操作系统第6章-设备管理new

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1、设备管理DeviceManagement1设备管理设备管理I/O的特点计算机系统中有用于实现信息输入、输出和存储的设备，对其进行控制和管理的程序称设备管理程序。它是操作系统中最繁杂且与硬件紧密相关的部分。I/O性能经常成为系统性能的瓶颈。操作系统庞大复杂的原因之一是：资源多、杂，并发，均来自I/O。外设种类繁多，结构各异、输入输出数据信号类型不同、速度差异很大。理解I/O的工作过程与结构是理解操作系统的工作过程与结构的关键。6.1设备管理概述6.1.1设备分类和标识1．设备分类●按工作特性分两大类：存储设备（块设备）：信息的存取是以数据块为单位；属于有结构设备。典型的块设备是磁盘。盘块大

2、小常为512B~4KB磁盘设备的基本特征有：传输速率高（每秒几兆位）；可寻址（即可随机读写任一块）。输入/输出设备（字符设备）：以字符为基本单位；属于无结构设备。如交互式终端、打印机等。字符设备的基本特征有：传输速率低（每秒几个到几百个字节）；不可寻址。设备管理6.1设备管理概述●根据设备的使用性质分三种：独占设备：即临界资源，如打印机共享设备：在一段时间内允许多个进程同时访问；对某一时刻，仍是只允许一个进程访问。如磁盘。常是可寻址的、可随机访问的。虚拟设备：经虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，共若干个用户（进程）同时使用，把这种经过虚拟技术处理过的设备称为虚拟设备。设备管理6

3、.1设备管理概述●按数据传输的方式分：串行设备：数据的传输是数据按二进制位一位一位的顺序传送；相应的接口叫串口。并行设备：8位数据同时并行进行传送的设备；相应的接口叫并口；如扫描仪、打印机、磁盘驱动器、光驱等。●按传输速率分：①低速设备：传输速率为每秒几个字节~几百字节；如键盘、鼠标、语音输入输出设备。②中速设备：传输速率为每秒几KB到几十KB；如行式或激光打印机。③高速设备：传输速率为每秒几百KB到几MB；如磁带机、磁盘机、光盘机等.设备管理设备管理系统按某种原则为每台设备分配惟一的号码，用做硬件（设备控制器）区分和识别设备的代号，称做设备绝对号（或绝对地址）。用户使用设备时能否直接使

4、用设备绝对号？不能，因为用户不知道设备的状态（是否忙？），用户只需要向系统说明要使用的设备类型，如打印机。操作系统为每类设备规定了一个编号，称做设备类型号。如在UNIX系统中，设备类型号称做主设备号。表示设备类型，还有次设备号，表示同类设备的相对序号，如eth0，eth1.2设备标识设备管理设备相对号，是用户自己规定的所用同类设备中的第几台。用户申请设备时，使用系统规定的设备类型号及用户规定的设备相对号，由操作系统进行“地址转换”，变成系统中的设备绝对号。2设备标识设备管理I/O系统中包括：I/O设备存储设备设备控制器大、中型计算机中还包括I/O通道、总线。不同规模的计算机系统，其I/O

5、系统的结构也有差别。通常可将I/O系统的结构分为两大类：主机I/O系统和微机I/O系统。6.1.2I/O系统结构设备管理主机I/O系统主机的I/O设备一般较多，且配有较多的高速外设，为此，不采用单总线结构，可增加一级I/O通道，以代替CPU与各设备控制器进行通信，实现对外设的控制。I/O系统共分为四级：I/O设备→设备控制器→I/O通道→CPU称之为四级结构。1主机I/O系统设备管理主机设备A设备B控制器1设备E设备F控制器3设备C设备D控制器2设备G设备H控制器4通道1通道2I/O系统四级结构设备管理1）通道是一种特殊的处理机，独立于CPU专门负责数据输入/输出传输工作，对外部设备实现

6、统一管理，代替CPU对输入/输出操作进行控制，从而使输入，输出操作可与CPU并行操作。2）通道通过执行通道程序控制I/O操作，并具有向CPU发中断信号的功能。一旦CPU发出指令，启动通道，则通道独立于CPU工作。一个通道可连接多个设备控制器。通道引入设备管理③与处理机的不同：a)指令类型单一，仅限于和I/O操作相关的指令；b)没有自己的内存，通道程序存放在主机的内存中，即与CPU共享主存。②过程：CPUI/O指令通道内存中取出通道程序（本次要执行）执行完成后向CPU发中断信号①目的：建立独立的I/O操作，以保证CPU有更多的时间去进行数据处理。通道引入设备管理1）字节多路通道：主通道含有

7、多个非分配型的子通道，每一子通道连接一台I/O设备（控制器）。按时间片轮转（以字节为单位）方式共享主通道。以字节为单位交叉传输，当一台传送一个字节后，立即转去为另一台传送字节。某个设备一次只传输一个字节。适用于连接低、中速设备，如打印机、终端等。通道类型设备管理字节多路通道的工作原理设备管理2）选择通道：一段时间内该通道被分配给了某一设备，只能执行一个通道程序，控制一台设备进行数据传送。该设备独占通道直至传送完毕而释放。主要连接磁盘