《操作系统设计与实现》第四IO设备管理.ppt

* I/O请求涉及到的数据结构 I/O管理实例 * Windows中设备驱动程序层次 I/O管理实例 * 设备驱动程序的内容组成 I/O管理实例 * Windows中的I/O处理简述 设备驱动程序的同步操作 驱动程序在访问相关数据时，必须实现“同步”操作，即以互斥的形式保护各类共享数据。在单CPU的机器上，通过同步例程实现；在多CPU的机器上，通过“自旋锁”实现 I/O处理的类型 同步I/O和异步I/O：绝大部分I/O操作是以同步方式实现的。但是也可以通过设定CreatFile的参数来使用异步I/O，异步I/O要求用户程序在设计和实现时必须保证不访问来自I/O操作的数据。在异步方式下，用户程序通过等待同步对象来实现与异步I/O操作的“同步” 快速I/O：允许I/O系统不产生IRP而直接使用驱动程序执行I/O请求 映射文件I/O和文件高速缓存 映射文件I/O是将磁盘中的Mapping File作为进程的虚拟内存一部分，直接把文件作为大的数组进行访问 Windows利用Mapping File可实现文件高速缓存和映象活动 分散/集中式I/O：运行用户程序从虚拟内存的多个缓冲区（映射文件）中读写数据到磁盘文件（非高速缓存打开）的一个连续区域中。 I/O管理实例 * 盘设备的管理描述 盘的硬件组成及相关原理 磁盘：软盘和硬盘，基于电磁原理存储数据，盘面附着可磁化金属氧化物，磁头旋转保持角速度一致即可 只读光盘：CD-ROM，基于光学原理，利用凹痕与槽脊的过渡来记录0、1；光头旋转时需要保持线速度一致 可刻录光盘：CD-R，盘面附着染料，通过调整激光的功率溶化染料，形成光学上的暗斑，记录0、1 可擦写光盘：CD-RW，盘面附着银/铟/锑/碲合金 DVD光盘：更小的凹痕、更密的螺旋、更短的激光波长 盘的I/O管理问题 物理空间的分布：磁道/柱面/扇区，螺旋/扇区 物理空间的逻辑化映射：控制器实现统一的虚拟几何规格 数据存储和读写的性能保证：RAID、低级/高级格式化、柱面斜进、交叉编码 磁盘驱动的核心算法：磁盘臂调度算法 容错机制：坏扇区记录、ECC校验、稳定存储器 I/O管理实例 * 电源的管理描述 计算机硬件设备的电能消耗 电源管理的目的：合理、有效的使用电能驱动计算机硬件设备工作 如何减少能量消耗：当设备不工作时，由OS将其关闭；或者通过降低应用程序的速度来降低能源消耗 电池类型：一次性使用、可充电、智能电池 电源管理的方法 硬件设备设计为多种状态，例如工作、睡眠、休眠、关闭等，可通过机械按钮或者设备本身转换状态以节省能源 操作系统根据能量消耗的规律负责调整设备的状态 硬件设备和电池均提供“智能化”设计，通过向OS提供当前状态信息供OS进行决策，合理规划电能消耗 “退化”操作：当能源不足时，OS通过降低电压、降低分辨率等操作以延长计算机可用时间 I/O管理实例 * 电源的管理描述 计算机硬件设备的电能消耗 电源管理的目的：合理、有效的使用电能驱动计算机硬件设备工作 如何减少能量消耗：当设备不工作时，由OS将其关闭；或者通过降低应用程序的速度来降低能源消耗 电池类型：一次性使用、可充电、智能电池 ACPI（高级配置与电源接口）标准：为系统定义了6种不同的能耗状态（S0－S5)，为设备定义了4种不同的能耗状态（D0－D3） 电源管理的方法 硬件设备设计为多种状态，例如工作、睡眠、休眠、关闭等，可通过机械按钮或者设备本身转换状态以节省能源 操作系统根据能量消耗的规律负责调整设备的状态 硬件设备和电池均提供“智能化”设计，通过向OS提供当前状态信息供OS进行决策，合理规划电能消耗 “退化”操作：当能源不足时，OS通过降低电压、降低分辨率等操作以延长计算机可用时间 I/O管理实例 * ACPI标准中的能耗状态分布 I/O管理实例 系统能耗状态 能耗描述 软件恢复 硬件延迟 设备能耗状态 S0（正常工作） 最大 无 无 D0（正常工作） S1（睡眠） 比S0大，比S2小 恢复运行 小于2秒 D2 S2（睡眠） 比S1大，比S3小 恢复运行 2秒或更多 D2 S3（睡眠） 比S2大，比S4小 恢复运行 2秒或更多 D2 S4（休眠） 电源按钮保持微弱电流，系统保持唤醒电流 恢复运行 长 D3（关闭） S5（完全关闭） 电源按钮一直保持微弱电流 系统引导 长 D3（关闭） * Windows中的PNP与电源管理 I/O管理实例 * Thanks for your time!Questions Answers 全文结束 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣；