Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- so:cursuri:curs-10 [2014/04/21 10:03]
razvan.deaconescu [Investigare întreruperi]
+++ so:cursuri:curs-10 [2019/04/20 20:24] (current)
razvan.deaconescu
@@ Line 1: / Line 1: @@
 ====== Curs 10 - Dispozitive de intrare/ieșire ======
-<html>
+  * [[http://prezi.com/z_hkmewcaqm_/?utm_campaign=share&utm_medium=copy&rc=ex0share|Curs 10 -  Dispozitive de Intrare/Iesire (Prezi)]]
-<iframe src="http://prezi.com/embed/z_hkmewcaqm_/?bgcolor=ffffff&amp;lock_to_path=0&amp;autoplay=0&amp;autohide_ctrls=0&amp;features=undefined&amp;disabled_features=undefined" width="550" height="400" frameBorder="0"></iframe>
+  * [[http://elf.cs.pub.ro/so/res/cursuri/SO_Curs-10.pdf|Curs 10 - Dispozitive de Intrare/Iesire (PDF)]]
-</html>
-  * [[http://prezi.com/z_hkmewcaqm_/present/?auth_key=qr031kg&follow=n6sg-tqs2wm6&kw=present-z_hkmewcaqm_&rc=ref-37087337|Curs 10 -  Dispozitive de Intrare/Iesire (Prezi)]]
+  * [[https://docs.google.com/document/d/1dc5Kaamjo6WPy7LABkBGTcxjVwgl3JbnlHnE0iREmwM/edit?usp=sharing|Notițe de curs]]
-  * [[http://elf.cs.pub.ro/so/res/cursuri/SO_Curs-10.pdf|Curs 10 - Dispozitive de Intrare/Iesire (PDF)]]
   * Suport curs
-    * Operating Systems Concepts
+    * Operating Systems Concepts Essentials
-    * Capitolul 13 -- I/O Systems
+      * Capitolul 11 -- Mass Storage Structure
-    * Capitolul 12 -- Mass Storage Structure
+        * Secțiunile 11.2, 11.4, 11.7
-      * Secțiunile 12.2, 12.4, 12.7
+      * Capitolul 12 -- I/O Systems
     * Modern Operating Systems
       * Capitolul 5 -- Input/Output
         * Secțiunile 5.1, 5.2, 5.3
         * Subsecțiunile 5.4.1, 5.4.3
+<html>
+  <center>
+    <iframe src="https://prezi.com/embed/z_hkmewcaqm_/?bgcolor=ffffff&amp;lock_to_path=0&amp;autoplay=0&amp;autohide_ctrls=0&amp;features=undefined&amp;disabled_features=undefined" width="550" height="400" frameBorder="0"></iframe>
+  </center>
+</html>
 ===== Demo-uri =====
@@ Line 71: / Line 75: @@
 ==== Utilitate disk cache ====
-Dorim să urmărim ce se întâmplă în cazul în care avem date partajate într-un mediu multithread. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''list-excl/''; urmărim conținutul fișierelor ''thread-list-app.c'' și ''list.c''. Este vorba de o aplicație care lucrează cu liste înlănțuite într-un mediu multithreaded. Vom observa că există riscul ca datele să fie corupte, fiind necesară sincronizare.
+Dorim să urmărim efectul cache-ul de disk (numit și //page cache//). Acesta stochează datele frecvent accesate în memorie astfel că viitoare folosiri ale acestora să fie mai rapide. Vom copia de două ori un fișier și vom observa că a doua oară copierea este mai rapidă datorită cache-ului.
-Compilăm fișierele folosind ''make''. Rezultă două fișiere în format executabil: ''thread-list-app'' și ''thread-list-app-mutex''.
+Creăm un fișier ''in.dat'' de 100MB de date aleatoare folosind comanda ''dd'':<code bash>
+$ dd if=/dev/urandom bs=1M count=100 of=in.dat
++0 records in
++0 records out
+104857600 bytes (105 MB) copied, 7.14143 s, 14.7 MB/s
+</code>
-Programul ''thread-list-app-mutex'' folosește intern un mutex pentru sincronizare. Pentru aceasta folosim macro-ul ''USE_MUTEX'' pe care îl definim în fișierul ''Makefile''.
+Apoi copiem fișierul ''in.dat'' în fișierul ''out.dat'' folosind comanda ''cp'' și măsurând durata de execuție cu ajutorul comenzii ''time'':<code bash>
+razvan@einherjar:~$ /usr/bin/time -v cp in.dat out.dat
+	Command being timed: "cp in.dat out.dat"
+	User time (seconds): 0.00
+	System time (seconds): 0.09
+	Percent of CPU this job got: 100%
+	Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:00.09
+        [...]
+        Voluntary context switches: 1
+	Involuntary context switches: 2
+	Swaps: 0
+	File system inputs: 0
+	File system outputs: 204800
+        [...]
+</code>
+Observăm ca a durat foarte puțin copierea, sub ''10'' milisecunde în rularea de mai sus. Aceasta s-a întâmplat pentru că fișierul ''in.dat'' a fost cache-uit în page cache de la rularea comenzii ''dd'', când a fost generat.
