Cache de blocos

Este projeto faz parte do PPOS v2.

Este projeto tem por objetivo implementar um cache em memória RAM para os blocos lidos e/ou escritos no disco.

O acesso a disco é uma operação demorada, pois o disco é lento. Para melhorar o desempenho, pode-se guardar uma cópia em RAM dos blocos lidos ou escritos no disco, para agilizar acessos futuros. As estratégias de caching a implementar neste projeto são as seguintes:

• Read-through: ao ler um bloco do disco, guarda-se uma cópia dele no cache em RAM; futuras leituras devem consultar o cache para ver se o conteúdo do bloco desejado está nele.
• Write-through: ao escrever um bloco no disco, guarda-se uma cópia do mesmo no cache em RAM; futuras leituras devem consultar o cache para ver se o conteúdo do bloco desejado está nele nele.

O cache pode ser visto como um vetor ou lista de blocos com capacidade limitada, geralmente inferior ao tamanho do disco. Se ele estiver cheio e um novo bloco precisar ser armazenado, outro bloco deverá ser descartado do cache antes. Neste projeto, deve-se usar o algoritmo LRU (Least-Recently Used) para escolher o bloco a descartar do cache. Em outras palavras, quando for necessário remover um bloco do cache, deve ser removido aquele que está há mais tempo no cache sem ser acessado.

O acesso ao cache de disco pelas tarefas é feito através das funções definidas em kernel/cache.h e implementadas (pelo aluno) em kernel/cache.c:

void cache_init();

Esta função, chamada na inicialização do PPOS (em kernel/ppos.c) inicia o subsistema de cache de disco.

int cache_read (int block, void* buffer) ;

Parâmetros:

• block: número do bloco a ler do disco (entre 0 e número de blocos - 1);
• buffer: endereço do buffer onde devem ser colocados os dados lidos do disco; esse buffer deve ter capacidade para block_size bytes.
• retorno: 0 em caso de sucesso ou -1 em caso de erro.

Essa função faz a leitura de blocos usando o cache, da seguinte forma:

1. procura o bloco no cache
2. se encontrou o bloco
   1. copia conteúdo do cache para o buffer (usando mem_copy)
3. senão
   1. lê o bloco do disco (usando block_read)
   2. obtém uma entrada livre no cache (ou libera uma)
   3. copia o conteúdo do bloco lido para o cache
4. atualiza a data de acesso daquele bloco no cache

int cache_write (int block, void* buffer) ;

Parâmetros:

• block: número do bloco a escrever no disco (entre 0 e número de blocos - 1);
• buffer: endereço do buffer com os dados a escrever no disco; esse buffer deve ter capacidade para block_size bytes.
• retorno: 0 em caso de sucesso ou -1 em caso de erro.

Essa função faz a escrita de blocos usando o cache, da seguinte forma:

1. se o bloco não estiver no cache ainda
   1. obtém uma entrada livre no cache (ou libera uma)
2. copia o conteúdo do bloco no cache (usando mem_copy)
3. atualiza a data de acesso daquele bloco no cache
4. escreve o bloco no disco (usando block_write)

Este projeto usa como base o projeto de acesso ao disco desenvolvido anteriormente. Neste projeto você deve:

• Implementar as funções de acesso ao cache;
• Implementar a política LRU, para liberar entradas se o cache estiver cheio;
• Gerenciar a exclusão mútua no acesso ao cache.

• Duração estimada: 4 horas.
• Dependências:
  • Tarefas cooperativas
  • Despachante de tarefas
  • Preempção por Tempo
  • Tarefas que esperam
  • Tarefas que dormem
  • Spinlocks e Semáforos
  • Acesso ao disco