第8章设备管理讲述.ppt

计算机操作系统 操作系统 操作系统 操作系统原理 Principles of Operating System 第8章 设备管理 8.1 I/O组织 8.2 数据传输控制方式 8.3 中断技术 8.4 缓冲技术 8.5 设备分配 8.6 I/O软件的层次结构 8.7 磁盘管理 8.8 UNIX块设备管理 8.1 I/O组织 设备的重要性能指标有： 　　数据传输率 数据的传送单位 设备共享属性 可对设备按不同角度进行分类 8.1.1 I/O设备 1. 按设备中的数据传送单位分类 （1）块设备(Block Device) 把信息存储在固定长度块中，每块都有自己的地址，如：磁盘、磁带... ... （2）字符设备(Character Device) 单以字符为单位发送或接收一个字符流，不考虑任何块结构，如：行式打印机、鼠标…… 2. 按资源分配的角度分类 （1）独占设备 作业运行期间必须为用户单独使用的设备，通常慢速设备属于独占设备 （2）共享设备 指在一段时间内可以被多个进程以共享方式使用的设备 （3）虚拟设备 指通过虚拟技术将一台独占设备改造成若干台逻辑设备 8.1.2 设备控制器 I/O设备一般由机械和电子部分组成 电子部分称作设备控制器（Device Controller） 设备控制器应具有的功能： 1、接收和识别来自CPU的各种命令 2、实现CPU与设备控制器、设备控制器与设备之间的数据交换 3、记录设备的状态供CPU查询 4、识别控制器的第个设备的地址 8.1.3 I/O系统结构 1. 总线型结构 2. 通道型结构 2. 通道型结构 根据信息交换的方式，通道可分为三种类型： 1、字节多路通道 2、选择通道 3、成组多路通道 8.2 数据传输控制方式 8.2.1 程序直接控制方式 CPU在执行程序过程中遇到一条与I/O相关的指令时, 可以通过给相应的I/O控制器发送命令来执行这条指令 程序直接控制I/O方式中CPU直接控制I/O操作的过程, 包括测试设备状态、 发送读/写命令和传送数据 指令集中应包括以下几类I/O指令： 程序直接控制I/O存在的问题 ： 8.2.2 程序中断控制方式 　　从I/O部件的角度来看。对于输入, I/O部件接收到CPU的读命令, 然后开始从相关的外设读数据。一旦数据进入到I/O部件的数据寄存器, I/O部件通过中断信号线向CPU发一个中断信号, 表示I/O部件已准备好数据。然后, I/O部件等待直到CPU请求数据。当CPU发出这个请求后, I/O部件把数据放到数据总线中, 然后准备下一次的I/O操作 8.2.2 程序中断控制方式 　　从CPU的角度来看, 输入过程如下: CPU发一个读命令, 然后保存当前程序的上下文环境, 转去执行其他程序。在每个指令周期的末尾, CPU检查中断。当有来自I/O部件的中断时, CPU保存当前运行程序的上下文, 转去执行中断处理程序处理该中断。这时, CPU从I/O部件读一个字的数据传送到CPU的寄存器, 并存入主存。接着, CPU恢复发出I/O命令的程序的上下文, 继续运行 中断驱动I/O方式的特点 ： 8.2.3　DMA控制方式 DMA（Direct Memory Access） 直接内存访问 DMA的功能可由一个独立的DMA部件在系统总线上完成, 也可整合到I/O部件中, 由此I/O部件完成 8.2.3　DMA控制方式 DMA的传送方式: 当CPU需要读或写一个数据块时, 它给DMA部件发命令,发出命令后, CPU继续进行其他的工作。它把这次I/O操作委托给DMA部件, 由DMA部件处理。DMA部件直接从主存或往主存中传送整个数据块, 每次传送一个块, 当传送完成后, DMA部件向CPU发中断信号 8.2.3　DMA控制方式 CPU给DMA部件发命令中一般包含下述信息： 1. 操作类别: 读或写。 2. 所涉及的I/O设备的地址。 3. 读取或写入数据在内存中的首地址。 4. 读取或写入数据的字数。 8.2.4 I/O通道方式 　　I/O通道控制方式是一种以内存为中心, 实现外设与内存直接交换数据的控制方式 　　与DMA方式相比, 通道所需要CPU干预更少, 每次可以完成多个不连续的数据块传送, 而且可以做到一个通道控制多台设备, 从而进一步减轻了CPU的负担 　　I/O通道具有自己的指令系统, 并能实现指令所控制的操作 ，由CPU发出启动指令启动。 8.3 中断技术 8.3.1 中断的基本概念 　　中断(Interrupt)是由I/O设备或其他非预期的急需处理的事件引起的，它使CPU中止现行程序的执行，转而执行另一个更紧迫事件的程序，一旦处理完