华中科技大学电信系操作系统课件-cha

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1、第10章设备管理I/O基本概念I/O控制技术I/O子系统层次结构设备分配假脱机技术设备控制磁盘调度管理WindowsNT设备管理举例10.1概述I/O设备在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置。也叫计算机外部设备(外围设备)。I/O子系统操作系统中负责I/O设备管理的功能模块。外设的特点：种类多差异大(控制和速度)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。按外设特性分类使用特征：存储、输入/

2、输出、终端信息组织特征：块设备：信息按字符块组织和处理。（面向块的设备）如：磁盘。字符设备：信息按字符组织和处理。（面向字符的设备）。如：打印机。设备分类1、I/O控制技术程序控制I/O(programmedI/O)I/O操作由程序发起，程序执行忙等待操作等待操作完成。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(忙等待）。1、I/O控制技术中断驱动方式(interrupt-drivenI/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

3、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：每次I/O都要CPU的干预，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。1、I/O控制技术直接存储访问方式(DMA)DirectMemoryAccess由程序设置DMA控制器中的若干寄存器值（如内存起始地址，传送字节数），然后发起I/O操作，而DMA控制器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

4、CPU控制，适于高速设备。DMA方式下的I/O控制器结构通道控制方式(channelcontrol)通道：是计算机系统中专门用于I/O的处理机。在大、中、小型计算机中一般称为通道，结构如图所示通道控制方式(channelcontrol)通道控制器(ChannelProcessor)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。选择通道(selectorchannel)：可

5、以连接多个外设，而一次只能访问其中一个外设。多路通道(multiplexorchannel)：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。2、设备管理的目的和功能I/O子系统设计目标有效性：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通用性方便使用：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。两类设备独立性：一个程序应

6、独立于分配给它的某类设备的具体设备。即在用户程序中只指明I/O使用的设备类型即可。如在系统中配备了两台打印机，用户要打印时只要告诉系统要将信息送到打印机即可。程序要尽可能地与它使用的设备类型无关。即在用户程序中只要指出要输入或输出信息，至如信息I/O使用的设备不需用户指明。设备存取实现对设备的存取操作，提供命令接口和编程接口。设备分配在多用户的环境下，负责设备的分配和回收。设备控制设备控制包括设备的驱动、完成和故障中断处理。状态跟踪设备控制块是存放设备管理和控制信息的数据结构。系统要掌握设备的状态。3、I/O管理功能4、

7、I/O子系统层次模型逻辑I/O：逻辑设备(也称为虚拟设备)实体，不涉及实际的设备控制；针对用户接口，提供抽象的命令，如：Open,Close,Read,Write。针对通信设备，则是通信体系结构如网络协议栈；针对文件存储设备，是文件系统的逻辑结构控制；设备I/O：逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构。用户命令到设备操作序列的转换I/O缓冲：提高I/O效率。调度和控制：物理设备控制实体；直接面对硬件设备的控制细节。这部分通常体现为设备驱动程序。并发I/O访问调度设备控制和状态维护中断处理10.2设备分配由于外设资源的有限，需

8、解决进程间的外设共享问题，以提高外设资源的利用率。设备分配是对进程使用外设过程的管理。这里有两种作法：在进程间切换使用外设，如键盘和鼠标；通过一个虚拟设备把外设与应用进程隔开，只由虚拟设备来使用设备。1、设备分配原则设备分配的原则是合理使用外设(公平和避免死锁)，提高设备利用率。独占设备在一段时间内只能有一个进程使用