Como os Cabeçalhos de Segmentos e EPA Organizam Objetos no Sistema

A criação de objetos em sistemas como o AS/400 envolve uma série de processos detalhados e complexos que garantem não apenas a integridade dos dados, mas também a eficiência no gerenciamento de memória e a segurança do sistema. Após a criação de um novo objeto, o perfil de usuário ou grupo precisa ser atualizado para refletir a propriedade do novo objeto, o que é fundamental para o controle e rastreamento da utilização de recursos. O passo final desse processo envolve a criação de um ponteiro de sistema para o objeto, o qual é então retornado ao usuário que solicitou a criação. Para entender como esses objetos são organizados e gerenciados, é necessário olhar mais de perto os cabeçalhos dos segmentos e do EPA, duas estruturas que são cruciais nesse processo.

O cabeçalho do segmento ocupa os primeiros 32 bytes de cada segmento que compõe um objeto do sistema. Este cabeçalho contém informações essenciais sobre o segmento, como o tipo de segmento, as flags que indicam características específicas (como a existência ou a capacidade de auto-extensão), o número de páginas alocadas e os endereços do segmento base e do espaço associado ao objeto. Esses endereços são fundamentais para conectar os segmentos entre si, formando um objeto completo e funcional.

O tipo de segmento é identificado por um byte específico e determina se o segmento pertence a objetos MI (máquina independentes) ou a estruturas de dados usadas pelo SLIC (Sistema de Controle de Armazenamento), abaixo da camada MI. A maioria dos segmentos que estamos considerando até agora faz parte de objetos MI, mas existem outros segmentos específicos usados pelo SLIC que não são tratados como objetos no sentido tradicional. Esses segmentos são usados em funções como tabelas de gerenciamento de armazenamento e áreas de trabalho de tradutores, e sua gestão é similar à dos segmentos de objetos do sistema.

Além disso, cada cabeçalho de segmento contém dois endereços importantes: o endereço do segmento base e o endereço do próximo segmento secundário. Esses endereços são usados para encadear os segmentos em um objeto multi-segmento, permitindo que o sistema acesse os dados necessários de maneira eficiente.

As bandeiras de atributos no cabeçalho EPA indicam o estado do objeto, como se ele está suspenso ou danificado. Um objeto suspenso é um que teve seu conteúdo apagado, mas cujos cabeçalhos ainda permanecem no sistema. Se alguém tentar acessar esse objeto após ele ter sido destruído, o sistema retornará apenas os cabeçalhos, indicando que o objeto não existe mais, mas nunca permitindo a reutilização do espaço de endereço que o objeto ocupava. Isso evita problemas de segurança e integridade que poderiam surgir se o espaço de endereço fosse reusado para outros objetos sem a devida validação.

Uma característica fundamental do sistema é que, quando um objeto permanente é destruído, seu espaço de endereço nunca é realocado, o que impede que qualquer ponteiro residual no sistema cause problemas. Em vez de adotar estratégias complexas de coleta de lixo, como em outros sistemas, o AS/400 mantém a integridade ao não permitir a reatribuição desses espaços de endereço, uma abordagem que evita riscos de segurança e problemas com referências a objetos não existentes.

Compreender esses cabeçalhos, suas funções e como eles se relacionam é crucial para quem trabalha com a administração de sistemas, pois permite uma visão detalhada de como os objetos são estruturados e gerenciados no nível de hardware e software. Este conhecimento não apenas aprimora a eficiência do gerenciamento de recursos, mas também garante a integridade e a segurança do sistema em suas operações diárias.

Como funciona a gestão do armazenamento auxiliar e dos objetos permanentes no AS/400?

Um dos conceitos centrais é o uso de diretórios especializados, cada um com funções distintas. O Diretório de Espaço Livre atua como um índice que mantém as localizações dos blocos livres em disco, permitindo o uso eficiente do espaço disponível. Já o Diretório Estático guarda extents alocados para segmentos permanentes predefinidos, essenciais para a execução da máquina, especialmente quando os diretórios normais podem estar inacessíveis. O Diretório Permanente e o Diretório Temporário armazenam os endereços dos extents alocados para segmentos virtuais permanentes e temporários, respectivamente. Existe ainda o Diretório Lookaside, que funciona como um cache para os diretórios permanente e temporário, reduzindo a latência das operações de busca.

