devices) Nestruktūriška prieiga prieigos įrenginiai (angl. socket) tinklo įrenginiai ne rinkmen ų sistemoje 5

6 B l o k i n i a i į r e n g i n i a i Atlieka operacijas dideliais duomen ų blokais. Naudoja buferizuot ą podėl į (angl. buffered cache) sumažina Į/I operacij ų skaičių atlieka sinchronizacij ą su rinkmen ų sistema to paties įrenginio ribose. Visos Į/I atliekamos nuo buferi ų, kurie reziduoja branduolio tvarkomoje atmintyje 6

7 B l o k i n i a i į r e n g i n i a i I I Blokiniai įrenginiai yra įvairi ų tip ų diskai ir juostos Įrenginio paskirtis: Konvertuoti vartotojo pateikt ą duomen ų masyv ą į fiziniame lygyje reikalaujam ą struktūrą Net jei vartotojas įrašo vien ą bait ą Blokiniai įrenginiai operuoja dideliais duomen ų masyvais 7

8 B l o k i n i a i į r e n g i n i a i I I I Sistema visada atlieka duomen ų sektoriaus nuskaitym ą turint į keičiamus duomenis keičiam ų duomen ų atnaujinimą įrašym ą viso bloko atgal į disk ą. Tokio tipo operacijos vadinamos atsitiktinio priėjimo (angl. random-access) opracijomis 8

9 B l o k i n i a i į r e n g i n i a i I V Prie blokini ų įrengini ų prieinama tiesiogiai naudojantis specialia rinkmena esančia /dev/ kataloge netiesiogiai naudojantis rinkmen ų sistemos sąsaja 9

10 B l o k i n i a i į r e n g i n i a i V Procesai gali skaityti mažiau nei blokas pirm ą kart ą skaitant maž ą duomen ų kiek į visas blokas padedamas į tarpin į buferį perkeliant iš disko į branduolio atmintį vėlesni skaitymai kreipiasi į bufer į ir iš jo nuskaito duomenis jei pataiko į didelio bloko rėžius Rašymas ekvivalentu tik v liau reikia iš branduolio buferio rašyti ė į į diksą 10

11 B l o k i n i a i į r e n g i n i a i V I Podėlio buferio buvimas sumažina Į/I operacijas. Nereikia skaityti / rašyti iš disko kiekvien ą kartą Buferis sukelia problem ų: Nulūžus kompiuteriui (pvz., dingo elektra) dingsta visi podėlyje esantys pakeitimai, kurie dar nebuvo įrašyti. Sprendimas: periodiškai sinchronizuoti buferį 11

12 B l o k i n i a i į r e n g i n i a i V I I sinchronizacijai yra dvi galimybės: sync priverstinis buferyje esam ų duomen ų įrašymas (paprastai atliekamas kas 30s) fsync kviečiamas iš proceso, kad priversti atidarytos rinkmenos nešvarius buferius įrašyti nedelsiant (paprastai naudojama duomen ų bazėse) 12

13 S ą v e i k o s t a š k a i ( a n g l. e n t r y p o i n t s ) Blokiniai įrenginiai yra aprašomi bdevsw struktūromis open() Atidaryti ir paruošti įrengin į Į/I operacijoms. Pvz., atidarymo momentu bus tikrinama ar įrenginys buvo nustatytas teisingai ir ar yra įdėta media į kuri ą galima rašyti. 13

14 S ą v e i k o s t a š k a i ( a n g l. e n t r y p o i n t s ) strategy() - pradėti skaitymo ar rašymo operacijas ir grįžti. Į/I prašoma rinkmen ų sistemos arba sisteminės sąsajos bread(). bwrite(). Kiekvienas kvietimas į strategy turi pateikti nuorod ą į buf struktūr ą. Jei užklausimas yra sinchroninis tai reikia palaukti, kol Į/I operacijos bus baigtos. 14

15 S ą v e i k o s t a š k a i ( a n g l. e n t r y p o i n t s ) close() - uždaryti įrengin į. Patys įrenginiai nedaro nieko tačiau tai reikalinga aukštesnio lygio sąsajose. Įrenginiai, kurie įgalina priėjim ą tik vienam vartotojui pažymi, kad įrenginys jau vėl prieinamas visiems. Jei uždaroma juostiniai įrenginiai, kurie buvo atidaryti rašymui, įrašoma EOF žym ė, ir persukama juosta 15

