IO管理和磁盘调度ppt课件.ppt

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1、I/O管理和磁盘调度Chapter11主要内容教学目标与要求理解I/O控制方式。掌握I/O缓冲技术掌握磁盘存储器的管理教学重点与难点缓冲技术，磁盘调度I/O设备的种类1、人可读的适合与计算机用户通信，如：打印机，终端（显示器，键盘，鼠标）2、机器可读适合与电子设备通信，如磁盘驱动器，传感器，控制器，执行器3、通信适合与远程设备通信，如数字线路驱动器，调制解调器设备的分类按传输速率分低速设备：每秒几个到数百字节。如调制解调器中速设备：每秒数千到数万字节。如打印机高速设备：每秒数百K到数兆。如磁盘、磁带I/O设备的差别数据率数据传送率可能会差别几个数量级I/O设备的差别应用用于文件操作的磁盘需

2、要文件管理软件的支持在虚拟存储方案中，磁盘用作页面调度的后备存储器，取决于虚存硬件和软件的使用终端被普通用户使用和系统管理员使用可能具有不同的特权级别，从而在OS中有不同的优先级I/O设备的差别控制的复杂度传送单位数据可以按照字节流或者字符流的形式传送（如终端I/O），也可以按照大块传送（如磁盘I/O）数据表示数据编码方案,包括字符代码和奇偶约定的差异错误条件错误的本质、报告的方式、后果以及响应随设备的不同而不同I/O功能的组织常见的三种I/O控制技术：程序控制I/O处理器代表进程给I/O模块发送一个I/O命令，该进程进入忙等待，等待操作的完成，然后才可以继续执行中断驱动I/O处理器代表进

3、程发送一个I/O命令,然后继续执行后续指令，当I/O模块完成工作后，处理器被该模块中断。如果该进程不需等待I/O完成，后续指令可以是该进程中的指令否则，这个进程在这个中断上被挂起，处理器执行其他工作直接存储器存取(DMA)DMA模块控制主存和I/O模块之间的数据交换为传送一块数据，处理器给DMA模块发请求，只有当整个数据块传送结束后，处理器才被中断输入输出功能的发展I/O功能的发展阶段：处理器直接控制外围设备程序控制I/O方式：增加了控制器或I/O模块处理器使用没有中断的程序控制I/O处理器不需要处理外部设备接口的具体细节又称忙--等待方式输入输出功能的发展中断驱动I/O：控制器或I/O模

4、块采用了中断处理器不再需要花费时间等待执行一个I/O操作DMA控制方式：I/O模块通过DMA直接控制存储器从主存中移出或往主存移入一块数据，不需要处理器参与仅仅在传送开始和结束时需要用到处理器输入输出功能的发展I/O通道控制方式I/O模块被增强成一个单独的处理器，又专门为I/O设计的指令集I/O模块有自己的局部存储器I/O模块本身就是一个计算机也称作I/O处理器特点：是DMA方式的发展，它可进一步减少CPU的干预，即把对一个数据块的读（或写）为单位的干预，减少为对一组数据块的读（或写）及有关的控制和管理为单位的干预。同时，又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行工作，从而更有效的提高了整

5、个系统的资源利用率。直接存储器访问DMA取代处理器控制系统，在系统总线上从存储器中或者往存储器中传送数据周期挪用技术用于在总线上传送数据为了使数据能够传送，挂起一个指令周期，即CPU暂停一个总线周期整块数据传送过程中没有中断发生不需要保存进程上下文DMADMA工作流程请求读/写操作的信号相关的I/O设备地址内存起始地址读/写的字节数DMA机制的配置方法周期挪用技术导致处理器执行得更慢通过DMA和I/O功能集成起来，可以大大的减少所需要的总线周期的数目DMA模块和一个或多个I/O模块之间除了系统总线还存在着路径DMADMADMA操作系统设计问题Efficiency（效率）与主存和处理器相比，

6、大多数I/O设备都是非常慢速的使用多道程序设计，可以允许一些进程在等待I/O操作时另一些进程正在执行交换技术用于将额外的就绪进程加载到内存，使得处理器保持忙状态，但交换本身是一个I/O操作I/O设计的主要任务是提供I/O的效率操作系统设计问题Generality（通用性）为了简单性和避免错误，往往希望能用一种统一的方式处理所有的设备使用一种层次化的、模块化的方法设计I/O功能，在低层例程中隐藏大部分设备I/O的细节，使得用户进程和操作系统高层可以通过一些通用的功能，如read,write,open,close,lock,unlock等来查看I/O设备一种I/O组织的模型I/O缓冲速度的差异

7、问题计算机系统中的各种设备(包括中央处理机)的运行速度差异甚大，CPU的运行速度是以纳秒计，而设备的运行速度则是以毫秒甚至以秒计；负荷不均匀问题有时处理机进行大量的计算工作，没有I/O操作，有时又会进行大量的I/O操作，这两个极端都会造成系统中的一些设备过于繁忙，一部分设备过于空闲，严重地影响CPU与外设的并行工作。缓存cache和缓冲buffer的异同缓存（cache）是把读取过的数据保存起来，重新读取时若命中（找到需