-Ca să urmărim ce se întâmplă cu o aplicație multithreaded cu date partajate, rulăm de mai multe ori programul ''thread-list-app'', până la obținerea unei erori:<code bash>
+Ca să urmărim ce se întâmplă când fișierul nu se găsește în page cache, facem flush la page cache și apoi invalidăm intrările folosind comenzile de mai jos:<code bash>
-./thread-list-app
+$ free -m
+             total       used       free     shared    buffers     cached
+Mem:          7893       4715       3178        251        728       1687
+-/+ buffers/cache:       2299       5593
+Swap:         3813        427       3386
+$ sudo sync
+$ echo 1 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
+
+$ free -m
+             total       used       free     shared    buffers     cached
+Mem:          7893       2653       5240        251          0        397
+-/+ buffers/cache:       2255       5637
+Swap:         3813        427       3386
 </code>
-==== Copiere conținut CD/DVD în fișier .iso ====
+Am folosit comanda ''free'' doar pentru a raporta folosirea bufferelor și a cache-ului. După rularea comenzilor ''sync'' și ''echo ...'' observăm eliberarea completă a bufferelor și aproape compleă a cache-ului.((Linux memory: buffer vs cache: http://stackoverflow.com/questions/6345020/linux-memory-buffer-vs-cache))
-Dorim să urmărim ce se întâmplă în cazul în care avem date partajate într-un mediu multithread. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''list-excl/''; urmărim conținutul fișierelor ''thread-list-app.c'' și ''list.c''. Este vorba de o aplicație care lucrează cu liste înlănțuite într-un mediu multithreaded. Vom observa că există riscul ca datele să fie corupte, fiind necesară sincronizare.
+Copiem din nou fișierul ''in.dat'' într-un nou fișier ''out2.dat'' și folosim comanda ''time'' pentru a măsura durata:<code bash>
+$ /usr/bin/time -v cp in.dat out2.dat
+	Command being timed: "cp in.dat out2.dat"
+	User time (seconds): 0.00
+	System time (seconds): 0.22
+	Percent of CPU this job got: 11%
+	Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:02.02
+        [...]
+        Voluntary context switches: 451
+	Involuntary context switches: 11
+	Swaps: 0
+	File system inputs: 205632
+	File system outputs: 204800
+	[...]
+</code>
+Observăm că acum operația durează semnificativ mai mult (2 secunde). De asemenea încărcarea pe procesor este mai mică (''11%'' față de ''100%'' pentru că acum procesorul așteaptă după disc. Observăm diferența mare de schimbări de context voluntare (procesul se blochează) și numărul diferit de zero de citiri din sistemul de fișiere: acum întreg fișierul de intrare este citit de pe disc, nu mai este cache-uit în memorie.
-Compilăm fișierele folosind ''make''. Rezultă două fișiere în format executabil: ''thread-list-app'' și ''thread-list-app-mutex''.
+Cache-ul de disk este esențial pentru funcționarea eficientă a sistemului. În absența acestuia procesorul ar trebui să solicite informații de pe disc, dispozitiv foarte lent comparativ cu memoria și procesor. Trebuie avut grijă la flush-ul/sincronizarea periodică a informațiilor din memorie pe disc pentru ca acestea să nu se piardă la o închidere bruscă a sistemului, memoria fiind volatilă.
+==== Copiere conținut CD/DVD în fișier .iso ====
-Programul ''thread-list-app-mutex'' folosește intern un mutex pentru sincronizare. Pentru aceasta folosim macro-ul ''USE_MUTEX'' pe care îl definim în fișierul ''Makefile''.
+Dorim să creăm facil un fișier format .iso conținând imaginea unui CD/DVD. Pentru aceasta comanda de creare este una foarte simplă ce folosește ''dd'':<code bash>
+$ dd if=/dev/cdrom of=file.iso bs=1M
+</code>
-Ca să urmărim ce se întâmplă cu o aplicație multithreaded cu date partajate, rulăm de mai multe ori programul ''thread-list-app'', până la obținerea unei erori:<code bash>
+Comanda copiază octet cu octet conținutul CD-ului/DVD-ului, indicat de dispozitivul ''/dev/cdrom'' și îl scrie în fișierul ''file.iso''. Întrucât comanda ''dd'' acționează și pe dispozitive, va reieși un fișier în format ''.iso'', copia sector cu sector a discului.
-./thread-list-app
+Pentru a urmări evoluția comenzii, dintr-un alt terminal putem rula comanda:<code bash>
+$ kill -USR1 $(pidof dd)
