オペレーティングシステムJ/K (入出力管理) 2005年10月24日酒居敬一([email protected]) http://www.info.kochi-tech.ac.jp/k1sakai/Lecture/OS/2005/ 記憶階層 （０次記憶、短期記憶） CPU内部のレジスタ 一次記憶（長期記憶） 主記憶（通常はRAM)のこと 電力の供給を絶てば、記録内容は失われる 二次記憶（外部記憶） HDDやフロッピーなど 電力の供給がなくても、記録し続けるしくみがある 大容量とか可搬であるとか利点をもつが、一般に低速一次記憶 一般にRAMとしてDRAMが使われる DRAMは大容量だがアクセス速度が遅い RAMの中ではコストパフォーマンスがよい 通常、お金は有限なのです… ただし、リフレッシュが必要 小容量だがアクセス速度の速いSRAMもある記憶の参照は局所性がみられることが多い DRAMに高速SRAMを組み合わせるのが一般的 このときの高速SRAMはキャッシュと呼ばれている CPUはせっかちさんだからね… 二次記憶 ２つ以上の状態間で遷移でき、状態維持にエネルギーを消費しないものを利用して記録する 磁化を利用する HDDやフロッピーやDAT（磁界を変調して書く、磁界を読む） 光磁気ディスクやMD（磁界を変調して書く、カー効果で読む） 電荷を利用する フラッシュROM（電荷を注入して書く、閾値の変化で読む） 結晶構造を利用する CD-RW（加熱による相変化で書く、相変化を読む） 入出力命令で装置上のデータを読み書きする CPUがメモリを参照するのとは少し違う入出力機器 • バイト単位で入力と出力できる装置 – 読み書きする位置が設定（シーク）できるもの • シーク可能デバイス – DAT – HDD » シークが比較的速いので二次記憶装置として使われる • ランダムにアクセスできるが、アクセス位置を示すポインタは装置側に存在する（メモリと異なる点） – 読み書きする位置が設定できないもの • シーク不可能デバイス – キーボード – プリンタ – スキャナ • 狭い意味での入出力装置制御方法 • 入出力制御専用の命令：I/O命令 – メモリのようにキャッシュしないこれは、メモリのようにキャッシュ制御できないから • I/O空間（メモリ空間に置かれている場合もある） – メモリのように空間内にすべて展開しない – I/Oポートという、ポートを通じて制御する – ポート(Port: 本来の意味は港)に対して入出力するサスペンドとハイバネーション • サスペンド – CPUは動作停止。内部情報の保持のため電力供給。 – メモリ（通常はDRAM）はリフレッシュ動作のみ継続。 – 周辺デバイスは内部状態をメモリ等に退避して電力供給を停止。 • ハイバネーション – すべてのデバイスは動作停止。電力供給も停止。 – 二次記憶装置などに内部状態を退避。 • レジューム – CPU/メモリ/周辺デバイスの状態を復帰して、実行再開記憶割付けに関して • 要求時ロードとページ置き換え – 実記憶を超えた容量の仮想記憶が割付け可能 – プログラムやデータは参照される瞬間だけ実記憶に存在していればよい（そのように維持されればよい）。 • 1次記憶（主記憶、RAM）と2次記憶（HDD)の関係 – １次記憶は２次記憶のキャッシュ • 記憶の実態は２次記憶装置上にある – ２次記憶は１次記憶が不足したときの退避領域 • スラッシング – ページインとページアウトが激しく起きている状態 – 実記憶容量より仮想記憶容量が大きく、参照の局所性が期待できないときに起こることが多い。直接同期制御 • プロセッサがハードウェアを直接操作 • ハードウェアの状態変化と操作が同期 • 状態変化を検出する方法→ポーリング – ポーリングは時間精度がよい – プロセッサは検出にかかりっきり直接非同期制御 • プロセッサがハードウェアを直接操作 • ハードウェアの状態変化とプロセッサの動作が非同期 – つまり、状態変化を別の手段で知る – たとえば、割り込み • プロセッサはその間別のことができる間接制御 • バスマスタ転送 – DMA • 主記憶を対象にデータを転送 – バス使用権を持っているもの→バスマスタ • それ以外はバスマスタによってデータが転送される • バスマスタになりえるもの→プロセッサ、ディスクI/Fなど • I/Oプロセッサ – 例: ネットワーク通信ボード, RAIDボード – プロセッサの高速化により、減りつつある入出力管理 • キャラクタデバイス – 入出力動作で１バイトのデータが入出力できる – キーボード、マウス、HDD – 基本的にシーケンシャルアクセス • ブロックデバイス – ファイルシステムが構築できる – HDD、フロッピー、CDROM – 基本的にランダムアクセス論理デバイス • 直接ハードウェアを操作させると問題がある – プロセスはOSの上に複数存在する、一方で、デバイスは限られた数しかない。 – デバイスドライバが間に入る。 – ハードウェア構成は同一であるとは限らないが、同一のインターフェースで使用できるようにしたい – OSが使用するデバイスは、一般のプロセスからアクセスされては困る。時間管理 • プロセスがプロセッサを占有する時間 – システムタイマ • デバイスがバスを占有する時間 – レイテンシタイマ • 何らかのタイマデバイスにより時間を計っている時刻管理 • バッチジョブの投入 • UNIXではcronというコマンドで定期的なジョブを投入できる。 • ファイルのタイムスタンプにも利用。 • メイルなどでも時刻を必要とする。 • タイマデバイスを利用してカウントしている。