第六章 输入输出系统精要.ppt

6.1.1 I/O系统的基本功能 1. 隐藏物理设备的细节 2. 与设备的无关性 3. 提高处理机和I/O设备的利用率 4. 对I/O设备进行控制 5. 确保对设备的正确共享 6. 错误处理 6.1.3 I/O系统接口 块设备接口 块设备 隐藏了磁盘的二维结构 将抽象命令映射为低层操作 流设备接口 字符设备 get和put操作 in-control命令 网络通信接口 6.2.3 内存映像I/O 利用特定的I/O指令。 内存映像I/O。 6.6 用户层的I/O软件 6.6.1 系统调用与库函数 1. 系统调用 为使诸进程能有条不紊地使用I/O设备，且能保护设备的安全性，不允许运行在用户态的应用进程，去直接调用运行在核心态（系统态）的OS进程。但另一方面，应用进程在运行时，又必须取得OS所提供的服务，否则应用程序几乎无法运行。为了解决此矛盾。OS在用户层中引入了一个中介过程——系统调用。系统调用是应用程序取得OS所有服务的唯一途径。用户进程必须通过系统调用来获取OS向用户提供的所有功能。  2.库函数 内核与库函数之间的关系：内核提供了OS的基本功能，而库函数扩展了OS的内核，使用户能方便取得操作系统的服务。对于I/O方面，主要是对文件和设备进行读/写的库函数，以及检查/控制设备状态的库函数，库函数的集合是I/O系统的组成部分。 4. SPOOLing的特点 1)提高I/O速度： 对低速设备操作—变为对输入/出#操作。 2)将独占设备改造为共享设备 分配设备的实质是分配输入/出# 3)实现了虚拟设备功能 * 6.7 缓冲管理 6.7.1 缓冲的引入 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。 (2) 减少对CPU的中断频率， 放宽对CPU中断响应时间的限制。 (3) 提高CPU和I/O设备之间的并行性。 * 图 6-22 利用缓冲寄存器实现缓冲 * 6.7.2 单缓冲和双缓冲 1. 单缓冲(Single Buffer) 图 6-23 单缓冲工作示意图 Max（C,T）＋M * 2. 双缓冲(Double Buffer) 图 6-24 双缓冲工作示意图 Max（C,T） * 图 6-25 双机通信时缓冲区的设置 * 例： 假设T是从磁盘输入一块数据的时间，C是CPU对一块数据进行处理的时间，而M是将一块数据从缓冲区传送到用户区的时间。当用户进程按顺序访问的方式处理大量的数据时，请问在单缓冲和双缓冲的情况下，系统对一块数据的处理时间分别是多少？ * 答： 从单缓冲的工作示意图和时序图可以看出：数据有I/O控制器到缓冲区和数据由缓冲区到工作区，必须串行操作；同样，数据从缓冲区到工作区和CPU从工作区取出数据进行处理，也需串行进行。但由于在顺序访问时可采用预先读的方式，即CPU在处理一块数据时，可从磁盘输入下一块数据。因此，系统对一块数据处理的时间为Max（C，T）+M。 而双缓冲，数据由I/O控制器到双缓冲，以及数据由双缓冲到工作区，可以并行工作，因此系统对一块数据处理的时间为Max（T，M+C）。如果TC，由于 MT，则此时系统对一块数据处理的时间约为Max（T ，C），即T。 * 6.7.3 环型缓冲区 1.环型缓冲区的组成 图 6-26 环型缓冲区 * 6.4.2 设备驱动程序处理过程 包括 启动过程 中断处理过程 启动过程 将抽象要求转化为具体要求 检查I/O请求合法性 读出和检查设备状态 传送必要的参数 设置工作方式 启动I/O设备 * 6.4.3 I/O控制方式 四个阶段： 程序I/O—中断I/O—DMA控制—通道控制。 趋势：提高并行度。 * 1. 程序I/O方式 在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O设备的低速性， 致使CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中， 造成对CPU的极大浪费。在该方式中，CPU之所以要不断地测试I/O设备的状态，就是因为在CPU中无中断机构， 使I/O设备无法向CPU报告它已完成了一个字符的输入操作。 * 程序I/O（忙—等待方式） 查询方式：CPU需花代价不断查询I/O状态（图5-7a） CPU资源浪费极大。 例：99.9ms+0.1ms=100ms 在5.2.1中99.9在忙等 * 2. 中断驱动I/O控制方式 在I/O设备输入每个数据的过程中，由于无须CPU干预，因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需CPU花费极短的时间去做些中断处理。可见