操作系统原理与实践-邹鹏-第四章 设备管理.pptVIP

第四章 设备管理 第四章 设备管理 目的与要求：掌握I/O控制的硬件基础和基本原理、设备的管理和使用方法。理解设备管理子系统的层次，功能及技术、了解磁盘设备。 重点与难点：三种不同的I/O控制方式；三种不同的设备使用方法。I/O软件层次结构；设备驱动程序；缓冲技术；磁盘调度方法；盘阵选择 作业： 2，5，9，10，14 第四章 设备管理 4.1 I/O硬件 4.2 I/O软件 4.3 存储设备 4.1 I/O硬件 4.1.1 I/O总线 4.1.2 设备控制器 4.1.3 直接存储器访问控制器 4.1.4 I/O通道 4.1.5 I/O设备 4.1.6 I/O 控制方式 4.1.1 I/O总线 第一章所讲的总线的基本内容。 PCI总线及其配置空间 4.2 I/O软件 4.2.1 设备的使用与管理 4.2.2 I/O软件层次结构 4.2.3 缓冲管理 4.2.4 设备驱动程序 4.2.5 中断处理程序 4.2.1 设备的使用与管理 申请设备。该系统调用中有参数说明了要申请的设备名称，操作系统处理该系统调用时，会按照设备特性（是独占还是分时共享式使用）及设备的占用情况来分配设备，返回申请是否成功标志。 将数据写入设备。 从设备读取数据。 释放设备。这是申请设备的逆操作。 4.2.1 设备的使用与管理 4.2.1 设备的使用与管理 4.2.1 设备的使用与管理 4.2.1 设备的使用与管理 4.2.2 I/O软件层次结构 4.2.2 I/O软件层次结构 4.2.2 I/O软件层次结构 4.2.2 I/O软件层次结构 4.2.2 I/O软件层次结构 4.2.3 缓冲管理 引入缓冲的主要原因有以下几个方面： 缓解CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。 减少对CPU的中断频率，放宽对中断处理时间的限制。 提高CPU和I/O设备之间的并行性。 4.2.3 缓冲管理 单缓冲（Single Buffer），是操作系统缓冲支持中最为简单的一种形式，每当用户进程发出一个I/O请求时，操作系统便在内核区域为之分配一个缓冲区。 4.2.3 缓冲管理 双缓冲（Double Buffer）是对单缓冲方式的改进。可以实现用户数据区—缓冲区之间交换数据和缓冲区—外设之间交换数据并行。 4.2.3 缓冲管理 双缓冲难以平滑I/O设备与进程之间处理速度不同带来的相互等待问题。比如，当遇到进程阵发性的I/O时，双缓冲区往往满足不了要求。在这种情况下，可以开辟一个超过2个的缓冲区来建立一个系统缓冲池。循环缓冲（Circular Buffer），就是指采用有限缓冲区的生产者/消费者模型对缓冲池中的缓冲区进行循环使用 。 4.2.3 缓冲管理 缓冲区结合预读和滞后写技术对具有重复性及阵发性I/O进程提高I/O速度很有帮助。 4.2.4 设备驱动程序 向有关I/O设备的各种控制器发出控制命令，并且监督它们的正确执行，进行必要的错误处理。 对各种设备排队、挂起、唤醒等操作进行处理。 执行确定的缓冲区策略。 进行比寄存器接口级别层次更高的一些特殊处理，如代码转换，ESC处理等。这些特殊处理均依赖于具体设备，不适合放在高层次的软件中处理。 4.2.4 设备驱动程序 设备管理有关数据结构关系 4.2.4 设备驱动程序 设备驱动程序接口函数主要包括： 驱动程序初始化函数：这个函数是为了使驱动程序其它函数能被上层正常调用，而做一些针对驱动程序本身的初始化工作。如向操作系统登记该驱动程序的接口函数，该初始化函数在系统启动时或驱动程序安装入内核时执行。 驱动程序卸载函数：是驱动程序初始化函数的逆过程，在支持驱动程序可动态加载卸载的系统中才需要。 4.2.4 设备驱动程序 申请设备函数：该函数申请一个驱动程序所管理的设备，按照设备特性进行独占式占用或者分时共享式占用，如果是独占式申请成功还应该对设备做初始化工作。 释放设备函数：是申请设备函数的逆过程。 4.2.5 中断处理程序 4.2.5 中断处理程序 4.2.5 中断处理程序 4.3 存储设备 4.3.1 常见的存储外设 4.3.2 磁盘调度 4.3.3 存储出错处理 4.3.4 RAM盘 4.3.5 磁盘阵列 缓冲区 用户区 缓冲区A 缓冲区B 用户区 用户区 设备表 设备表 设备表 请求包 请求包 一旦CPU响应中断，转入中断处理程序，系统就开始进行中断处理。 （1）CPU检查响应中断的条件是否满足。CPU响应中断的条件是，有来自于中断源的中断请求及CPU允许中断。如果中断响应条件不满足，则中断处理无法进行。 （2）如果CPU响应中断，则CPU关中断，使其进入不可再次响应中断的状态。 （3）保存被中断进程的现场。为了在中断处理结束