Linux操作系统原理与应用第六章课件.ppt

1、第六章 设备管理 6.1设备管理概述 n在计算机系统中，除了CPU和内存之外，其它大部分硬设备称为外部设备。它包括常用的输入输出设备、外存设备以及终端设备等。设备管理从系统管理的角度将各种设备进行简单的分类，然后再介绍设备管理的主要功能与任务。6.1.1I/O系统的组成 I/O系统的相关概念 n设备n输入输出操作n通道n设备控制器n总线系统6.1.1I/O系统的组成I/O系统结构 n微机I/O系统 n主机I/O系统 6.1.2设备的分类 按传输速率分类n低速设备n中速设备n高速设备6.1.2设备的分类按信息交换的单位分类n块设备（Block Device）n字符设备（Character Dev

2、ice）6.1.2设备的分类按资源分配的角度分类（或按共享属性）n独占设备n共享设备n虚拟设备6.1.3设备管理的功能 n设备分配n缓冲区管理n实现物理I/O设备的操作6.2设备管理的相关技术 n为达到缓解CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，达到提高CPU和I/O设备利用率，提高系统吞吐量目的，许多操作系统通过设置缓冲区等设备管理技术来实现。6.2.1中断技术 n中断（interrupt）是指计算机在执行期间，系统内发生非同寻常的急需处理事件，使得CPU暂时停止当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被停止处继续执行或执行优先级高的新的进程的过程。现代计算机系统一

3、般都具有处理突发事件的能力。6.2.2缓冲技术 n缓冲的引入 n单缓冲（Single Buffer）n双缓冲（Double Buffer）n多缓冲（Circular Buffer）n缓冲池 6.2.3DMA技术 nDMA是Direct Memory Access的缩写，其意思是“存储器直接访问”。它是指一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，即不通过CPU，也不需要CPU干预。整个数据传输操作在一个称为“DMA控制器”的控制下进行的。6.3I/O控制方式 n随着计算机技术的发展，I/O的控制方式也在不断地发展。一般可分为：程序I/O方式、中断方式、DMA方式和通道方式。

4、I/O控制方式发展目标是尽量减少主机对I/O控制的干预。6.3.1程序I/O(Programmed I/O)方式 6.3.2中断控制(Interrupt-driven I/O)方式 6.3.3DMA（Direct Memory Access）控制方式 n基本思想是当要在内存和I/O设备之间进行大批量的数据传输时，不由CPU控制具体传输过程，CPU只需提出要求，由DMA控制器控制具体传输过程。在DMA控制器的控制下，在外设和内存之间开辟了直接的数据传输通路，不需要经过CPU的数据寄存器中转。6.3.4I/O通道控制方式 nI/O通道控制方式的引入 n通道程序 n通道类型 n通道功能 n通道操作

5、6.4设备的分配 n在多道程序环境下，设备必须由系统分配。每当进程向系统提出I/O请求时，设备分配程序按照一定的策略，把其所需的设备及其有关资源（如缓冲区、控制器和通道）分配给该进程。在分配设备时还必须考虑系统的安全性，避免发生死锁现象。6.4.1设备分配策略 根据设备的固有属性而采取的策略 n独享方式n共享方式n虚拟方式6.4.1设备分配策略设备分配算法n先来先服务n优先级高者优先6.4.1设备分配策略设备分配中的安全性n安全分配方式n不安全分配方式6.4.1设备分配策略设备独立性（Device Independence）n逻辑设备n物理设备6.4.2设备分配程序 n设备分配中数据结构 n设

6、备分配的流程 n设备分配程序的改进 6.4.3SPOOLing技术 n什么是 SPOOLing技术 nSPOOLing系统的组成 n共享打印机 6.5设备的处理 n设备处理程序又称设备驱动程序，其任务是控制具体的物理设备完成I/O请求中的抽象操作，是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，通过向设备控制器发送一系列命令字完成。6.5.1设备处理程序的功能与处理方式 n设备处理程序通常又称为设备驱动程序，其主要任务有：接收上层软件发来的抽象要求，再把它转换为具体要求后发送给设备控制器，启动设备去执行；将由设备控制器发来的信号传送给上层软件。6.5.2设备处理程序的处理过程 n设备驱动程序的处理过程

7、 n中断处理程序的处理过程 6.6Linux设备管理 nLinux的设备管理的主要任务是控制设备完成输入输出操作。把各种设备硬件的复杂物理特性的细节屏蔽起来，提供一个对各种不同设备使用统一方式进行操作的接口。Linux把设备看作是特殊的文件，系统通过处理文件的接口虚拟文件系统VFS来管理和控制各种设备。6.6.1Linux设备的分类 n字符设备 n块设备 n网络设备 6.6.2Linux的I/O控制 n查询等待方式n中断方式nDMA（内存直接存取）方式 6.6.3Linux的设备文件 nLinux设备管理的基本特点是把物理设备看成文件，采用处理文件的接口和系统调用来管理控制设备。从抽象的观点出发，Linux的设备又称为设备文件。6.6.4Linux设备驱动 n系统对设备的控制和操作是由设备驱动程序完成的。设备驱动程序是由设备服务子程序和中断处理程序组成，设备服务子程序包括了对设备进行各种操作的代码，中断处理子程序处理设备中断。6.6.5Linux的设备管理命令 nsetleds nloadkeys nRdevndumpkeys nMAKEDEV 本章小结 n本章从设备的分类出发，对设备和CPU之间数据传送的控制方式、中断和缓冲计数、设备分配原则和算法、I/O控制过程以及设备驱动程序等进行讨论。