08第八章设备与IO管理1.ppt

第八章 设备与I/O管理清华大学 设备及其分类 设备的物理特性 IO传输方式（查询、中断、通道、DMA） 设备分配与去配 设备驱动 设备调度 缓冲技术 输入输出进程 RAID技术 虚拟设备 8.1 设备及其分类 用途 存储型设备 磁盘，磁带，光盘 IO型设备 扫描仪，打印机，mouse，keyboard，monitor， 网络设备 网卡，交换机，etc. 8.1 设备及其分类 管理 共享型设备（块型） 多个进程的IO操作以块为单位可以交叉 独占型设备（块型） 多个进程的IO操作以块为单位不宜交叉 独占型设备（字符型） 多个进程的IO操作以字符为单位不能交叉 8.2 设备的物理特性 8.3 I/O 传输方式 IO操作演变历史 程序查询方式 (programmed IO) (polling) CPU and Device can not work in parallel 中断方式 (interrupt) CPU and device can work in parallel, too many interrupts for CPU 通道方式 (channel) special processor for dealing with io operations 直接内存方式 (DMA) DMA controller in charge of block io 8.3.1 程序控制查询方式 8.3.2 中断驱动方式 CPU 计算 启动设备 计算 … 计算 中断处理 计算 8.3.3 DMA方式 8.3.3 DMA方式 ①CPU通过设置DMA控制器实现DMA编程，同时启动磁盘控制器由磁盘读入数据至内部缓冲区并进行和校验； ②DMA控制器向磁盘控制器发出读请求，并将内存地址放在地址总线上； ③磁盘控制器将字节传到内存指定单元； ④磁盘控制器向DMA控制器发送回答； ⑤DMA控制器将内部地址寄存器加1同时将记数减1，重复上述过程②─④直至计数器为0，此时DMA控制器向CPU发出中断信号. 8.3.4 通道方式 通道 负责IO操作的处理机 指令系统 基本操作：控制、读、写、转移、结束 指令格式：（操作码，传输量，特征位，地址） 运控部件 CAW，CCW，CSW，CDW 存储区域（与CPU共用内存,通道内有缓冲区） 通道程序，IO数据（channel does have its buffers） 通道类型 字节多路通道(byte multiplexer channel) 多个非分配型子通道，连接低速外围设备 数组选择通道(block selector channel) 一个分配型子通道，连接多台高速设备 数组多路通道(block multiplexer channel) 多个非分配型子通道，连接多台高速设备 设备、通道、内存连接 8.4 设备的分配与去配 独占型设备的分配与去配 块型独占 字符型独占 共享型设备的分配与去配 块型共享 8.5 设备驱动 通道程序 CCW指令序列 静态编制或动态生成 设备启动 通道启动 中断处理 通道向CPU发的中断 8.6 设备调度 优化服务顺序 考虑因素 公平性 防止饿死 高效性 减少磁盘引臂移动量 磁盘引臂调度(disk head scheduling) 先到先服务（FCFS） 请求序列：130，42，180，15，108，68，97 磁盘引臂调度(disk head scheduling) 最短寻找时间优先（SSTF） 请求序列：130，42，180，15，108，68，97 磁盘引臂调度(disk head scheduling) N-step SCAN（N步扫描） 将磁盘请求队列分为若干个长度为N的子队列，每个队列内采用SCAN算法 例子：磁道由外向内编号0-99,磁头当前位置20,向内移动,N=4 12, 5, 7, 30, 60, 77, 13, 26, 61, 80, 53, 66 20→30→12→7→5→13→26→60→77→80→66→61 →53 当N很大时，接近SCAN算法 当N=1时，蜕化为FCFS算法 8.6.1 磁盘I/O参数 首先分析一下读/写一个磁盘块需要多少时间。它一般由如下三个因素确定： 寻道时间（seek time）：将磁盘引臂移动到指定柱面所需要的时间； 旋转延迟（rotational delay）：指定扇区旋转到磁头下的时间； 传输时间（transfer time）：读/写一个扇区的时间。 8.6.1 磁盘I/O参数 寻道时间Ts计算公式如下： Ts=m×n﹢s 其中，n为跨越磁道数，m为跨越一个磁道所用时间，s为启动时间。 旋转延迟Tr计算公式如下： Tr=1/(2r) 其中，r为磁盘转速。该公式给出的是平均旋转延迟，它