输入输出系统.ppt

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1、6.1I/O系统的硬件结构6.2采用通道模型的I/O系统6.3I/O系统的软件组织6.4缓冲技术6.5磁盘的驱动调度6.6设备分配程序6.7WindowsNT的I/O系统第六章输入/输出系统6.1I/O系统的硬件结构1.按使用特性对设备的分类2.按所属关系分类系统设备用户设备3.按资源分配角度分类独占设备共享设备虚拟设备4.按传输数据数量分类字符设备块设备5.按传输速率分类慢速设备中速设备快速设备几种常见I/O设备的物理特性1.磁盘图6.2磁盘物理结构概念图表6-1典型的软盘和硬盘的技术参数2.时钟图6.3可编程时钟3.

2、终端存储映像终端RS-232终端X终端I/O控制方式循环I/O测试方式。程序中断I/O方式。DMA方式。通道方式。图6.7DMA方式下的数据传输设备控制器现有大多数的设备控制器由以下三部分组成：设备控制器与CPU的接口设备控制器与设备的接口I/O逻辑图6.8设备控制器的组成6.2采用通道模型的I/O系统通道是一个独立于CPU的、专门用于管理I/O的处理机。使用通道的目的是减轻CPU的工作负担，增加系统并行能力。通道类型字节多路通道选择通道数组多路通道多通路I/O系统图6.9多通路的配置方案通道命令和通道程序通常，计算机系

3、统的I/O处理机具有如下三类基本通道操作：数据传送类，如读、写、反读、断定(检验设备状态)；设备控制类，如控制换页、磁带反绕等；转移类，即通道程序内部的控制转移。2.CPU和通道间的通讯图6.11CPU启动通道的工作流程6.3I/O系统的软件组织图6.12I/O系统的层次结构I/O软件设计的目标设备无关性错误处理同步/异步传输处理独占设备和共享设备的I/O操作中断处理程序中断处理程序位于I/O系统的最低层。当进程需要进行I/O操作时，操作系统应将该进程挂起，即进入阻塞，直至I/O操作结束并发生中断。当中断发生时，中断处理程序

4、执行相应的操作，以解除相应进程的阻塞状态。设备驱动程序设备驱动程序包括了所有与设备有关的代码。每一个设备驱动程序只处理一种设备或者一类密切相关的设备。设备驱动程序的功能是从与设备无关的软件中接收抽象的请求，并执行该请求。与设备无关的I/O软件面向应用层，提供一个统一的接口。现以块设备为例，与设备无关的I/O软件的主要功能包括：设备命名。设备保护。与设备无关的块大小。数据缓冲。数据块的分配。对独占设备的分配与释放。错误处理。用户空间的I/O软件尽管大部分I/O软件属于操作系统，但是也有一小部分是与用户程序链接在一起的库例程，甚

5、至是在核心外运行的完整程序。图6.13无缓冲与单缓冲(a)无缓冲；(b)单缓冲6.4缓冲技术图6.14双缓冲缓冲区的分类单缓冲双缓冲缓冲池缓冲池缓冲池由多个缓冲区组成。为了管理方便，将相同类型的缓冲区链成一个队列，形成以下三个队列：(1)空缓冲区队列emq：由空缓冲区所链成的队列；(2)输入队列inq：由装满输入数据的缓冲区所链成的队列；(3)输出队列outq：由装满输出数据的缓冲区所链成的队列。四种工作缓冲区：用于收容输入数据的工作缓冲区；用于提取输入数据的工作缓冲区；用于收容输出数据的工作缓冲区；用于提取输出数据

6、的工作缓冲区。缓冲池管理的基本操作两个基本操作(过程)：getbuf(type)：用于从type所指定的队列的队首，摘下一个缓冲区；putbuf(type，number)：用于将用参数number所指示的缓冲区，挂在type队列上。图6.15缓冲池的工作方式缓冲池的工作方式。例如，某一时刻对磁盘的输入/输出请求序列是：柱面(CC)磁道(HH)物理记录R74174874540642776.5磁盘的驱动调度磁盘的驱动调度是先进行移臂(移动存取臂)调度，再进行旋转调度。移臂调度算法先来先服务算法(FCFS)最短查找时间优先法

7、(SSTF)扫描法(SCAN)图6.16电梯调度算法流程6.6设备分配程序设备分配的数据结构图6.18UCB和PCB的连接图6.19UCB，CUCB，CCB间的连接图6.20系统设备表与UCB的关系I/O调度程序这些原则与下述的四个因素有关：I/O设备的固有属性I/O设备的分配算法先请求先服务。优先级高者优先。设备分配的安全性与设备的无关性设备分配的实施分配设备。分配控制器。分配通道。