OSNet Übung 9. Adrian Schüpbach Systems Group, ETH Zürich
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- Liane Dresdner
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1 c Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich OSNet Übung 9 Adrian Schüpbach adrian.chuepbach@inf.ethz.ch Sytem Group, ETH Zürich
2 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 2 Heutige Übungtunde Themen Ziele I/O DMA Dateiyteme Zuammenhänge im Netzwerk Zuammenhänge zwichen verchiedenen I/O-Mechanimen wie Polling, Interrupt und DMA vertehen Sich mit Dateiytem-Deign aueinanderetzen
3 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 3 I/O Geräte verarbeiten Daten, die von der CPU kommen Geräte können Daten liefern Netzwerkkarte: Paket empfangen Fetplattenkontroller: Block geleen
4 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 4 I/O Daten ollen abgeholt werden CPU holt Daten DMA (päter) OS/Applikation mu wien, ob Daten bereit ind immer mal wieder alle Geräte abfragen Geräte ollen via Interrupt ignaliieren, da Daten bereit ind
5 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 5 I/O Polling Geräte abfragen: Polling z.bp. Polling-Schlaufe in Treiber CPU-inteniv einfacher Kontrollflu
6 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 6 I/O Interrupt Gerät löt Interrupt au, wenn Daten bereit ind braucht keine Polling-Schlaufe CPU führt im Normalfall Applikationen tatt Polling-Schlaufe au
7 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 7 I/O Interrupt Wie funktioniert Interrupt? Wa macht CPU?
8 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 7 I/O Interrupt Wie funktioniert Interrupt? Wa macht CPU? Applikation wird unterbrochen peichern de Applikationkontexte auf Stack Wechel in Supervior-Mode Sprung zu Interrupt-Handler Auführung de Interrupt-Handler Sprung zurück zur Applikation Wechel in Uer-Mode laden de Applikation-Kontexte weitermachen mit der Applikation
9 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 8 I/O: Interrupt-Beipiel GBit-Ethernet-Karte Polling oder Interrupt?
10 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 8 I/O: Interrupt-Beipiel GBit-Ethernet-Karte Polling oder Interrupt? Annahme: Paket 64Byte gro, Netzwerk augelatet
11 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 8 I/O: Interrupt-Beipiel GBit-Ethernet-Karte Polling oder Interrupt? Annahme: Paket 64Byte gro, Netzwerk augelatet 64Byte = 512Bit 1GBit/ 512Bit/Paket = Pakete
12 I/O: Interrupt-Beipiel GBit-Ethernet-Karte Polling oder Interrupt? Annahme: Paket 64Byte gro, Netzwerk augelatet 64Byte = 512Bit 1Interrupt Paket Pakete 1GBit/ 512Bit/Paket = Pakete = Interrupt Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 8
13 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 8 I/O: Interrupt-Beipiel GBit-Ethernet-Karte Polling oder Interrupt? Annahme: Paket 64Byte gro, Netzwerk augelatet 64Byte = 512Bit 1Interrupt Paket Pakete 1GBit/ 512Bit/Paket = Pakete = Interrupt 2GHz Prozeor: Zyklen
14 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 8 I/O: Interrupt-Beipiel GBit-Ethernet-Karte Polling oder Interrupt? Annahme: Paket 64Byte gro, Netzwerk augelatet 64Byte = 512Bit 1Interrupt Paket Pakete 1GBit/ 512Bit/Paket = Pakete = Interrupt 2GHz Prozeor: Zyklen max Zyklen Interrupt = 953Zyklen Interrupt
15 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 8 I/O: Interrupt-Beipiel GBit-Ethernet-Karte Polling oder Interrupt? Annahme: Paket 64Byte gro, Netzwerk augelatet 64Byte = 512Bit 1Interrupt Paket Pakete 1GBit/ 512Bit/Paket = Pakete = Interrupt 2GHz Prozeor: Zyklen max Zyklen Interrupt = 953Zyklen Interrupt Annahme: Interrupthandler braucht 500Zyklen 52% der CPU
16 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 8 I/O: Interrupt-Beipiel GBit-Ethernet-Karte Polling oder Interrupt? Annahme: Paket 64Byte gro, Netzwerk augelatet 64Byte = 512Bit 1Interrupt Paket Pakete 1GBit/ 512Bit/Paket = Pakete = Interrupt 2GHz Prozeor: Zyklen max Zyklen Interrupt = 953Zyklen Interrupt Annahme: Interrupthandler braucht 500Zyklen 52% der CPU Paket noch nicht durch TCP/IP-Stack verarbeitet...
17 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 9 I/O: Interrupt-Beipiel Vor- und Nachteile? Vor- und Nachteile von Polling rep. Interrupt?
18 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 9 I/O: Interrupt-Beipiel Vor- und Nachteile? Vor- und Nachteile von Polling rep. Interrupt? Polling Vorteile: Schnelle Reaktionzeit Höherer Durchatz, wenn Gerät kontinuierlich Daten liefert Einfache Implementation Nachteil: Volle CPU-Aulatung
19 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 9 I/O: Interrupt-Beipiel Vor- und Nachteile? Vor- und Nachteile von Polling rep. Interrupt? Polling Vorteile: Schnelle Reaktionzeit Höherer Durchatz, wenn Gerät kontinuierlich Daten liefert Einfache Implementation Nachteil: Volle CPU-Aulatung Interrupt Vorteile: CPU nur für Gerät verwendet, wenn e Daten hat Kann CPU-Zeit paren, wenn Gerät elten Daten leifert Nachteile: Komplizierter Kontrollflu Teure Kontext-Switche Groer Overhead Kann CPU mit unnützer Arbeit aulaten
20 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 10 I/O: Interrupt-Beipiel Interrupt oder Polling?
