操作系教材统-第5节 设备管理.pptVIP

第7章 设备管理 安徽理工大学计算机系 第7章 外部设备管理 7.1 引言 7.2 缓冲技术 7.3 设备分配 7.4 设备控制 7.5 磁盘设备管理 7.6 设备管理举例 7.1 引言 7.1.1 外部设备类型和特征 7.1.2 I/O控制技术 7.1.3 外设管理的目的和功能 7.1.4 外设管理结构 7.1.1 外部设备类型和特征 1. 按交互对象分类 人机交互设备：视频显示设备、键盘、鼠标、打印机 与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘、磁带、传感器、控制器 计算机间的通信设备：网卡、调制解调器 2. 按交互方向分类 输入（可读）：键盘、扫描仪 输出（可写）：显示设备、打印机 输入/输出（可读写）：磁盘、网卡 7.1.1 外部设备类型和特征 4．按设备的共享属性分类 (1)独占设备。它是指在一段时间内只允许一个用户(进程)访问的设备，即临界资源。因而，对多个并发进程而言，应互斥地访问这类设备。系统一旦把这类设备分配给某后，便由该进程独占，直至用完释放。应当注意，独占设备的分配有可能引起进程死 7.1.1 外部设备类型和特征 (2)共享设备。它是指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。当然，时刻而言，该类设备仍然只允许一个进程访问。显然，共享设备必须是可寻址的相可随访问的设备。典型的共享设备是磁盘。对共享设备不仅可获得良好的设备莉用率，而且实现文件系统和数据库系统的物质基础。 (3)虚拟设备。它是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户(进程)同时使用，通常把这种经过虚拟技术处理后的设备，称为虚拟设备。 7.1.2 I/O控制技术 1. 程序控制I/O(programmed I/O)I/O操作由程序发起，并等待操作完成。数据的每次读写通过CPU。 缺点：在外设进行数据处理时，CPU只能等待。 2. 中断驱动方式(interrupt-driven I/O)I/O操作由程序发起，在操作完成时（如数据可读或已经写入）由外设向CPU发出中断，通知该程序。数据的每次读写通过CPU。 优点：在外设进行数据处理时，CPU不必等待，可以继续执行该程序或其他程序。 缺点：CPU每次处理的数据量少（通常不超过几个字节），只适于数据传输率较低的设备。 3. 直接存储访问方式(DMA) 由程序设置DMA控制器中的若干寄存器值（如内存始址，传送字节数），然后发起I/O操作，而后者完成内存与外设的成批数据交换，在操作完成时由DMA控制器向CPU发出中断。 优点：CPU只需干预I/O操作的开始和结束，而其中的一批数据读写无需CPU控制，适于高速设备。 4. 通道控制方式( Channel I/O) 通道又称为I/O处理机，它能完成主存储器和外设之间的信息传输，并与中央处理机并行操作。 采用通道技术解决了I/0操作的独立性和各部件工作的并行性。通道把中央处理机从繁琐的输入输出操作中解放出来。 采用通道技术后，不仅能实现CPU和通道的并行操作，而且通道与通道之间也能实现并行操作，各通道上的外围设备也能实现并行操作，从而可达到提高整个系统的效率之根本目的： 7.1.2 I/O控制技术 通道控制器(Channel Processor)有自己的专用存储器，可以执行由通道指令组成的通道程序，因此可以进行较为复杂的I/O控制，如网卡上信道访问控制。通道程序通常由操作系统所构造，放在内存里。 优点：执行一个通道程序可以完成几批I/O操作。 7.1.2 I/O控制技术 具有通道结构的计算机系统，主存、通道、控制器和设备之间采用四级连接，实施三级控制。图为单通路I/O系统结构 7.1.2 I/O控制技术 字节多路通道：它是为连接大量慢速外围设备，如纸带输入机、纸带输出机、卡片输入机、卡片输入机、行式打印机等设置的。 选择通道(selector channel)：可以连接多个外设，而一次只能访问其中一个外设。 多路通道(multiplexor channel)：可以并发访问多个外设。分为字节多路(byte)和数组多路(block)通道。 7.1.2 I/O控制技术 I/O控制的通道控制方式 7.1.2 I/O控制技术 7.1.2 I/O控制技术 如上图可见，设备E,F,G,H均有四条通路到达主存。 例如设备E到达主存的四条通路是： 通道A─控制器C─设备E 通道A─控制器D─设备E 通道B─控制器C─设备E 通道B─控制器D─设备E 7.1.3 外设管理的目的和功能 1. 外设管理目的 提高效率：提高I/O访问效率，匹配CPU和多种不同处理速度的外设 方便使用：方便用户使用，对不同类型的设备统一使用方法，协调对设备的并发使用 方便控制：方便OS内部对设备的控制：增加和删除设备，适应新的设备类型