Outro componente importante é o grupo de acesso, que se aplica a objetos fisicamente pequenos e seus segmentos. Cada grupo possui uma Tabela de Conteúdo (TOC), que lista a localização no disco de páginas específicas dos segmentos membros do grupo. O acesso a esses grupos permite operações de entrada/saída (I/O) simplificadas, pois o conteúdo pode ser lido ou escrito com uma única operação, otimizando o desempenho para pequenos objetos temporários. Porém, grupos de acesso não são utilizados para objetos permanentes devido ao seu tamanho maior, que tornaria essa abordagem ineficaz.

A robustez do sistema está demonstrada no mecanismo de recuperação de diretórios. Em caso de falha ou reinicialização do sistema (IPL), o AS/400 verifica a integridade dos diretórios de espaço livre e permanente. Se algum estiver corrompido, é executado um procedimento de recuperação que varre os discos, utilizando informações armazenadas nos cabeçalhos dos setores e segmentos para reconstruir os diretórios. Isso assegura a continuidade do sistema mesmo após eventos críticos, enquanto diretórios temporários são simplesmente descartados e recriados conforme necessário.

A arquitetura do AS/400 foi pensada para garantir longevidade e escalabilidade. Inspirada por lições aprendidas em sistemas anteriores, como o PDP-11 da Digital, que sofreu com limitações no tamanho dos endereços de memória, o AS/400 adotou endereços de 128 bits para permitir expansão sem preocupações com restrições de espaço. Esse design previne problemas comuns em sistemas com limites pequenos de endereçamento, garantindo que o ambiente seja sustentável e preparado para demandas futuras.

Além disso, a persistência dos objetos é um aspecto fundamental para sistemas orientados a objetos e que buscam continuidade além da vida de um processo. Diferentemente dos sistemas tradicionais de memória virtual, que eliminam todos os objetos de um processo quando este termina, o AS/400 mantém objetos permanentes que persistem no armazenamento, permitindo que eles sejam compartilhados entre processos e utilizados independentemente da existência desses processos. Essa característica se torna crucial para sistemas modernos, que dependem de persistência e compartilhamento de estado para garantir integridade e eficiência.

Importa destacar que a gestão do armazenamento auxiliar e a persistência de objetos implicam numa visão diferente do tempo e da memória do que a tradicional. Enquanto muitos sistemas operacionais tratam a memória como um recurso volátil associado à execução temporária dos processos, o AS/400 amplia esse conceito, tratando os objetos e seus segmentos como entidades duradouras e endereçáveis dentro de um espaço único e contínuo, a chamada "single-level store". Isso exige do leitor uma mudança de paradigma: entender que o armazenamento e a memória são vistos como um único recurso unificado, o que simplifica a manipulação de dados, elimina cópias desnecessárias e melhora a consistência e a recuperação após falhas.

Essa abordagem também favorece a transparência para os desenvolvedores e administradores, pois a complexidade do gerenciamento físico dos dados é abstraída, enquanto a integridade e o desempenho são mantidos pela estrutura de diretórios e pela recuperação automática. A convergência da memória e do armazenamento em um único espaço virtual redefine a maneira como aplicações são construídas e como o sistema operacional lida com processos, trabalho e recursos.

Como Funciona o Barramento SPD no AS/400: Arquitetura e Operações

O cartão de conexão do barramento local contém a lógica utilizada para conectar o primeiro barramento SPD (Serial Peripheral Bus). Esse barramento SPD inicial, frequentemente chamado de "barramento de cobre", é embalado diretamente com a unidade de processamento. Ele é o único barramento SPD nos modelos menores do AS/400. Modelos maiores, por sua vez, podem ter múltiplos barramentos SPD adicionais, com a possibilidade de até 18 barramentos extras, totalizando até 19 barramentos SPD em um único sistema. Esses barramentos adicionais são conectados por meio de links ópticos e geralmente são chamados de "barramentos ópticos".

Um cartão de conexão remoto é embalado em uma unidade de expansão de I/O. Esse cartão remoto contém um OLC e dois BCUs (Unidades de Controle de Barramento). Cada BCU conecta diretamente um barramento SPD a um dos links ópticos do OLC. Os dois BCUs também são interconectados para fornecer um caminho alternativo entre o BCU e um link óptico, o que garante redundância nos barramentos de I/O ópticos.