16 S ą v e i k o s t a š k a i ( a n g l. e n t r y p o i n t s ) dump() - įrašyti fizinėje atmintyje esančius duomenis į antrinės atminties įrengin į. pvz., atsitikus nepataisomai klaidai išsaugojama atmintis pomirtinei analizei psize() - grąžinti antrinės atminties dyd į DEB_BSIZE blok ų skaičiumi. 16

17 Į / I u ž k l a u s ų r ū š i a v i m a s Branduolys suteikia disksort() metod ą, kuris gali būti panaudotas vis ų blokini ų įrengini ų. Tai algoritmas lifto rūšiavimo (angl. elevator sorting) asocijuojama su liftu ir yra poreikis aptarnauti visus užklausimus ta pačia kryptimi 17

18 Į / I u ž k l a u s ų r ū š i a v i m a s Rūšiavimo metodas rūšiuoja užklausas į disk ą cikliškai, didėjančio cilindro numerio tvarka, taip kad užklausas būt ų galima aptarnauti su mažiausiu skaičiumi vienakrypči ų skanavim ų. 18

19 Į / I u ž k l a u s ų r ū š i a v i m a s disksort(*dq, *bp) { //drive queue *dq; buffer *bp; if (drive queue is empty) { place the buffer at the front of the drive queue; return; } if (request lies before the first active request) { locate the beginning of the second request list; sort bp into the second request list; } else sort bp into the current request list; } 19

20 S i m b o l i n i a i į r e n g i n i a i Visi kiti įrenginiai, kurie nėra tinklo ar blokiniai yra simboliniai Pvz., terminale gali būti išvedamas po eilut ę /dev/tty Simboliniai įrenginiai išveda ir įveda nestruktūriškai duomenis. pvz., linijinis spausdintuvas /dev/lp0 ar begalinis /dev/null 20

21 S i m b o l i n i a i į r e n g i n i a i Išveda/ įveda tiesiogiai nenaudojant didelio buferio kaip blokiniuiose įrenginiuose. tačiau dauguma simbolini ų įrengini ų buferizuoja iki 64bit ų arba eilutės galo didelio greičio grafinis įrenginys gali turėti savo bufer į arba leisti tiesiogiai rašyti į įrenginio adres ų erdvę 21

22 S i m b o l i n i a i į r e n g i n i a i Pirmin ė užduotis: parūpinti nestruktūrin į įvedim ą/išvedim ą į/iš įrenginio. parūpinti tiesiogin į Į/I asinchroniškai Prašymai nuskaityti ar įrašyti perduodami, kaip pagrindinės atminties adresas su kryptimi (R/W) 22

23 S i m b o l i n i a i į r e n g i n i a i Dažnai, simboliniai įrenginiai naudojami tik labai gerai žinant fizinio lygio struktūr ą. Simboliniai įrenginiai aprašomi struktūrose cdevsw 23

24 S ą v e i k o s t a š k a s open() - atidarom įrenginį close() - uždarome įrenginį ioctl() - atliekama Į/I kontrolė mmap() - primontuoti įrengin į prie atminties adreso read()/write() - skaityti/rašyti į įrenginį reset() - inicializuoti iš naujo įrenginį select()/stop() - tikrinti įr. pasiruošim ą ir stabdyti išvedimą 24

25 D e s k r i p t o r i ų v a l d y m a s Priėjimas prie rinkmen ų vartotojas gali per deskriptorius Deskriptoriai gali būti (pakartosim): rinkmenos konvejeriai (pipe) lizdai (sockets) Rinkmenos deskriptoriai naudojami branduolyje indeksuoti deskriptori ų lentel ę ( struct filedesc) 25

26 D e s k r i p t o r i ų v a l d y m a s Rinkmenos deskriptoriai ir rinkmenos struktūros 26

27 A t i d a r y t ų r i n k m e n ų į r a š a i Rinkmenos įrašas yra objektiškai aprašyta struktūra. Kiekvienas įrašas turi tip ą ir aib ę funkcij ų nuorod ų kurios konvertuoja apibendrintas operacijas ant deskriptori ų į specifiškus veiksmus 27

