《计算机操作系统》第三版设备管理复习第五章课件.pptx
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- 计算机操作系统 计算机 操作系统 第三 设备管理 复习 第五 课件
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1、第五章设 备 管 理5.1I/O系统5.2I/O控制方式5.3缓冲管理5.4I/O软件5.5设备分配5.6磁盘存储器的管理 1I/O设备的重要的性能指标I/O设备的类型繁多,从OS观点看,其重要的性能指标有:设备使用特性数据传输速率数据的传输单位设备共享属性等2.按设备的使用特性分类按设备的使用特性,可将设备分为两类。第一类是存储设备,第二类就是输入/输出设备,又具体可分为输入设备、输出设备和交互式设备。3.按传输速率分类按传输速度的高低,可将I/O设备分为三类。第一类是低速设备,第二类是中速设备,第三类是高速设备。4.按信息交换的单位分类按信息交换的单位,可将I/O设备分成两类。第一类是块设
2、备(Block Device),第二类是字符设备(Character Device)。5.按设备的共享属性分类这种分类方式可将I/O设备分为如下三类:(1)独占设备。(2)共享设备。(3)虚拟设备。6 6设备控制器的基本功能设备控制器的基本功能1)接收和识别命令2)数据交换:这是指实现CPU与控制器、控制器与设备之间的数据交换。3)标识和报告设备的状态4)地址识别:设备控制器必须能够识别它所控制的每个设备的地址。5)数据缓冲:在输出时,用此缓冲器暂存由主机高速传来的数据,然后才以I/O设备所具有的速率将缓冲器中的数据传送给I/O设备;在输入时,缓冲器则用于暂存从I/O设备送来的数据,待接收到一
3、批数据后,再将缓冲器中的数据高速地传送给主机。6)差错控制:对由I/O设备传送来的数据进行差错检测。若发现传送中出现了错误,通常是将差错检测码置位,并向CPU报告,于是CPU将本次传送来的数据作废,并重新进行一次传送。这样便可保证数据输入的正确性。7 7I/OI/O通道通道(I/O Channel)(I/O Channel)设备的引设备的引入目的入目的虽然在CPU与I/O设备之间增加了设备控制器后,已能大大减少CPU对I/O的干预,但当主机所配置的外设很多时,CPU的负担仍然很重。为此,在CPU和设备控制器之间又增设了通道。其主要目的是为了建立独立的I/O操作,不仅使数据的传送能独立于CPU,
4、而且也希望有关对I/O操作的组织、管理及其结束处理尽量独立,以保证CPU有更多的时间去进行数据处理;或者说,其目的是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担,从而把CPU从繁杂的I/O任务中解脱出来。8.通道的分类按照信息交换方式不同,一个系统中可设立三种类型的通道:字节多路通道数组选择通道数组多路通道 以字节为单位交叉地传送数以字节为单位交叉地传送数据,它主要用来连接大量的低据,它主要用来连接大量的低速设备,如终端、打印机等。速设备,如终端、打印机等。可连接多个子通道,同时控可连接多个子通道,同时控制多台设备。制多台设备。以数据块为单位成批传送数以数据块为单位成批传送数据,每次传送一
5、批数据,但一据,每次传送一批数据,但一次只能控制一台设备进行次只能控制一台设备进行I/O操作。操作。具有传送速度高的特点,因具有传送速度高的特点,因而被用来连接磁盘机等高速外而被用来连接磁盘机等高速外部设备。可连接多多台设备。部设备。可连接多多台设备。当完成一台设备的当完成一台设备的I/O操作后操作后再选择另一台设备。再选择另一台设备。以块为单位传送数据,它具以块为单位传送数据,它具有传送速率高和能分时操作不有传送速率高和能分时操作不同的设备等优点,是字节多路同的设备等优点,是字节多路通道和选择通道的综合。通道和选择通道的综合。数组多路通道主要用来连接数组多路通道主要用来连接中速块设备,如磁带
6、机等。中速块设备,如磁带机等。9.I/O控制方式 程序I/O方式:无中断机构,处理机对I/O设备的控制采取直接控制。中断驱动I/O控制方式:即当某进程要启动某个I/O设备工作时,便由CPU向相应的设备控制器发出一条I/O命令,然后立即返回继续执行原来的任务。设备控制器于是按照该命令的要求去控制指定I/O设备。此时,CPU与I/O设备并行操作。直接存储器访问(DMA)I/O控制方式:(1)数据传输的基本单位是数据块,即在CPU与I/O设备之间,每次传送至少一个数据块;(2)所传送的数据是从设备直接送入内存的,或者相反;(3)仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时,才需CPU干预,整块数据的传送是
7、在控制器的控制下完成的。I/O通道控制方式 I/O通道方式是DMA方式的发展,它可进一步减少CPU的干预,即把对一个数据块的读(或写)为单位的干预减少为对一组数据块的读(或写)及有关的控制和管理为单位的干预。同时,又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作,从而更有效地提高整个系统的资源利用率。10.缓冲的引入(1)缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。(2)减少对CPU的中断频率,放宽对CPU中断响应时间的限制。(3)提高CPU和I/O设备之间的并行性。11.11.缓冲池的组成缓冲池的组成对于既可用于输入又可用于输出的公用缓冲池,其中至少应含有以下三种类型的缓冲区:v 空(闲)缓冲区
8、;v 装满输入数据的缓冲区;v 装满输出数据的缓冲区。1212缓冲区的工作方式缓冲区的工作方式缓冲区可以工作在四种工作方式下收容输入提取输入收容输出提取输出 hinsoutsinhout收容输入提取输出用户程序提取输入收容输出缓冲池13.I/O软件应达到下面的几个目标具体而言,I/O软件应达到下面的几个目标:1)与具体设备无关2)统一命名:系统中对各类设备采取预先设计的、统一的逻辑名称进行命名,所有软件都以逻辑名称访问设备。3)对错误的处理:对于错误的处理,应该尽可能在接近硬件的层面处理,在低层软件能够解决的错误就不让高层软件感知,只有低层软件解决不了的错误才通知高层软件解决。4)缓冲技术5)
9、设备的分配和释放6)I/O控制方式14.I/O软件各层次及其功能各层次及其功能如下所述:(1)用户层软件:实现与用户交互的接口,用户可直接调用在用户层提供的、与I/O操作有关的库函数,对设备进行操作。(2)设备独立性软件:负责实现与设备驱动器的统一接口、设备命名、设备的保护以及设备的分配与释放等,同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。(3)设备驱动程序:与硬件直接相关,负责具体实现系统对设备发出的操作指令,驱动I/O设备工作的驱动程序。(4)中断处理程序:用于保存被中断进程的CPU环境,转入相应的中断处理程序进行处理,处理完后再恢复被中断进程的现场后返回到被中断进程。图5-16 I/O系
10、统的层次及功能 用户层软件设备独立性软件设备驱动程序中断处理程序硬件I/O应答产生I/O请求、格式化I/O、Spooling映射、保护、分块、缓冲、分配设置设备寄存器,检查寄存器状态执行I/O操作1515独占设备的分配程序独占设备的分配程序1)分配设备首先根据I/O请求中的物理设备名,查找系统设备表(SDT),从中找出该设备的DCT,再根据DCT中的设备状态字段,可知该设备是否正忙。v若忙,便将请求I/O进程的PCB挂在设备队列上;v否则,便按照一定的算法来计算本次设备分配的安全性。如果不会导致系统进入不安全状态,便将设备分配给请求进程;否则,仍将其PCB插入设备等待队列。2)分配控制器在系统
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