多缓冲区.ppt

第10章 设备管理 设备管理的基本任务是按照用户的要求来控制外部设备的工作，以完成用户所希望的输入输出操作。 外部设备是信息的输入输出（I/O）机构，它为进程提供与外部世界的通信。但是I/O设备具有多样性，各种外部设备有不同的性能和操作方式。例如： ★ 速度差异 ★ 传送单位不同 ★ 数据表示方式不同 ★ 操作方式不同 10.1 引言 一、设备的类别 按使用特性分为: 存储设备(磁盘. 光盘. 磁带等)是共享设备 输入输出设备(键盘. 打印机. 显示器等)是独享设备 终端设备(通用终端.专用终端.虚终端)可为虚拟设备 脱机设备 2. 按从属关系分为: 系统设备(OS生成时已配置的标准设备:键盘等) 用户设备(用户自己安装配置有OS管理的设备 3. 按信息组织方式分为: 块设备(磁盘.光盘等) 字符设备(键盘.打印机等) 10.1 引言 二、设备管理的任务和功能 任务 选择和分配输入/输出设备以便进行数据传输操作; 控制输入/输出设备和CPU(或内存)之间交换数据; 为用户提供一个友好的透明接口,把用户和设备硬件特性分开(便于编程及开发新管设程序); 提高设备与设备间,设备和CPU 间及进程与进程间的并行操作度. 2. 功能 进行设备的分配(I/O调度); 实现设备与设备, 设备与CPU等之间的并行操作(相应的硬件支持:数据缓冲,通道, 中断等技术); 进行缓冲区管理; 提供和进程管理系统的接口. 二、设备管理的任务和功能 3 . 目标 方便性：操作系统的设备管理能提供标准的输入输出控制系统供用户使用，省去了用户自己编写设备输入输出程序的麻烦，为用户提供一个友好的使用环境。 设备独立性：用户的程序与设备互相独立。用户在程序中只需用相对设备号表示设备，当程序运行时由设备管理把相对设备号与具体设备对应起来。 并行性：设备管理可以使外设与CPU并行工作，提高设备利用率和系统效率。 有效性与均衡性：由于输入输出设备工作速度与CPU差异很大，因此输入输出操作往往成为计算机系统中的“瓶颈”，设备管理可以保持各设备的有效工作和忙闲均衡。 10.1 引言 三、通道技术 通道:是一个独立于CPU的专管输入/输出控制的处理机,它控制设备与内存直接进行数据交换.有自己的通道指令,受CPU启动,并在操作结束时向CPU发出中断信号。 2. 输入/输出系统结构---四层：内存、通道、控制器和外设。 3. 通道类型: 字节通道---以字节为单位传送数据,能分时操作不同的设备,主要用于连接大量的低速设备(终端.打印机等); 数组多路通道---以块为单位传送数据,能分时操作不同的设备,主要用于连接中速块设备(磁带机等); 选择通道---以块为单位成批传送数据,但一次只能控制一台设备进行I/O操作, 主要用于连接高速外部设备(磁盘机) 缓冲技术是指在内存中划出一个由N个单元组成的区域，称为缓冲区，作为外设在进行数据传输时的暂存区，以解决CPU处理数据速度与外设传输数据速度不匹配的问题，减少瓶颈现象。根据需要可以采用不同的结构形式—单缓冲区和双缓冲区、多缓冲区、缓冲池。 一、缓冲的引入---设备管理中引入用来暂存数据 为了匹配外设与CPU之间的处理速度； 为了减少中断次数以及CPU中断处理时间。 二、缓冲区的实现 硬件缓冲---一组专用的硬件寄存器； 软件缓冲---内存中划出一个具有n个单元的专用区域。 三、缓冲的种类（按缓冲器的个数） 单缓冲：设备与处理机之间设置一个缓冲器。临界资源，串行工作。 双缓冲：设置两个缓冲器，分别用于输入输出；并行工作，但外设较多时，难以匹配外设与CPU。 单缓冲区中系统仅设一个缓冲区，进程与外设间的输入输出如下图所示。在单缓冲区下，当某一外设占用缓冲区后，必须等缓冲区为空后，才能放新数据，因此外设间是串行工作的。双缓冲区是开设两个缓冲区，配合使用，可以使两个外设并行工作，提高设备效率。 三、缓冲的种类 多缓冲：把多个缓冲器连接起来组成两部分，一部分专用于输入，另一部分专用于输出； 当进程输入输出数据量很大或不均匀时，为使外设与CPU能很好的并行工作，应设置多缓冲区，一般将输入、输出缓冲区分别连接成环形多缓冲区，如下图所示。 三、缓冲的种类 缓冲池：把多个缓冲器连接起来统一管理，既可用于输入，又可用于输出。 当把输入输出缓冲区统一起来，形成一个既能用于输入又能用于输出的缓冲区，称为缓冲池。在缓冲池中存在三种类型缓冲区： 输入数据缓冲区、输出数据缓冲区、空白缓冲区 每一种缓冲区都通过链指针链成三个队列，称为输入队列(in),输出队列(out)，空白队列(em)，如下图所示。 10.3 设备分配技术 一、设备分配原则