第8章OperatingSystem设备管理.ppt

第八章 外部设备管理 8.1 引言 8.2 缓冲技术 8.3 设备分配 8.4 设备控制 8.5 磁盘设备管理 8.1 引言 8.1.1 外部设备类型和特征 8.1.2 设备的I/O控制技术 8.1.3 外设管理的目的和功能 8.1.4 外设管理结构 8.1.1 外部设备类型和特征 人机交互设备：视频显示设备、键盘、鼠标、打印机 与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘、磁带、传感器、控制器 计算机间的通信设备：网卡、调制解调器 8.1.2 设备的I/O控制技术 3. 直接存储访问方式(DMA, Direct Memory Access) 中断方式和DMA方式的区别 中断方式在数据缓冲寄存器满时发中断请求，而DMA方式在数据全部传送完时发中断请求。 中断方式中，数据从数据缓冲寄存器到内存是CPU在进行中断处理时完成的。而DMA方式数据是直接在DMA控制下完成的。 4. 通道控制方式(channel control) 选择通道(selector channel)：可以连接多个外设，而一次只能访问其中一个外设。 多路通道( multiplexer channel)：可以并发访问多个外设。分为字节多路(byte)和数组多路(block)通道。 8.1.3 外设管理的目的和功能 提高效率：提高I/O访问效率，匹配CPU和多种不同处理速度的外设 方便使用：方便用户使用，对不同类型的设备统一使用方法，协调对设备的并发使用 方便控制：方便OS内部对设备的控制：增加和删除设备，适应新的设备类型 2. 外设管理功能 提供设备使用的用户接口：命令接口和编程接口 设备分配和释放：使用设备前，需要分配设备和相应的通道、控制器。 设备的访问和控制：包括并发访问和差错处理。 I/O缓冲和调度：目标是提高I/O访问效率 8.1.4 外设管理结构 逻辑I/O：逻辑设备(也称为虚拟设备)实体，不涉及实际的设备控制； 针对用户接口，提供抽象的命令，如：Open, Close, Read, Write。 针对通信设备，则是通信体系结构如网络协议栈； 针对文件存储设备，是文件系统的逻辑结构控制； 设备I/O：逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构。 用户命令到设备操作序列的转换 I/O缓冲：提高I/O效率。 调度和控制：物理设备控制实体；直接面对硬件设备的控制细节。这部分通常体现为设备驱动程序。 并发I/O访问调度 设备控制和状态维护 中断处理 8.2 缓冲技术 匹配CPU或用户应用进程与外设的不同处理速度 减少对CPU的中断次数，提高CPU和I/O设备之间以及各个I/O设备之间的处理并行性。因此，缓冲区所在的位置：内存，控制器或外设。这些在不同位置的缓冲区组合在一起，构成多级缓冲机制。 2. 单方向缓冲 单缓冲(single buffer)：一个缓冲区，CPU和外设轮流使用，一方处理完之后接着等待对方处理。 双缓冲(double buffer)：两个缓冲区，CPU和外设都可以连续处理而无需等待对方。要求CPU和外设的速度相近。 环形缓冲(circular buffer)：多个缓冲区，CPU和外设的处理速度可以相差较大。 3. 缓冲池(buffer pool) 缓冲区队列：三种：空闲缓冲区，输入缓冲区，输出缓冲区 操作：四种：设备输入，CPU读入，设备输出，CPU写出。上述操作访问各个缓冲区队列时，需要进行相应的互斥操作。 8.3 设备分配 8.3.1 设备分配数据结构 8.3.2 设备分配原则 8.3.3 假脱机技术 8.3.1 设备分配数据结构 设备控制表(DCT, Device Control Table)：每个设备一张，描述设备特性和状态。反映设备的特性、设备和控制器的连接情况。DCT的内容主要包括： 设备标识：用来区别不同的设备； 设备类型：反映设备的特性；如：块设备或字符设备； 设备配置：I/O地址等； 设备状态：工作或空闲状态； 等待队列：等待使用该设备的进程队列； 系统设备表(SDT, System Device Table)：系统内一张，反映系统中设备资源的状态，记录所有设备的状态及其设备控制表的入口。SDT表项的主要组成： DCT指针：指向相应设备的DCT； 设备使用进程标识：正在使用该设备的进程标识； DCT信息：为引用方便而保存的DCT信息，如：设备标识、设备类型等； 控制器控制表(COCT, COntroller Control Table)：每个设备控制器一张，描述I/O控制器的配置和状态。如DMA控制器所占用的中断号、DMA数据通道的分配。 通道控制表(CHCT, CHannel Control Table)：每个通道一张，描述通道工作状态。 8.3.2 设备分配原则 与设备分配有关的设备属性： 独享设备：打印机等； 共享设备：磁盘、网卡