O barramento SPD é composto por 36 linhas utilizadas para transferir dados (32 bits de dados e 4 bits de paridade), além de linhas adicionais para transferir informações de controle. Em um barramento de cobre, essas linhas podem ser vistas como fios físicos. Já em um barramento óptico, os dados e bits de controle são serializados, mas o funcionamento é funcionalmente equivalente. Tanto os endereços quanto os dados podem ser transmitidos através do barramento. O barramento SPD opera de forma assíncrona, o que o diferencia de barramentos síncronos, os quais exigem um relógio comum para todos os dispositivos conectados.

A escolha por um barramento assíncrono no AS/400 se deve às características dessa arquitetura. Em um barramento síncrono, todos os dispositivos precisam operar na mesma taxa de clock, o que limita a distância e a flexibilidade de uso. Por outro lado, um barramento assíncrono, ao não ser sincronizado por um clock, oferece maior flexibilidade e permite que dispositivos variados operem a diferentes velocidades, além de suportar maiores distâncias, o que é fundamental para a configuração de sistemas complexos como o AS/400.

Para coordenar a transmissão de dados entre o remetente e o receptor, um barramento assíncrono, como o SPD, usa um protocolo de aperto de mão. Esse protocolo exige que tanto o remetente quanto o receptor avancem para o próximo passo apenas quando ambos estiverem de acordo. As linhas de controle do barramento SPD implementam esse protocolo de forma eficaz. Por exemplo, o remetente pode colocar um pedido de leitura nas linhas de controle e um endereço nas linhas de dados. Esses sinais de controle são mantidos até que o receptor indique que viu os sinais, colocando um sinal na linha de reconhecimento.

Cada barramento SPD pode ser conectado a no mínimo dois IOBUs (Unidades de Entrada/Saída). Um máximo de 32 IOBUs pode ser conectado a um único barramento SPD. Quando múltiplos IOBUs estão conectados ao barramento, é necessário um mecanismo de arbitragem caso mais de uma unidade queira utilizar o barramento ao mesmo tempo. Para isso, é usado um mecanismo de arbitragem por prioridade, onde cada IOBU recebe uma prioridade que é utilizada para decidir qual IOBU pode acessar o barramento em caso de disputa.

Embora os IOPs sejam principalmente usados para controle de dispositivos, também possuem capacidades para executar outros tipos de aplicações. O IOP é um processador completo com seu próprio sistema operacional e programas de aplicação. Ele tem acesso direto à memória principal e, através do barramento SPD, ao sistema de discos do AS/400. Assim, um IOP pode ser utilizado para rodar aplicações de usuário, como veremos no próximo capítulo ao analisarmos o IOP de servidores de arquivos (FSIOP) no AS/400 e como ele é usado como motor de aplicações.

Cada barramento SPD possui um BCU, que fornece o controle mestre sobre as operações do barramento. Durante a operação normal, o BCU gerencia a recuperação de erros e tentativas de retransmissão, além de fazer a arbitragem quando mais de um IOBU tenta usar o barramento simultaneamente. Também cabe ao BCU inicializar o barramento no momento do IPL (Inicialização do Sistema). Durante o IPL, o BCU atribui endereços lógicos aos IOBUs conectados. Esse processo ocorre a cada IPL, o que permite a inserção de novos IOBUs com dispositivos adicionais, que são automaticamente configurados no sistema sem intervenção do usuário, uma característica que pode ser comparada ao "plug and play" em sistemas de PCs.

Além de atribuir endereços lógicos aos IOBUs conectados no IPL, o BCU também define a prioridade de uso do barramento para cada unidade. Ele verifica a capacidade de comunicação de cada IOBU através do barramento e carrega o código operacional na memória de cada IOP. Durante as operações normais, a comunicação ocorre entre IOBUs. Os processadores do sistema funcionam como IOBUs, assim como todos os IOPs. A troca de informações é sempre feita entre o IOBU que inicia a operação (chamado de mestre) e o IOBU selecionado pelo mestre (chamado de escravo). Todas as operações de barramento são realizadas entre o mestre e o escravo.

As operações de barramento podem ser definidas como uma conexão momentânea entre dois IOBUs. Cada operação de barramento possui duas partes: a primeira consiste na seleção do escravo pelo mestre, que também determina o tipo e a direção da transferência de dados. A segunda parte é composta por ciclos de dados, que podem variar de um a 16 ciclos, durante os quais os dados são transferidos. Cada ciclo transfere 32 bits de dados no barramento SPD.

Operações de barramento no AS/400 podem ser classificadas em operações de unidade e de armazenamento. Em uma operação de unidade, uma mensagem é transferida do mestre para o escravo, sendo essa mensagem estruturada para sempre ter 12 bytes.