第9章设备管理.ppt

I/O系统应组成以下4个层次： 中断处理程序 设备驱动程序 与设备无关的I/O软件 用户空间的I/O软件 9.7.1 I/O软件设计的目标 每个进程在启动一个I／O操作后阻塞，直到I／O操作完成并产生一个中断，由操作系统接管CPU后唤醒该进程为止 中断处理程序 为了控制I/O传输，系统为每类设备编制设备驱动程序 与设备密切相关的代码放在设备驱动程序中，每个设备驱动程序处理一种设备类型 每一个控制器都设有一个或多个设备寄存器，用来存放向设备发送的命令和参数。 设备驱动程序：主要负责接收和分析从设备分配转来的信息，并根据设备分配的结果，结合具体物理设备特性完成具体工作 设备驱动程序 设备驱动程序的功能是接收来自与设备无关的上层软件的抽象请求，并执行这个请求。 具体工作： 预置设备的初始状态 根据请求传输的数据量，组织I/O缓冲队列，利用I/O缓冲对数据进行加工，包括数据格式处理和编码转换 构造I/O程序（在有通道的系统中，是通道程序） 启动设备进行I/O操作 设备驱动程序 在设备驱动程序的进程释放一条或多条命令后，系统有两种处理方式： 多数情况下，执行设备驱动程序的进程必须等待命令完成，这样，在命令开始执行后，它阻塞自已，直到中断处理时将它解除阻塞为止。 在其它情况下，命令执行不必延迟就很快完成 设备驱动程序 虽然I/O软件中一部分是设备专用的，但大部分软件是与设备无关的。设备驱动程序与设备独立软件之间的确切界限是依赖于具体系统的 与设备无关的I/O软件 独立于设备的软件的基本任务：是实现所有设备都需要的功能，并且向用户级软件提供一个统一的接口 1.设备命令 如何给文件和设备这样的对象命名是操作系统中的一个主要课题。独立于设备的软件负责把设备的符号名映射到正确的设备驱动上 2.设备保护 系统如何防止无权存取设备的用户存取设备呢？ 与设备无关的I/O软件 3. 与设备无关的块大小 不同的磁盘可以采用不同的扇区尺寸。向较高层软件掩盖这一事实并提供大小统一的块尺寸，这正是设备独立软件的一个任务。它可将若干扇区合成一个逻辑块。这样，较高层的软件只与抽象设备打交道，独立于物理扇区的尺寸而使用等长的逻辑块 4. 缓冲技术 5. 数据块的分配 9. 对独立设备的分配释放 7. 出错处理 与设备无关的I/O软件 用户空间的I/O软件 尽管大部分I／O软件都包含在操作系统中，但仍有一小部分是由与用户程序连接在一起的库过程，甚至完全由运行于核外的程序构成。系统调用，包括I／O系统调用，通常由库过程实现。 例如，count=write(fd,buffer,nbyte) 这些过程所做的工作只是将系统调用时所用的参数放在合适的位置，由其它的I／O过程实际实现真正的操作 9.7.2 I/O系统软件的层次结构 （1）用户进程层执行输入输出系统调用，对I/O数据进行格式化，为假脱机输入/输出作准备 （2）独立于设备的软件实现设备的命名、设备的保护、成块处理、缓冲技术和设备分配 （3）设备驱动程序设置设备寄存器、检查设备的执行状态 （4）中断处理程序负责I/O完成时，唤醒设备驱动程序进程，进行中断处理 （5）硬件层实现物理I/O的操作 9.7.2 I/O系统软件的层次结构 作业 p231 习题 2、3、4、5、6、7、8、11、13 9.5 设备分配程序 当某进程向系统提出I/O请求时，设备分配程序按一定策略分配设备、控制器和通道，形成一条数据传输通路，以供主机和设备间信息交换 设备独立性：即不能因为设备的忙碌、故障或更换而影响程序的运行， 向用户屏蔽物理设备，呈现给用户的一个操作简单的逻辑设备 抽象的I/O 操作：设计一类通用的I/O指令，其含义对不同类型的设备作不同解释。而且，在操作系统中，提供了若干I/O系统调用。由系统将抽象的I/O 操作映射到专门的设备驱动程序 9.5 设备分配程序 9.5.1 设备分配的数据结构 设备分配程序至少应解决以下问题： 是否有满足I/O请求的通路？ 是否有一条以上的通路可用？ 如果当前无通路可用，那么通路何时才能空闲？ 9.5.1 设备分配的数据结构 设备控制表DCT（设备控制块UCB） 系统设备表SDT 控制器表COCT（控制器控制块CUCB） 通道控制表CHCT（通道控制块CHCB） 9.5.1 设备分配的数据结构 1. 设备控制表DCT 系统中每个设备一 张DCT，且在系统生成时或设备连接时创建。但表中内容在执行中动态改变 DCT反映设备的特性、设备和I/O控制器的连接情况。主要包括： 设备标识符 设备类型 设备地址或设备号 设备状态 与此设备相连的I/O控制器表 等待该设备进程所组成队列的队首和队尾指针 9.5.1 设备分配的数据结构 2.系