7操作系统设备管理.pptx

第七章 设备管理;I/O管理示意;一、概述;（1）按功能特性分 存储型设备 输入输出型设备（交互型设备） 数据通信设备;（2）按数据组织分 块设备 以数据块为单位存储、传输信息 传输速率较高、可寻址（随机读写） 字符设备 以字符为单位存储、传输信息 传输速率高、不可寻址;（3）按资源分配角度分 独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备（如打印机，磁带等） 共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高（如硬盘）;虚设备 在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备 目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率 （实例：SPOOLing技术，利用虚设备技术 ——用硬盘模拟输入输出设备）;SPOOLing技术 为解决独立设备数量少，速度慢，不能满足众多进程的要求，而且在进程独占设备期间，设备利用率比较低而提出的一种设备管理技术 另一种资源转换技术;（1）按照用户的请求，控制设备的各种操作，完成I/O设备与内存之间的数据交换，最终完成用户的I/O请求 设备分配与回收 记录设备的状态 根据用户的请求和设备的类型，采用一定的分配算法，选择一条数据通路 执行设备驱动程序，实现真正的I/O操作 设备中断处理：处理外部设备的中断 缓冲区管理：管理I/O缓冲区;（2）建立方便、统一的独立于设备的接口 方便性：向用户提供使用外部设备的方便接口，使用户编程时不考虑设备的复杂物理特性 统一性：对不同的设备采取统一的操作方式，在用户程序中使用的是逻辑设备 逻辑设备与物理设备、屏蔽硬件细节（设备的物理细节，错误处理，不同I/O的差异性）;设备独立性（设备无关性）;（3）充分利用各种技术（通道，中断，缓冲，异步I/O等）提高CPU与设备、设备与设备之间的并行工作能力，充分利用资源，提高资源利用率 并行性 均衡性（使设备充分忙碌）;（4）保护 设备传送或管理的数据应该是安全的、不被破坏的??必威体育官网网址的;1.设备组成 I／O设备一般由机械和电子两部分组成 把这两部分分开处理，以提供更加模块化，更加通用的设计; ; ;2.设备接口; 控制器与设备之间的接口常常是一个低级接口。例如磁盘，可以按每个磁道8扇区，每个扇区512个字节进行格式化。然而，实际从驱动器出来的却是一连串的位流，以一个头标（preamble）开始，然后是一个扇区的4096位（512×8），最后是检查和或错误校验码（Error—C一C：ECC）。头标是在对磁盘格式化时写上的，它包括柱面和扇区数，扇区的大小和类似的一些数据 控制器的任务是把串行的位流转换为字节块，并进行必要的错误修正。首先，控制器按位进行组装，然后存入控制器内部的缓冲区中形成以字节为单位的块。在对块验证检查和并证明无错误时，再将它复制到内存中;接口电路中：多个寄存器 每个寄存器有唯一的一个地址，该地址称为I/O端口地址 I/O指令形式与I/O地址是相互关联的 主要有两种形式： 内存映像编址（内存映像I/O模式） I/O独立编址（I/O专用指令）;存储映像编址;I/O独立编址;1、直接I/O（轮询） 由CPU负责在机器内存与设备控制器数据寄存器之间进行数据传送 2、中断驱动I/O 为了减少设备驱动程序不断地询问控制器状态寄存器的开销 当I/O操作结束后，由设备控制器主动通知设备驱动程序 3、DMA 4、通道;I/O控制方式（续1）;I/O控制方式（续2）; I／O软件设计的基本思想——分层 把软件组织成为一系列的层 较低层软件考虑硬件的特性，并向较高层软件提供接口 较高层软件不依赖于硬件，并向用户提供一个友好的、清晰的、简单的、功能更强的接口;1.I／O软件的层次;I/O软件各层的功能;2.设备驱动程序;设备驱动程序（续1）;3.设备独立的软件;设备独立的软件（续1）;设备独立的软件（续2）;设备独立的软件（续3）;4.用户空间的I／O软件;四、设备相关技术;假若进程打开打印机特殊文件后几小时内无所事事，其他进程什么都打印不了！ 解决方案： 创建值班（精灵）进程（daemon）、SPOOLing目录 进程首先生成要打印的文件，放入SPOOLing目录 值班进程：唯一获准使用打印机特殊文件的进程 用以打印SPOOLing目录里的文件 通过禁止对特殊文件的直接使用、提高了使用效率;网络的SPOOLing值班进程;（1）定义：通道是独立于CPU的专门负责数据输入/输出传输工作的处理机，对外部设备实现统一管理