操作系统_lecture-5.ppt

操 作 系 统;设备管理的主要对象是I/O设备，基本任务是完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率以及改善I/O设备的利用率。; I/O接口技术 设备管理概述 I/O控制 缓冲管理 设备分配 中断技术 磁盘存储管理 高速缓存管理; 外设是微机系统的重要组成部分。由于外设种类繁多、物理特性各异，所以任何外设都必须通过I/O接口连接到系统总线上，并在I/O软件的控制和管理下，屏蔽具体设备的物理特性，降低用户使用设备的复杂性。;I/O接口技术;（3）I/O接口的功能与结构;（4）I/O端口的编址方式;设备管理是直接与设备接口打交道的操作系统模块，通常由文件系统调用。设备管理主要是完成对物理设备的抽象。操作系统的其他部分通过驱动程序与设备打交道，所以驱动程序就成了上层软件系统与硬件直接沟通的唯一渠道，设备驱动程序是对设备进行抽象的具体体现：向上面对文件系统，由文件系统为内核其他部分提供统一接口入口调用集合(read、write等)，向下与设备控制器接口，定义如何与设备进行通信的协议(设备控制命令集合，操作的是设备物理地址对应的寄存器)。;在设备管理中，对设备的实际操作是分成两个阶段完成的：(1) 接收用户提出的I/O请求阶段；(2) 响应设备中断请求阶段。 首先，由用户提出I/O请求，通常由文件管理系统接受这个请求。文件系统接收到这个请求后，确定相应的设备文件(即设备分配工作)，然后调用设备管理模块启动设备工作(即进行读、写以及其他控制)，此时便是驱动程序的具体工作。其次，当设备完成I/O操作后，设备的中断触发器将被置位，由CPU发现这个中断后给予响应，然后转入中断处理程序，根据设备状态寄存器的内容、设备数据寄存器的内容进行相应的善后处理。;上面描述的是I/O处理的过程，在这个过程中需要一些基本内容来支持： 外部设备的分类 数据传输控制方式 中断处理技术：保存现场、进行中断处理、恢复现场 设备驱动程序：读、写以及其他设备控制动作 缓冲区技术 I/O进程的控制方式：确定上述的I/O控制过程由哪个进程负责完成;设备管理概述;设备管理概述;逻辑设备名到物理设备名映射的实现 ;设备管理概??;设备管理概述;I/O硬件 端口(port) 设备与计算机通信的连接点，硬件端口也称接口(usb端口、串行口等)；软件端口指网络通信协议端口，如数据结构、I/O缓冲区。 总线(bus) 用来连接一个或多个设备的线及一组严格定义的可以描述在线上传输信息的协议，如PCI、ISA、CAN、SCSI等。;控制器(controller) 用于操作端口、总线或设备的一组电子器件。 ; 每个设备控制器都有几个寄存器(如控制命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄存器等)，用来与CPU进行通信。每个寄存器被分配一个端口号。I/O端口地址就是I/O设备或控制卡所在位置，处理机通过这个地址能够找到对应的I/O部件和设备寄存器，从而实现对设备的控制和数据传输。;I/O控制方式;I/O控制方式;I/O控制方式;I/O控制方式;DMA控制方式与中断控制方式主要区别是：中断控制方式在每个数据传送完成后中断CPU；DMA控制方式则在所要求传送的一批数据全部传送结束后中断CPU。中断控制方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成；DMA控制方式则是在DMA控制器的控制下完成；DMA控制方式用硬件代替软件实现数据传送，大大提高了CPU与外设的并行程度。;I/O控制方式;根据信息交换的方式不同，通道可分成３种类型： 字节多路通道：按字节交换方式工作。含有若干个非分配型子通道，每个子通道连接一台I/O 设备，这些子通道按时间片轮转方式共享主通道。 字节多路通道一般用于连接 中、低速I/O 设备。 数据(组)选择通道：以成组方 式进行数据传输，传输的速率 很高。在一段时间内只能执行 一个通道程序，控制一台设备。　;数组多路通道：即具有很高的数据传送效率又能获得满意的通道利用率。以分时方式执行几个通道程序，每执行完一个通道程序的一条通道指令控制传送一组数据后，就转向另一个通道程序。用于连接高、中速I/O设备。　;I/O控制例子 通用形式的系统功能调用： doio(ldev,mode,amount,addr); ldev：逻辑设备名 mode：操作模式 amount：传输数据的数目 addr：传送地址 　;I/O请求接口程序的描述 算法 doio 输入：设备的逻辑名 ldev 操作类型 mode 传送数据数目 amount 传数数据地址