Estructura de Datos para Manejo de Dispositivos

¿Qué es una estructura?

Una Estructura de Datos es una forma de organizar un conjunto de datos elementales con el objetivo de facilitar su manipulación.
Un dato elemental es la mínima información que se tiene en un sistema.

Estructura Simple o Sistema monolítico

El sistema MS-DOS es, sin duda, el mejor sistema operativo para microcomputadoras. Sin embargo, sus interfaces y niveles de funcionalidad no están bien definidos. Los programas de aplicación pueden acceder a operaciones básicas de entrada / salida para escribir directamente en pantalla o discos. Este libre acceso, hace que el sistema sea vulnerable, ya que un programa de aplicación puede eliminar por completo un disco rígido por alguna falla. Además este sistema, también esta limitado al hardware sobre el que corre.

Otra estructura simple es la utilizada por la versión original de UNIX, esta consiste de dos partes separadas, el kernel y los programas de sistemas . El kernel fue posteriormente separado en manejadores (drivers) de dispositivos y una serie de interfaces. El kernel provee el sistema de archivos, la programación de CPU, el administrador de memoria y otras funciones del sistema operativo que responden a las llamadas del sistema enunciadas anteriormente. 

Sistema monolítico

Sistemas que tienen un núcleo grande y complejo, que engloba todos los servicios del sistema.

Kernel: «núcleo»; La parte central de un sistema operativo, sobre la cual el resto del sistema se apoya.  

Estructura por capas

Las nuevas versiones de UNIX se diseñaron para hardware mas avanzado. Para dar mayor soporte al hardware, los sistemas operativos se dividieron en pequeñas partes. Ahora los sistemas operativos tienen mayor control sobre el hardware y las aplicaciones que se ejecutan sobre este.
        La modularizacion de un sistema se puede presentar de varias formas, la mas utilizada es la de capas, la cual consiste en dividir al sistema operativo en un numero de capas. La capa de menor nivel es el hardware y la de mayor nivel es la interfaz con el usuario.
        La principal ventaja es que cada capa cumple con una serie de funciones y servicios que brinda a las otras capas, esto permite una mejor organización del sistema operativo y una depuración más fácil de este. 

Es una estructura organizada jerarquicamente cada una construidas de menor a mayor.
   Cada capa se implementa solo utilizando las operaciones provistas por la capa de nivel inferior. Una capa no necesita saber como se implementan estas funciones, solo necesita saber que operaciones puede realizar.
Los procesos de usuario emiten peticiones de E/S al sistema operativo. Cuando un proceso solicita una operación de E/S, el sistema operativo prepara dicha operacion y bloquea al proceso hasta que se recibe una interrupción del controlador del dispositivo indicando que la operación está completa.

Manejadores de Interrupción

Un manejador de interrupciones, también conocido como ISR (interrupt service routine o rutina de servicio de interrupción), es una subrutina callback en un sistema operativo o en un controlador de dispositivo cuya ejecución es desencadenada por la recepción de una interrupción. Los manejadores de instrucciones tienen una multitud de funciones, que varían basadas en el motivo por el cual la interrupción fue generada y la velocidad en la cual el manejador de interrupciones completa su tarea.
Estos manejadores pueden ser iniciados por interrupciones de hardware o de software, y son usados para servir a los dispositivos de hardware y transiciones entre modos protegidos de operación como los llamados de sistema.

Manejadores de Dispositivos

- Contiene el codigo dependiente del dispositivo 
- Cada manejador contiene sus colas.

E/S INDEPENDIENTE DE DISPOSITIVO

- La frontera de este nivel con el anterior es difusa.
- Funciones:
- Ofrecer una interfaz uniforme a los procesos de usuarios.
- Asignar nombres a los dispositivos.
- Proteger a los dispositivos.
- Ofrecer un tamaño de bloque independiente de los dispositivos.
- Almacenar los datos temporales en la transferencias de E/S.
- Gestionar la asignación del espacio en dispositivos de bloques.
- Reservar y liberar los dispositivos dedicados.
- Informar de los posibles errores.
- Un aspecto muy importante en un S.O. es la asignacionde nombres a los
archivos y dispositivos.

¿Que es un buffer?

Buffer de datos es una ubicación de la memoria en un Disco o en un instrumento digital reservada para el almacenamiento temporal de información digital, mientras que está esperando ser procesada.

Buffering

Trata de mantener ocupados tanto la CPU como los dispositivos de E/S. Los datos se leen y se almacenan en un buffer, una vez que los datos se han leido y la CPU va a iniciar inmediatamente la operacion con ellos, el dispositivo de entrada es introducido para iniciar inmediatamente la siguiente lectura.

La CPU y el dispositivo de entrada permanecen ocupados. Cuando la CPU este libre para el siguiente grupo de datos, el dispositivo de entrada habra terminado de leerlos. La CPU podra empezar el proceso de los ultimos datos leidos, mientras el dispositivo de entrada iniciara la lectura de los datos siguientes.

SPOOLING

Spool: Virtualización de lectoras e impresoras.
Esta forma de procesamiento de denomina spooling, utiliza el disco como un buffer muy grade para leer tan por delante como sea posible de los dispositivos de entrada y para almacenar los ficheros hasta que los dispositivos de salida sean capaces de aceptarlos.

Es una caracteristica utilizada en la mayoria de los sistemas operativos.