第6章输入输出系统详解.ppt

;　　6.1 I/O系统的功能、模型和接口　　I/O系统管理的主要对象是I/O设备和相应的设备控制器。其最主要的任务是，完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率，以及提高设备的利用率，并能为更高层的进程方便地使用这些设备提供手段。;6.1.1 I/O系统的基本功能　　1. 隐藏物理设备的细节　　I/O设备的类型非常多，且彼此间在多方面都有差异，诸如它们接收和产生数据的速度，传输方向、粒度、数据的表示形式及可靠性等方面。I/O系统必须通过对设备加以适当的抽象，以隐藏物理设备的实现细节。 　　隐藏物理设备的细节，在早期的OS中就已实现，它可方便用户对设备的使用。;　　2. 与设备的无关性　　与设备的无关性是在较晚时才实现的，这是在隐藏物理设备细节的基础上实现的。　　用户可以使用抽象的I/O命令和抽象的逻辑设备名，而不必指明具体物理设备。　　操作系统可以在不重新编译的情况下，添加新的设备驱动程序。 ;　　3. 提高处理机和I/O设备的利用率　　在一般的系统中，许多I/O设备间是相互独立的，能够并行操作，在处理机与设备之间也能并行操作。因此，I/O系统的第三个功能是要尽可能地让处理机和I/O设备并行操作，以提高它们的利用率。　　为此，一方面要求处理机能快速响应用户的I/O请求，使I/O设备尽快地运行起来；另一方面也应在每个I/O设备运行时减少处理机的干预时间。 ;　　4. 对I/O设备进行控制　　对I/O设备进行控制是驱动程序的功能。目前对I/O设备有四种控制方式：　　① 采用轮询的可编程I/O方式；　　② 采用中断的可编程I/O方式；　　③ 直接存储器访问方式；　　④ I/O通道方式。 ;　　5. 确保对设备的正确共享　　从设备的共享属性上，可将系统中的设备分为如下两类：　　(1) 独占设备，进程应互斥地访问这类设备，即系统一旦把这类设备分配给了某进程后，便由该进程独占，直至用完释放。典型的独占设备有打印机、磁带机等。系统在对独占设备进行分配时，还应考虑到分配的安全性。　　(2) 共享设备，是指在一段时间内允许多个进程同???访问的设备。典型的共享设备是磁盘，当有多个进程需对磁盘执行读、写操作时，可以交叉进行，不会影响到读、写的正确性。;　　6. 错误处理　　大多数的设备都包括了较多的机械和电气部分，运行时容易出现错误和故障。从处理的角度，可将错误分为临时性错误和持久性错误。对于临时性错误，可通过重试操作来纠正，只有在发生了持久性错误时，才需要向上层报告。 　;6.1.2 I/O系统的层次结构和模型 　　1.? I/O软件的层次结构　　通常把I/O 软件组织成四个层次，如图所示。;(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程序的统一接口、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，是负责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。 ;　　2. I/O系统中各种模块之间的层次视图　　为了能更清晰地描述I/O系统中主要模块之间的关系，我们进一步介绍I/O系统中各种I/O模块之间的层次视图。见图6-2所示。　　1) ?I/O系统的上、下接口　　(1) ?I/O系统接口。　　(2) 软件/硬件接口。;;　　2) ?I/O系统的分层　　与前面所述的I/O软件组织的层次结构相对应，I/O系统本身也可分为如下三个层次：　　(1) 中断处理程序。　　(2) 设备驱动程序。　　(3) 设备独立性软件。 ;6.1.3 I/O系统接口 　　在I/O系统与高层之间的接口中，根据设备类型的不同，又进一步分为三种接口。　　1. 块设备接口　　(1) 块设备。数据的存取和传输都是以数据块为单位的设备，例如：磁盘。基本特征是传输速率较高；另一特征是可寻址；此外，磁盘设备的I/O常采用DMA方式。 　　(2) 隐藏了磁盘的二维结构。每个扇区的地址本来用磁道号和扇区号表示，变为所有扇区从0到n-1统一编号。　　(3) 将抽象命令映射为低层操作。 ;　　2. 流设备接口　　流设备接口是流设备管理程序与高层之间的接口。该接口又称为字符设备接口，用于控制字符设备的输入或输出。　　(1) 字符设备。数据的存取和传输都是以字符为单位的设备，例如：键盘、打印机。基本特征是传输速率较低；常采用中断驱动方式。　　(2) get和put操作。字符