操作系统os8-09.ppt

8.1 概念8.1.1 引言 计算机外部设备 在计算机系统中除CPU和内存储器外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备）。 设备管理 设备管理是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中所有的外部设备。 8.1.1 引言 存储设备：用来存放信息的设备（如软盘、硬盘、光盘和磁带等）； I/O设备：信息输入和输出的设备（如键盘、鼠标、显示器、打印机等）。 8.1.1 引言 种类繁多，特性各异。 8.1.1 引言 1.速度 外部设备的传输速度的差别相当大，如键盘的传输速度不过几十，上百个字符，而磁盘的传输速度则是60万字节/每秒。 8.1.1 引言 2.传输单位 传输单位是指信息传输的基本单位。 字节（byte），如键盘、打印机、显示器； 字符块，如软盘、硬盘、磁带等； 位（bit），如COM1、COM2、调制解调器等。 8.1.1 引言 3.容许的操作（操作特性） 设备完成的操作各不相同，如打印机只允许写操作，键盘只能做读操作，而磁盘可读写。 4.出错条件 不同的设备，其出错条件也不相同，即数据传输失败的原因各种各样，如打印机有缺纸错，磁盘I/O有奇偶校验错等。 8.1.2 设计目标 1.字符代码的独立性 现在使用的ASCII码（美国信息交换标准码） 2.设备独立性 3.效率 4.设备处理的一致性 8.1.3 功能 1.状态跟踪 记录和存储设备的管理和控制信息，这些信息存放在设备控制块中。 2.设备存取 实现对设备的存取操作。 8.1.3 功能 3.设备分配 在多用户的环境下，负责设备的分配和回收。 4.设备控制 设备控制包括设备驱动、完成和故障中断处理。 8.1.4 设备独立性 一、设备独立性 设备独立性是指用户在编程序时所使用的设备与实际设备无关。 8.1.4 设备独立性 1.独立于设备类型。即在用户程序中只指明I/O使用的设备类型即可。 2.程序中使用的设备与实际使用设备无关。即在用户程序中只要指出信息I/O。 3.设备与文件的统一处理。设备的使用与文件的使用具有相同的语法和语义（unix）。 8.1.5 设备控制块 一、设备控制块 设备控制块是设备管理的数据结构，用来存放设备的管理和控制信息，每类设备有一个设备控制块。 8.1.5 设备控制块 二、设备开关表 设备开关表存放设备驱动程序和控制程序入口地址。 8.2 缓冲技术 8.2.1 问题的提出 CPU与设备、设备与设备之间 的速度的差异也很大。 8.2 缓冲技术 8.2.1 问题的提出 缓冲是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。(教材) 缓冲技术是用来匹配CPU与设备之间速度差异和负荷的不均匀。 常用的缓冲技术有三种： 双缓冲、环形缓冲、缓冲池 8.2.2 双缓冲 系统设置两个缓冲区，buf1、buf2，用于低频度I/O。 8.2.3 环形缓冲 系统设置若干缓冲区，并把这些缓冲区链接起来形成了一个环，故称环形缓冲区。 8.2.3 环形缓冲 8.2.4 缓冲池 系统设置多个缓冲区，形成一个缓冲池。池中的缓冲区为系统中所有进程共享使用； UNIX系统中，设置了一个15个缓冲区组成的缓冲池； 为了管理这些缓冲区，建立相应的数据结构： 缓冲区管理信息数据结构 空闲缓冲区队列 满缓冲区队列等。 8.3 设备分配8.3.1 分配原则 一、静态分配和动态分配 1、静态分配 当进程运行时，系统如果能满足，则将其要求的设备全部分配给它，然后开始运行，运行完成释放占用的所有设备。 优点： 系统绝不会出现死锁。 缺点： 设备利用率太低。 8.3 设备分配8.3.1 分配原则 2、动态分配 方法：在作业（或进程）运行的过程中，需要 使用设备时，就向系统申请，系统根据 某种分配原则进行分配。 优点：设备的利用率高。 缺点：系统可能出现死锁。 8.3 设备分配8.3.1 分配原则 二、设备分配算法 1、先来先服务算法 2、优先级高者优先 8.3 设备分配8.3.1 分配原则 三、设备分配的安全性 共享设备：不论采用静态分配还是采用动态分配都不会出现死锁。 独占设备：采用动态分配有可能造成死锁。 独享分配、共享分配、虚拟分配。 8.4 I/O控制8.4.1 I/O控制方式 一、循环测试I/O方式 早期的设备控制方式采用。 8.4 I/O控制8.4.1 I/O控制方式 二、I/O中断方式 为了提高CPU和设备的利用率，采用中断方式。 这种方式要求控制寄存器中有一个中断位。 8.4 I/O控制8.4.1 I/O控制方式 数据的输入（或输出）步骤如下： 用户请求（输入）设备驱