操作系统课件OS_chapt4..ppt

4.1 设备管理概述 I/O设备是计算机系统的重要资源，用户无权直接使用。 设备管理的一个重要任务：便是按照一定的算法在各进程间调度和分配设备。 另外，设备管理还要按照用户要求启动具体设备，完成数据传输操作，并且处理设备的中断。 还有如何利用虚拟技术使独享设备“变为”共享设备，使一台物理设备“变为”多台逻辑设备。 一、设备管理的分类 1. 按从属关系分类 （1）系统设备：指在操作系统生成时已经登记在系统中的标准设备。如键盘、显示器、打印机等。 （2）用户设备：指操作系统生成时未登记入系统的非标准设备。如鼠标、绘图仪、扫描仪等。 2. 按传输速率分类 （1）低速设备： 指传输速率为每秒钟几个字符至数百个字节设备，如键盘、鼠标、语音输入等。 （2）中速设备： 指传输速率为每秒钟数千个字节至数万个字节的设备，如针式打印机、激光打印机等。 （3）高速设备： 指传输速率为数兆字节的设备，如磁带机、磁盘机、光盘机等。 3. 按使用特性分类 （1）存储设备： 是计算机用来保存各种信息的设备，如磁盘、磁带等。 （2）I/O设备： 是向CPU传输信息或输出CPU加工处理信息的设备。 例如：键盘，CRT 4. 按设备共享属性分类 （1）独占设备： 指在一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备，大多数低速的I/O设备。 如用户终端、打印机等属于这类设备。 因为独占设备属于临界资源，所以多个并发进程必须互斥地访问独占设备。 （2）共享设备： 指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。 显然，共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备，典型的共享设备是磁盘。 （3）虚拟设备： 指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户（进程）共享的逻辑设备。一般可以利用假脱机（SPOOLing）技术实现虚拟设备。 5. 按信息交换单位分类 （1）字符设备： 是指处理信息的基本单位是字符的设备，如键盘、打印机、显示器是字符设备。 （2）块设备： 是指处理信息的基本单位是字符块的设备，一般块的大小为512B~4KB，如磁盘、磁带等都是块设备。 二、设备管理的目标 （1）提高设备的利用率。 应尽量提高CPU与I/O设备之间的并行操作程度，主要利用的技术有：中断技术、DMA技术、通道技术和缓冲技术。 （2）为用户提供方便、统一的界面。 所谓方便，是指用户能独立于具体设备的复杂物理特性之外而方便使用设备。所谓统一，是指对不同的设备尽量使用统一的操作方式，例如各种字符设备用一种I/O操作方式。这就要求用户操作的是简便的逻辑设备，而具体的I/O物理设备有操作系统去实现，这种性能常常被称为设备的独立性。 三、设备管理的功能 （1）设备分配。按照设备类型和相应的分配算法决定将I/O设备分配给哪一要求使用该设备的进程。凡未分配到所需设备的进程被放入一个等待队列。 （2）设备处理。设备处理程序实现CPU和设备控制器之间的通信。即当CPU向设备控制器发出I/O指令时，设备处理程序应启动设备进行I/O操作，并能对设备发来的中断请求作出及时的响应和处理。 （3）实现其他功能。 包括对缓冲区的管理功能及实现设备独立性。 四、设备管理结构 ： 1. 逻辑I/O：抽象命令、网络协议栈、文件逻辑结构控制 2. 设备I/O：用户命令到设备操作序列转换，I/O缓冲 3. 调度和控制： 并发I/O访问调度 设备驱动 设备中断处理 4.2 I/O控制方式 程序轮询I/O控制方式 中断I/O控制方式 DMA I/O控制方式 通道I/O控制方式 4.3 中断技术 1. 中断的基本概念： 中断是指计算机在执行期间，系统内发生了某一急需处理的事件，暂时中止CPU上现行程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回到刚才暂停程序的被中断处继续执行的过程。 中断是操作系统实现并发性的基础之一。 以下是需要打断处理器正常工作的典型事件 ： ? 请求系统服务 ? 实现并行工作 ? 处理突发事件 ? 满足实时要求 2. 中断的分类与优先级 中断的分类角度很多，比如， IBM中大型机操作系统，便按照中断事件的性质和激活的手段，将中断分成以下两类： ? 强迫性中断事件 这不是正在运行的程序所期待的，而是由于某种事故或外部请求信息所引起的，具体分为：机器故障中断事件，程序性中断事件，外部中断事件，输入输出中断事件。 ? 自愿性中断事件 这是正在运行的程序所期待的事件。比如，其对操作系统有某种需求，一