Fundamentos de la Gestión de Dispositivos y Planificación de E/S en Sistemas Operativos

Escrito el 20 de Noviembre de 2025 en español con un tamaño de 5,26 KB

Drivers de Dispositivos

Un Driver de Dispositivo es el código específico del dispositivo dentro del kernel que interactúa directamente con el hardware.

Tiene soporte para una interfaz interna estándar.
El mismo sistema de Entrada/Salida (E/S) del kernel puede interactuar con distintos tipos de drivers.
La configuración específica del dispositivo se lleva a cabo mediante la llamada al sistema ioctl().

Los drivers normalmente se dividen en dos partes:

Implementa los comandos estándar como open(), close(), read(), write(), ioctl().
Es la interfaz del kernel con el driver.
Inicia la E/S y puede suspender (dormir) el hilo de ejecución.

El proceso de E/S puede llevarse a cabo mediante varios mecanismos:

Acceso a Registros Mapeados a Memoria: El espacio de registros del dispositivo está mapeado directamente a la memoria principal.
E/S Programada (PIO): La CPU principal recibe o envía cada byte o palabra y entra en un ciclo estrecho para esperar hasta que pueda obtener o enviar el siguiente byte.
E/S Controlada por Interrupciones: La CPU inicia una transferencia de E/S para un carácter o palabra y se dedica a otras tareas hasta que llega una interrupción, indicando que la operación de E/S se completó.
Acceso Directo a Memoria (DMA): Un chip separado administra la transferencia completa de un bloque de datos, y la CPU recibe una interrupción solo cuando se ha transferido todo el bloque completo.

El rendimiento de los discos se mide y optimiza en función de varios factores clave:

Tiempo Medio para una Búsqueda (Seek Time)

Típicamente de 8 ms a 12 ms.
Debido a la localidad en las referencias a disco, este tiempo se puede reducir al 25% o 30% del tiempo total.

Latencia Rotacional

Depende de la velocidad de rotación: 3.600, 7.200, 10.000 o 15.000 RPM (Revoluciones Por Minuto).
Aproximadamente 16 ms a 8 ms por vuelta.
La latencia promedio es la mitad de ese tiempo (ejemplo: 8 ms a 3600 RPM, 4 ms a 7200 RPM).

El tiempo de transferencia es una función de:

Nota: El tiempo de la controladora depende del hardware específico.

El uso de colas (spooling) es una manera de lidiar con los dispositivos de E/S dedicados en un sistema de multiprogramación.

Se crea un proceso especial, conocido como demonio (daemon).
Se crea un directorio especial llamado directorio de cola de impresión.
Un proceso genera primero todo el archivo que va a imprimir y lo coloca en el directorio de la cola de impresión.
El demonio, que es el único proceso que tiene permiso para usar el archivo especial de la impresora, imprime los archivos contenidos en el directorio.

La planificación de discos busca minimizar el tiempo de búsqueda y la latencia rotacional, optimizando el orden en que se atienden las solicitudes.

FIFO (First-In, First-Out): Se atiende la primera solicitud en llegar. El orden de llegada aleatorio puede provocar tiempos de búsqueda elevados.
SSTF (Shortest Seek Time First): Toma la solicitud que esté más cerca en el disco. Esto debe incluir un cálculo del tiempo de rotación, que puede ser tan largo como el tiempo de búsqueda. Puede generar espera indefinida (starvation) para solicitudes lejanas.
SCAN (Algoritmo del Ascensor): Atiende la solicitud más cercana en la dirección actual (moviéndose de un extremo al otro del disco, como un ascensor). No hay espera indefinida y mantiene las ventajas de SSTF en términos de eficiencia.
C-SCAN (Circular SCAN): Similar a SCAN, pero solo se mueve en una dirección (ej. de adentro hacia afuera). Al llegar al final, salta inmediatamente al inicio sin atender solicitudes en el camino de regreso. Es más equitativo que SCAN, que tiende a favorecer a los sectores centrales.

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