IO设备管理课件.pptVIP

*I/O軟體體系結構I/O軟體管理中斷處理程式底層硬體設備設備驅動程式用戶I/O軟體設備無關軟體I/O請求I/O回應提供系統庫調用，供人員使用；提供類似Spooling這樣的精靈守護進程管理共用設備命名、保護、阻塞、緩衝建立設備寄存器、解決錯誤處理中斷信號*中斷處理程式控制I/O設備的基本方法用戶發出系統調用或直接調用I/O設備，然後用戶進程阻塞設備驅動程式啟動I/O操作，然後自己阻塞I/O設備完成操作後產生中斷，對應的中斷服務程式更新各種狀態資訊用戶進程恢復為就緒，繼續運行中斷處理程式的工作過程保存CPU現場資訊：各類寄存器（最重要的是PSW）為中斷服務程式設定CPU上下文：TLB、內核堆疊等應答中斷控制器：遮罩同類中斷、打開其他中斷恢復中斷服務進程的運行，完成對設備控制器介面的操作操作結束後進行調度，改變用戶進程狀態，選擇下一個運行程式用戶進程恢復正常運行，此時設備驅動程式無事可幹，又陷入阻塞I/O軟體管理*設備驅動程式設備驅動程式的特點用來控制設備控制器的代碼和指令，被稱為設備驅動程式目前的體系結構中，設備驅動程式屬於操作系統的內核部分操作系統實現過程中，需要提供標準化的介面函數，用於封裝設備驅動程式設備驅動的存在形式：與操作系統統一編譯，或者運行時動態鏈接設備驅動程式的工作過程接受上層用戶發送的各類參數，並對輸入參數進行檢查對硬體設備的可用性進行檢查，並接通或者啟動設備控制設備完成對應的操作（通過設置介面寄存器實現）實現數據的I/O，同時返回操作的狀態結果。設備驅動工作過程中的特殊考慮設備驅動的工作方式：同步阻塞或持續運行同步阻塞模式下，必須考慮支持“中斷嵌套”的情況，將其設計為可重入熱插拔系統中，自動的適應設備插入或者卸載I/O軟體管理*設備驅動程式的統一介面I/O軟體管理*緩衝機制的設計與實現I/O軟體管理*用戶空間的I/O軟體I/O操作相關的庫函數或工具包實現對OS內核設備I/O管理機制的封裝向應用層用戶提供規範、簡潔的操作介面實現I/O管理底層機制與上層用戶的交互假脫機（Spooling）技術通過應用軟體來實現對獨佔式I/O設備的管理緩衝＋封裝：用戶只需要管理“特殊I/O檔”守護進程（Daemon）：實現假脫機目錄利用應用程式，將獨佔式I/O設備虛擬為共用設備I/O軟體管理*I/O設備管理小結I/O設備管理面對的各種衝突和矛盾“獨特性”與“相容性”——標準化環境下的發展選擇“高性能”與“友好性”——系統資源消耗的代價取捨硬體實現與軟體模擬——成本與性能之間的權衡I/O設備管理的思維方式統一、規範的軟硬體平臺是一切技術發展的基礎性能穩定和錯誤處理機制是一切應用普及的前提系統觀：軟硬搭配、高低結合是複雜問題的解決思路未來趨勢：隨著硬體成本的降低，軟體的作用越來越大I/O設備管理*內容提要I/O設備管理概述I/O硬體原理與軟體原理進程死鎖I/O設備管理實例剖析內容提要*進程死鎖原理死鎖舉例進程A：獲得CD-ROM使用權，申請印表機進程B：獲得印表機使用權，申請CD-ROM死鎖：此時進程A、B均被阻塞，無法運行進程死鎖進程A進程B印表機CD-ROM*進程死鎖原理死鎖的定義進程死鎖若一個進程集合中的每一個進程都在等待只能由本集合中其他進程引發的事件。則這種情況為死鎖。死鎖發生的條件互斥條件：每一個資源或者空閒，或者被分配給一個進程保持和等待條件：已佔有某些資源的進程需申請新的資源後方可繼續運行非剝奪條件：被進程佔用的資源不可剝奪，只能被進程本身顯式釋放迴圈等待條件：系統必然存在一條由兩個或兩個以上進程組成的迴圈鏈，該迴圈鏈中每個進程都在等待臨近的進程釋放資源*如何理解死鎖概念基礎資源、可剝奪資源與不可剝奪資源可剝奪資源會造成死鎖嗎？（舉例）發生條件分析保持當前資源，等待未分配資源存在迴圈的保持等待鏈，造成死鎖情況對比理解死鎖與互斥有哪些異同？操作系統為什麼要解決死鎖問題？在所有的操作系統中都會發生死鎖問題嗎？進程死鎖*死鎖的形式化描述基於有向圖描述死鎖條件進程死鎖*死鎖現象與死鎖過程產生死鎖的進程運行過程示例進程死鎖*死鎖現象與死鎖過程進程死鎖產生死鎖的進程運行過程示例*死鎖處理策略不理會死鎖原因：為什麼耗費大量的時間在小概率事件上呢？死鎖檢測與恢復目標：檢測死鎖發生，通過撤銷進程恢復系統運行死鎖預防目標：對進程加以適當限制以防止死鎖情況發生死鎖避免目標：不對進程加以限制，由操作系統完成死鎖預防進程死鎖*鴕鳥演算法核心思想：忽略死鎖