28 A t i d a r y t ų r i n k m e n ų į r a š a i Operacijos: Skaityti iš deskriptoriaus Rašyti į deskriptorių pasirinkti deskriptorių atlikti ioctl() operacij ą deskriptroiui uždaryti ir dealokuoti deskriptorių Atkreipkime dėmes į: Nėra deskriptoriaus atidarymo operacijos (priežastis, kad skirting ų tip ų deskriptoriai skirtingai atidaromi) 28

29 A t i d a r y t ų r i n k m e n ų į r a š a i Kiekvienas rinkemons įrašas turi nuorod ą į duomen ų struktūr ą kuri turi informacij ą apie konkret ų objekt ą (pvz., rinkmen ą) Nuoroda visada perduodama su kiekviena operacija Visos rinkmenos būsenos yra saugojamos tik toje struktūroje 29

30 A t i d a r y t ų r i n k m e n ų į r a š a i Skaitymas arba rašymas nepriima poslinkio (angl. offset) kaip parametro vietoj to kiekvienas skaitymas ir rašymas atlieka postūm į priklausomai nuo to kiek bait ų nuskaityta. Atlikti postūm į skaitant ir rašant rinkemen ą iškviečiamas lseek(). 30

31 A t i d a r y t ų r i n k m e n ų į r a š a i Problema, kai daugiau nei vienas procesas atidaro t ą pači ą rinkmen ą ir postūmiai gali būti individualūs Sprendimas, kiekvienam proceso atidarymui išskirti atskiras struktūras kur saugojami postūmiai individualiai Išvada, kiekvienam sistemos open() kvietimui yra išskiriama naujas rinkmenos įrašas 31

32 A t i d a r y t ų r i n k m e n ų į r a š a i Kiekviena rinkmena turi priskirt ą skaitliuką fcntl, dup kvietim ų metu iškvietus fork() įrašai kopijuojami keli procesai gali turėti nuorod ą į t ą pači ą rinkemeną Kiekvien ą kart ą, kai naujas įrašas tam pačiam objektui sukurtas skaitliukas padidinamas Uždarant su close() mažinamas 32

33 A t i d a r y t ų r i n k m e n ų į r a š a i Kai skaitliukas pasiekia nul į rinkemons įrašas yra ištrinamas iš lentelės 33

34 D e s k r i p t o r i ų v a l d y m a s fcntl() sisteminis kvietimas dažnai manipuliuoja rinkemenos struktūrą Dubliuoja deskriptori ų pasinaudojant dup() nuskaityti/nustatyti požymius close-on-exec bet koks deskriptorius pažymėtas tokiu požymiu uždaromas, kai naujas vaikinis procesas kuriamas Nustatyti deskriptrius į neblokuojam ą režimą t.y. jei yra informacijos nuskaityti arba yra vietos įrašyti tai atliekama iškart priešingu atveju grąžinama klaida. 34

35 D e s k r i p t o r i ų v a l d y m a s Priversti visus rašymus priklijuoti prie rinkmenos pabaigos pasiųsti signal ą procesui kai yra įmanoma Į/I (angl. I/O) operacija siųsti signal ą procesui kai nenumatytas atvejis iškyla (ypatingos skubos duomenys atvyksta tarp-procesiniuose kanaluose Nustatyti/nuskaityti proceso grup ę kuriai Į/I operacijos yra priskiriamos Patikrinti/keisti rinkmenos rakinimo būseną 35

36 D e s k r i p t o r i a i i r Į / I p o s i s t e m ė 36

37 L o k a l i r i n k m e n ų s i s t e m a Hierachinis medis: 37

38 L o k a l i r i n k m e n ų s i s t e m a Katalogas 38

39 i - n o d e s t r u k t ū r a v i z u a l i a i 39

40 40

Užklausų kompiliavimas

Užklausų kompiliavimas (Query Compiler) paruošė Margarita Kazakevičiūtė 1 SQL query Parse query, Preprocessor => Query expression tree Select logical query plan => Logical query plan tree Select physical