21 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 10 I/O: Interrupt-Beipiel Interrupt oder Polling? Mau?
22 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 10 I/O: Interrupt-Beipiel Interrupt oder Polling? Mau? Dik-Kontroller?
23 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 10 I/O: Interrupt-Beipiel Interrupt oder Polling? Mau? Dik-Kontroller? Netzwerkkarte?
24 Direct Memory Acce (DMA) Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 11
25 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 11 Direct Memory Acce (DMA) Daten von Gerät abholen/zum Gerät bringen: Zwei Möglichkeiten CPU kopiert Daten Gerät greift via DMA-Tranfer elber auf Speicher zu
26 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 12 Direct Memory Acce (DMA) DMA entlatet CPU von der Kopier-While-Schlaufe kann Applikation auführen DMA kopiert Daten elbttändig über den Bu DMA-Einheit mu Bu arbitrieren können Bu-Mater
27 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 13 Direct Memory Acce (DMA) Vor- und Nachteile? Vorteile: Nachteile Mehr Parallelität Kopieren der Daten, ährend CPU programm auführt Kompliziertere hardwaredeign Bu-Arbitrierung, weil jetzt CPU + DMA-Kontroller zugreifen
28 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 14 Dateiyteme Ein paar Fragen
29 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 14 Dateiyteme Ein paar Fragen Warum braucht e open?
30 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 14 Dateiyteme Ein paar Fragen Warum braucht e open? Kontext der Datei. Sont müte man bei jedem read ganzen State mitgeben
31 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 14 Dateiyteme Ein paar Fragen Warum braucht e open? Kontext der Datei. Sont müte man bei jedem read ganzen State mitgeben Warum braucht e rename, tatt in neue Datei zu kopieren?
32 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 14 Dateiyteme Ein paar Fragen Warum braucht e open? Kontext der Datei. Sont müte man bei jedem read ganzen State mitgeben Warum braucht e rename, tatt in neue Datei zu kopieren? Neuer Name, ohne Dateidatum zu ändern, auerdem chneller
33 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 14 Dateiyteme Ein paar Fragen Warum braucht e open? Kontext der Datei. Sont müte man bei jedem read ganzen State mitgeben Warum braucht e rename, tatt in neue Datei zu kopieren? Neuer Name, ohne Dateidatum zu ändern, auerdem chneller Hardlink v. ymbolic Link?
34 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 14 Dateiyteme Ein paar Fragen Warum braucht e open? Kontext der Datei. Sont müte man bei jedem read ganzen State mitgeben Warum braucht e rename, tatt in neue Datei zu kopieren? Neuer Name, ohne Dateidatum zu ändern, auerdem chneller Hardlink v. ymbolic Link? Hardlink: Kaum peicher benötigt Symbolic Link: Kann auf andere Partition zeigen
35 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 15 Dateiyteme Warum oll erter Teil de File in gleichem Dikblock wie I-Node ein?
36 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 15 Dateiyteme Warum oll erter Teil de File in gleichem Dikblock wie I-Node ein? Schnellerer Zugriff auf Daten oder Header der Datei Die meiten Dateien ind klein.
37 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 15 Dateiyteme Warum oll erter Teil de File in gleichem Dikblock wie I-Node ein? Schnellerer Zugriff auf Daten oder Header der Datei Die meiten Dateien ind klein. Fall da OS nur ein Verzeichni untertützt, wie kann man Hierarchie imulieren?
38 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 15 Dateiyteme Warum oll erter Teil de File in gleichem Dikblock wie I-Node ein? Schnellerer Zugriff auf Daten oder Header der Datei Die meiten Dateien ind klein. Fall da OS nur ein Verzeichni untertützt, wie kann man Hierarchie imulieren? Z.Bp. Namen aneinander und Trennungzeichen dazwichen home.adrian.teaching.f12.onet.repo
39 Dateiyteme Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 16
40 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 16 Dateiyteme Wie gro kann Datei ein, wenn I-Node-Struktur 10 direkte Adreen und eine indirekte untertützt?
41 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 16 Dateiyteme Wie gro kann Datei ein, wenn I-Node-Struktur 10 direkte Adreen und eine indirekte untertützt? Annahmen: Dik-Block: 1024Byte, Adree: 4Byte
42 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 16 Dateiyteme Wie gro kann Datei ein, wenn I-Node-Struktur 10 direkte Adreen und eine indirekte untertützt? Annahmen: Dik-Block: 1024Byte, Adree: 4Byte 10 direkte Adreen: 10 * 1024Byte Eine indirekte Adree: 1024Byte / 4Byte pro Adree = 256 Adreen 256 Adreen * 1024Byte + 10 * 1024Byte = 266KB
43 Sytem Group Department of Computer Science ETH Zürich 17 Komplette Netzwerk Zuammenhänge ehen, wie Netzwerk funktioniert
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