第5章设备管理new要点解析.ppt

设备管理的主要功能有：缓冲区的管理、设备分 配、设备处理、虚拟设备及实现设备独立性等。 重点难点 a)重点：独占设备的分配、设备使用方式、虚拟设备 的实现、磁盘调度算法。 b)难点：虚拟设备的实现。 基本要求 a)掌握共享设备、独占设备和虚拟设备； b)理解设备使用的特性； c)掌握设备使用的方式（查询方式、中断方式、通道方 式和DMA方式）； d)掌握缓冲的概念； e)掌握虚拟设备实现； f) 掌握磁盘调度算法。 分类情况 为什么分类? 独占设备包括所有的字符型设备及磁带机。 任意时间段内最多只能被一个进程占用 使用时，进程首先向系统申请，可能进入阻塞状态。当设备可用时，唤醒一个等待进程。使用完毕后，进程必须释放设备。 共享型设备包括除磁带机以外的所有块型设备。 I/O传输单位：块 宏观上，一个共享型设备可以被多个进程同时占用；微观上，多个进程交替使用同一设备。 进程使用这类设备时，无需申请或释放设备，也不存在某个进程占用设备的问题。 虚拟设备：通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干逻辑设备，供多个用户（进程）同时使用。 所谓I/O控制方式是指CPU何时以及如何去驱动I/O设备、如何控制I/O设备与主机之间进行数据传输。 I/O控制在计算机处理中占有重要地位。 按照I/O控制器功能强弱以及和CPU联系方式的不同，I/O设备控制方式可分为4种。它们之间的主要区别在于I/O过程中的CPU干预程度。 与中断的区别： 1）中断处理次数不同； 2）中断处理受CPU控制，而DMA直接完成与内存的数据交换。 缺点： 1）可能会引起内存地址的冲突； 2）需要DMA控制器硬件支持。 与DMA的区别： 1）没有计数寄存器、内存地址寄存器，连接有通道设备控制器，有指令执行机构。 2）传送数据完全由通道指令来控制，一次可以连续传送多个数据块。 5.4 I/O软件 总体设计目标：高效率和通用性。 高效率是指I/O设备与CPU的并发性 通用性是指尽可能地提供简单抽象、清晰而统一的接口，采用统一标准的方法，来管理所有的设备及所需的I/O操作。 为达到上述目标，I/O软件通常组织为一种层次结构。 5.4 I/O软件 为实现上述目标，系统应组织成以下四个层次： 中断处理程序:直接与硬件相关，屏蔽底层硬件细节，由设备驱动程序负责中断处理。 设备驱动程序：直接驱动I/O设备进行输入输出操作的软件。 设备独立软件：之所以有这层软件是因为I/O软件的一部分与设备有关，一部分与设备无关，可以将与设备无关的这部分共用起来，放置在设备驱动程序之上，为用户提供一个统一的I/O界面，如缓冲，错误报告，分配与释放等操作。 用户层软件：由用户直接操控，运行在用户空间。如count=write(fd,buffer,nbytes) 5.4 I/O软件 与具体设备无关 统一命名 对错误的处理 缓冲技术 设备的分配和释放 I/O控制方式 5.4 I/O软件 5.4 I/O软件 在多道程序设计环境下，设备分配的任务就是按照预定的策略，为申请设备的进程分配合适的设备、控制器和通道。 在设备分配过程中，既要考虑设备的独立性问题，即不能因为物理设备的更换而影响用户程序的正常运行；同时又要考虑系统的安全性问题，即不能因为设备的分配而导致死锁现象的发生。 分配：设备、控制器和通道 需要记录与它们相关的信息。包括：资源标识、物理连接情况、占有进程、等待进程等。 具体实现时，可以将其分为设备控制块、控制器控制块和通道控制块。 这些控制块中包含的信息在不同的系统中会有所不同。 ①进程向操作系统提出设备分配请求。 ②操作系统根据提出请求中的逻辑设备名，从系统设备表中查找设备标识和设备控制表地址指针。 ③系统通过设备控制表地址指针找到设备控制表，查找设备控制表得到设备状态信息。 ④如果设备状态为忙，则系统返回查找系统设备表，查找同类型的另一台设备。如果有，则得到该设备的设备控制表地址指针，完成步骤③的过程。 ⑤ 如果设备的状态为忙，且没有相同类的设备，则阻塞进程 虚拟性是操作系统的重要特征之一。 一台物理CPU 多台逻辑CPU 一台物理I/O设备 多台逻辑I/O设备 磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移到目标磁道位置所需的时间称为寻道时间； 然后，旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需的时间称为旋转延迟； 最后，从磁盘上读取数据，所需的时间称为数据传输时间。 访问时间=寻道时间+旋转延迟+传输时间 旋转延迟时间Tτ：这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。 如果用r表示磁盘每秒的转数，则1/r表示每转所需