Show page

Differences

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

--- so:cursuri:curs-10 [2014/04/21 09:30]
razvan.deaconescu [Demo-uri]
+++ 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 32: / Line 36: @@
 ==== Investigare întreruperi ====
-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 investigăm livrarea întreruperilor hardware către sistemul local. Vom urmări întreruperea de ceas (timer) și întreruperea de tastatură.
-Compilăm fișierele folosind ''make''. Rezultă două fișiere în format executabil: ''thread-list-app'' și ''thread-list-app-mutex''.
+În Linux fișierul care afișează informații despre tastatură este ''/proc/interrupts''. În acest fișier sunt afișate informații statistice despre întreruperilor livrate, câte o coloană pentru fiecare procesor. În cadrul fișierului găsim informații și despre întreruperea de ceas și cea de tastatură:<code>
+$ cat /proc/interrupts
+           CPU0       CPU1       CPU2       CPU3
+:         14          0          0          0  IR-IO-APIC-edge      timer
+:    1358967          0          0          0  IR-IO-APIC-edge      i8042
+[...]
+LOC:   96023026   47877718   90900926   54219891   Local timer interrupts
+[...]
+</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''.
+Prima coloană este linia de întrerupere (''IRQ line'') pe care se livrează semnalul de întrerupere către procesor. Este 0 în cazul [[http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_8253|timer-ului programabil (8253)]] și 1 în cazul [[http://en.wikipedia.org/wiki/Keyboard_controller_(computing)|controller-ului de tastatură (8042)]].
-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>
+Din output-ul comenzii de mai sus am selectat doar intrările referitoare la întreruperea de ceas (''timer'' și //Local timer interrupts//) și cea de tastatură (''i8042''). La noi rulări ale comenzii<code>
-./thread-list-app
+cat /proc interrupts
 </code>
+vom observa actualizări ale valorilor întreruperilor. În figura de mai sus întreruperea de tastatură (''i8042'') este tratată doar pe primul procesor (''CPU0'') în vreme ce există întreruperi de ceas locale pentru fiecare procesor (de unde și denumirea de //local//).
+Pe sistemele multi-core/multiprocesor se folosesc întreruperile de ceas locale (cele indicate de //Local timer interrupts//). Acestea sunt livrate de controller-ul de întreruperi (APIC) către fiecare procesor în parte. Din acest motiv există actualizări pentru linia identificată de ''LOC:'' dar nu și pentru timer-ul programabil de pe linia identificată cu ''timer''. Pe sisteme uniprocesor, pentru livrarea întreruperii de ceas se folosește timer-ul programabil.((What are Linux local timer interrupts? http://stackoverflow.com/questions/10567214/what-are-linux-local-timer-interrupts))
+Informațiile despre întreruperea de ceas sunt actualizate periodic în fișierul ''/proc/interrupts'' pentru că la un interval dat se livrează o nouă întrerupere.
+Întreruperile de tastatură sunt livrate la fiecare apăsare de tastă. Pentru a investiga evoluția numărului de întreruperi de tastatură livrate, tastăm șirul de comenzi de mai jos:<code>
+$ cat /proc/interrupts | grep ' 1:'
+:    1366012          0          0          0  IR-IO-APIC-edge      i8042
+$ echo 'aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa'
+aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
+$ cat /proc/interrupts | grep ' 1:'
+:    1366184          0          0          0  IR-IO-APIC-edge      i8042
+</code>
+<note important>
+Șirul de comenzi de mai sus trebuie tastat pentru a genera întreruperi. **Nu** dăm copy-paste la șir.
+</note>
+Între prima afișare și a doua afișare a conținutului fișierul ''/proc/interrupts'' am tastat circa 70-80 de taste pentru comanda ''echo ...'' și a doua comandă ''cat'' (am mai apăsat și pe tasta Backspace când am greșit). Observăm că diferența între cele două rezultate (întreruperi livrate) este ''1336184 - 1336012 = 172''. Au fost livrate circa dublu de întreruperi față de tastele apăsate. Acest lucru se întâmplă pentru că se livrează o întrerupere pentru fiecare apăsare de tastă (//key press//) și una pentru fiecare eliberare de tastă (//key release//); de unde și numărul dublu de întreruperi livrate față de taste apăsate.
 ==== 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 ====
+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>
-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''.
+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.
-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>
+Pentru a urmări evoluția comenzii, dintr-un alt terminal putem rula comanda:<code bash>
-./thread-list-app
+$ 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-10.1398061845.txt.gz · Last modified: 2014/04/21 09:30 by razvan.deaconescu

Show page Old revisions

Media Manager Back to top