华东理工大学《操作系统》第九章设备管理精要.ppt

第九章设备管理9.1 概述9.2 数据传送控制方式9.3 中断技术9.4 缓冲技术9.5 设备分配 9.1 概述 I/O的特点 1.I/O性能经常成为系统性能的瓶颈 (1)CPU性能不等于系统性能 响应时间也是一个重要因素 (2)CPU性能越高，与I/O差距越大 弥补：更多的进程 (3)进程切换多，系统开销大 2.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 3.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 设备的分类 1.按使用特性分 存储型设备 输入型设备（外设?主机） 输出型设备（主机?外设） 输入输出型设备（交互型设备） 2.按数据组织分 块设备 以数据块为单位存储、传输信息如磁盘，磁带 字符设备 以字符为单位存储、传输信息如键盘，打印机 3.按外部设备的从属关系分 系统设备 指操作系统生成时，登记在系统中的标准设备 （如终端、磁盘机等） 4. 按资源分配角度分 独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备。（如打印机，磁带等） 共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。（如硬盘） 虚设备 通过虚拟技术在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，将一个独占设备变换为基若干台逻辑设备，供多个用户可同时使用，被模拟的设备称为虚设备 目的：提高设备的利用率 设备管理的目标和任务 按照用户的请求，控制设备的各种操作，完成I/O设备与内存之间的数据交换 2.保证在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定策略分配和管理各种设备，使系统能有条不紊的工作 3.向用户提供使用外部设备的方便接口，使用户摆脱繁琐的编程负担 方便性 友好界面 透明性 用户能屏蔽硬件细节而方便的使用设备，用户申请使用设备时，只需要指定设备类型，而无须指定具体物理设备，系统根据当前的请求，及设备分配的情况，在相同类别设备中，选择一个空闲设备，并将其分配给一个申请进程 4.充分利用各种技术（通道，中断，缓冲等）提高CPU与设备、设备与设备之间的并行工作能力，充分利用资源，提高资源利用率 并行性 均衡性（使设备充分忙碌） 5.保护 设备传送或管理的数据应该是安全的、不被破坏的、必威体育官网网址的 9.2 数据传送控制方式 I／O设备组成 I／O设备一般由机械和电子两部分组成 把这两部分分开处理，以提供更加模块化，更加通用的设计 1.物理设备 机械部分是设备本身（物理装置） 2.设备控制器 电子部分叫做设备控制器或适配器。 完成设备与主机间的连接和通讯 外设与内存之间常用的数据传送控制方式： 程序I/O(直接控制)方式 中断I/O方式 DMA方式 通道方式 缺点： (无中断机构) 1、CPU高速性与I/O设备的低速性，造成CPU的极 大浪费。 2、不具有并行工作能力 只适用于CPU速度慢，且外设较少的系统 2.通道的工作方式 3.工作原理 1)执行用户程序，当遇到I/O请求时，可根据该请求生成通道程序放入内存（也可事先编好放入内存）， CPU启动通道工作; 2)通道接收到“启动I/O”指令后，取出第一条指令，同时向CPU发回答信号，使CPU可继续执行其他程序，则通道独立于CPU工作,开始执行通道程序，完成传输工作; 3)当通道传输完成最后一条指令时，向CPU发I/O中断，并且通道停止工作。CPU接收中断信号，决定下一步做什么。 通道的类型 9.4 缓冲技术 1. 缓冲技术的引入 凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技术。 在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的I/O操作，以缓解CPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源利用率 减少了I/O设备对处理器的中断请求次数 简化了中断机制,节省了系统开销 提高CPU与I/O设备之间的并行性 2.缓冲区管理 单缓冲:设备与处理机之间设置一个缓冲器。 双缓冲：两台外设通信时，外设设置双缓冲器 多缓冲：多个缓冲区连接起来组成两部分，一部分专门用于输入，一部分专门用于输出。 缓冲池： 多个缓冲区连接起来统一管理，既可用于输入又可用于输出。 9.5 设备分配 设备分配与回收 当某进程向系统提出I/O请求时，设备分配程序按一定策略分配设备、控制器和通道，形成一条数据传输通路，以供主机和设备间信息交换. 1. 数据结构： 设备控制块DCB（设备控制表DCT） 控制器控制块COCB （控制器控制表COCT） 通道控制块CHCB （通