 </code>
+Livrarea semnalului ''USR1'' procesului ''dd'' înseamnă afișarea unui raport de stare din partea comenzii ''dd'' (adică în primul terminal).
 ==== Folosire operație de control (ioctl) ====
-Dorim să urmărim ce se întâmplă în cazul în care avem date partajate într-un mediu multithread. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''list-excl/''; urmărim conținutul fișierelor ''thread-list-app.c'' și ''list.c''. Este vorba de o aplicație care lucrează cu liste înlănțuite într-un mediu multithreaded. Vom observa că există riscul ca datele să fie corupte, fiind necesară sincronizare.
+Dorim să urmărim câteva cazuri de folosire a funcției [[http://man7.org/linux/man-pages/man2/ioctl.2.html|ioctl]]. Funcția este utilizată pentru operații de control a unui dispozitiv sau de citire a unei stări sau a configurații, acolo unde funcțiile [[http://man7.org/linux/man-pages/man2/read.2.html|read]] sau [[http://man7.org/linux/man-pages/man2/write.2.html|write]] nu pot fi folosite. Apelurile ''ioctl'' sunt folosite în special pe fișiere speciale (dispozitive, sockeți, terminale etc.); dezavantajul este că nu există o formă standard a operațiilor aferente și în general nu sunt portabile. O listă **incompletă** de operații se găsește în [[http://man7.org/linux/man-pages/man2/ioctl_list.2.html|pagina de manual ioctl_list]].
-Compilăm fișierele folosind ''make''. Rezultă două fișiere în format executabil: ''thread-list-app'' și ''thread-list-app-mutex''.
+Pentru a urmări folosirea apelului ''ioctl'' accesăm subdirectorul ''ioctl/''; urmărim conținutul fișierelor ''cdrom-ioctl.c'' și ''hwaddr-ioctl.c''. Fișierele implementează, respectiv, operații pe CD-ROM drive și pe socket pentru aflarea adresei hardware (MAC).
-Programul ''thread-list-app-mutex'' folosește intern un mutex pentru sincronizare. Pentru aceasta folosim macro-ul ''USE_MUTEX'' pe care îl definim în fișierul ''Makefile''.
+Pentru fișierul sursă ''cdrom-ioctl.c'' înlocuim valoarea macro-ului ''CDROM_DEV_PATH'' cu șirul ce reprezintă calea către CD-ROM. La fel, în fișierul ''hwaddr-ioctl.c'' înlocuim valoarea macro-ului ''IFNAME'' cu șirul ce reprezintă numele interfeței a cărei adresă hardware dorim să o determinăm.
-Ca să urmărim ce se întâmplă cu o aplicație multithreaded cu date partajate, rulăm de mai multe ori programul ''thread-list-app'', până la obținerea unei erori:<code bash>
+Compilăm fișierele folosind ''make''. Rezultă două fișiere în format executabil: ''cdrom-ioctl'' și ''hwaddr-ioctl''.
-./thread-list-app
+Cu ajutorul executabilului ''cdrom-ioctl'' putem executa trei tipuri de operații pe CD-ROM așa cum este indicat prin rularea sa fără argumente:<code>
+$ ./cdrom-ioctl
+You must provide exactly one argument.
+Usage: ./cdrom-ioctl e|l|u
+	e - eject CD-ROM
+	l - lock CD-ROM drive
+	e - unlock CD-ROM drive
 </code>
+În continuare putem rula comanda ''cdrom-ioctl'' cu exact unul dintre argumentele ''e'', ''l'', ''u'' pentru a deschide trapa CD-ROM drive-ului saua bloca/debloca deschiderea manuală a acestuia (din buton). După cum vedem din codul sursă, aceste trei operații sunt realizate cu un apel ''ioctl'' și cu parametrii aferenți (documentați în [[http://lxr.free-electrons.com/source/Documentation/ioctl/cdrom.txt?v=3.13|sursele nucleului Linux]]): ''CDROMEJECT'' și ''CDROM_LOCKDOOR''.
+Cu ajutorul executabilului ''hwaddr-ioctl'' putem determina adresa hardware (MAC) a unei interfețe de rețea așa cum se întâmplă mai jos:<code>
+$ ./hwaddr-ioctl
+Hardware address for interface eth0 is 00:21:cc:68:d0:53
+</code>
+Adresa hardware a fost obținută într-o structură [[http://lxr.free-electrons.com/source/include/uapi/linux/if.h?v=3.13#L170|struct ifreq]] cu ajutorul unui apel ''ioctl'' aplicat pe un descriptor de socket. Parametrul ''ioctl'' a fost ''SIOCGIFHWADDR''.

Informații generale SO

Informații SO 2021-2022

Laboratoare

Curs

Accesibile pe GitHub, în organizația Open Education Hub, cu deployment prin Docusaurus.

Cursuri vechi

Teme

so/cursuri/curs-10.1398063812.txt.gz · Last modified: 2014/04/21 10:03 by razvan.deaconescu

Show page Old revisions

Media Manager Back to top