Gerente de disco

Video deste projeto

Este projeto tem por objetivo implementar operações de entrada/saída (leitura e escrita) de blocos de dados sobre um disco rígido virtual. A execução dessas operações estarão a cargo de um gerente de disco, que cumpre a função de driver de acesso ao disco.

A tarefa principal (main) inicializa o gerente/driver de disco através da seguinte chamada:

int disk_mgr_init (&num_blocks, &block_size) ;

Ao retornar da chamada, a variável num_blocks contém o número de blocos do disco inicializado, enquanto a variável block_size contém o tamanho de cada bloco do disco, em bytes. Essa chamada retorna 0 em caso de sucesso ou -1 em caso de erro.

As tarefas podem ler e escrever blocos de dados no disco virtual através das seguintes chamadas (ambas bloqueantes):

int disk_block_read  (int block, void* buffer) ;
int disk_block_write (int block, void* buffer) ;

• block: posição (número do bloco) a ler ou escrever no disco (deve estar entre 0 e numblocks-1);
• buffer: endereço dos dados a escrever no disco, ou 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.

Cada tarefa que solicita uma operação de leitura/escrita no disco deve ser suspensa até que a operação solicitada seja completada. As tarefas suspensas devem ficar em uma fila de espera associada ao disco. As solicitações de leitura/escrita presentes nessa fila devem ser atendidas na ordem em que foram geradas, de acordo com a política de escalonamento de disco FCFS (First Come, First Served).

O “disco virtual” simula o comportamento lógico e temporal de um disco rígido real, com as seguintes características:

• O conteúdo do disco virtual é mapeado em um arquivo UNIX no diretório corrente da máquina real, com nome default disk.dat. O conteúdo do disco virtual é mantido de uma execução para outra.
• O disco contém N blocos de mesmo tamanho. O número de blocos do disco dependerá do tamanho do arquivo subjacente no sistema real.
• Como em um disco real, as operações de leitura/escrita são feitas sempre com um bloco de cada vez. Não é possível ler ou escrever bytes isolados, parte de um bloco, ou vários blocos ao mesmo tempo.
• Os pedidos de leitura/escrita feitos ao disco são assíncronos, ou seja, apenas registram a operação solicitada e retornam imediatamente, sem bloquear a tarefa. A finalização de cada operação de leitura/escrita é indicada mais tarde pelo disco através de um sinal UNIX SIGUSR1, que deve ser capturado e tratado.
• O disco só trata uma leitura/escrita por vez. Enquanto o disco está tratando uma solicitação, ele fica em um estado ocupado (busy); tentativas de acesso a um disco ocupado retornam um código de erro.
• O tempo de resposta do disco é proporcional à distância entre a posição atual da cabeça de leitura do disco e a posição da operação solicitada. Inicialmente a cabeça de leitura está posicionada sobre o bloco inicial (zero).

O código que simula o disco está em disk.c e sua interface de acesso está definida em disk.h; estes arquivos não devem ser modificados.

Atenção: o arquivo disk.c depende da biblioteca POSIX de tempo real (-lrt):

cc -Wall queue.c ppos_core.c ppos_disk.c disk.c pingpong-disco.c -lrt

A gerência das operações de entrada/saída em disco consiste em implementar:

• Uma tarefa gerenciadora do disco;
• Uma função para tratar os sinais SIGUSR1 gerados pelo disco, que acorda a tarefa gerenciadora de disco quando necessário;
• Uma fila de pedidos de acesso ao disco; cada pedido indica a tarefa solicitante, o tipo de pedido (leitura ou escrita), o bloco desejado e o endereço do buffer de dados;
• As funções de acesso ao disco oferecidas às tarefas (disk_mgr_init, disk_block_read e disk_block_write).

A implementação do gerenciamento de disco deve ficar no arquivo ppos_disk.c, enquanto sua interface fica no arquivo ppos_disk.h (fornecido, a completar). A figura a seguir mostra a estrutura geral do código:

Sua implementação deverá funcionar com estes arquivos de teste:

• disk.dat: conteúdo inicial do disco virtual, que tem 256 blocos de 64 bytes cada (b₀, b₁, …, b₂₅₅), totalizando 16.384 bytes. Para facilitar a visualização, o conteúdo inicial de cada bloco é o número do bloco e alguns caracteres de enchimento para completar o bloco.
• pingpong-disco1.c: uma tarefa única, que lê os blocos do disco em sequência e imprime seu conteúdo na tela. Em seguida, ela escreve nos blocos em sequência, com caracteres aleatórios. A saída deve ser similar a este exemplo.
• pingpong-disco2.c: várias tarefas leem e escrevem no disco simultaneamente, com o objetivo de inverter a ordem dos blocos do mesmo (b₂₅₅, b₂₅₄, …, b₀). O conteúdo final do disco deve ser igual a este e a saída deve ser similar a este exemplo.

A tarefa gerente de disco é responsável por tratar os pedidos de leitura/escrita das tarefas e os sinais gerados pelo disco. Ela é uma tarefa de sistema, similar ao dispatcher, e tem +/- o seguinte comportamento:

void diskDriverBody (void * args)
{
   while (true) 
   {
      // obtém o semáforo de acesso ao disco
 
      // se foi acordado devido a um sinal do disco
      if (disco gerou um sinal)
      {
         // acorda a tarefa cujo pedido foi atendido
      }
 
      // se o disco estiver livre e houver pedidos de E/S na fila
      if (disco_livre && (fila_disco != NULL))
      {
         // escolhe na fila o pedido a ser atendido, usando FCFS
         // solicita ao disco a operação de E/S, usando disk_cmd()
      }
 
      // libera o semáforo de acesso ao disco
 
      // suspende a tarefa corrente (retorna ao dispatcher)
   }
}

A tarefa gerente de disco deve ser acordada (voltar à fila de tarefas prontas) sempre que:

• alguma tarefa pedir uma operação de leitura/escrita no disco; ou
• o disco gerar um sinal indicando que a última operação solicitada foi concluída.

Dessa forma, as funções disk_block_read e disk_block_write devem seguir +/- o seguinte comportamento:

disk_block_read (block, &buffer)
{
   // obtém o semáforo de acesso ao disco
 
   // inclui o pedido na fila_disco
 
   if (gerente de disco está dormindo)
   {
      // acorda o gerente de disco (põe ele na fila de prontas)
   }
 
   // libera semáforo de acesso ao disco
 
   // suspende a tarefa corrente (retorna ao dispatcher)
}

• Duração estimada: 8 horas.
• Dependências:
  • Gestão de Tarefas
  • Dispatcher
  • Preempção por Tempo
  • Tarefas suspensas
  • Tarefas dormindo
  • Semáforos