LINUX操作系统教程课件第八章设备管理.ppt

基于Linux操作系统教程 Operating System Course based on Linux 第八章 设备管理 目标 数据传送的4种方式：程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式及通道控制方式 缓冲技术的概念及4种常见的缓冲技术：单缓冲、双缓冲、环形缓冲及缓冲池 设备分配的概念及3种设备分配技术：独享分配、共享分配及虚拟分配 I/O进程控制 Linux 设备管理 设 备 管 理 8.1 I/O 设备的硬件结构 8.2外设与主机的I/O控制方式 8.3 通道技术 8.4 设备的分配与去配 8.5 设备驱动 8.6 缓冲技术 8.7 虚拟设备 8.8 I/O系统的软件组织 8.9 Linux 设备管理 8.1 I/O 设备的硬件结构 8.1.1 设备类型 8.1.2 I/O设备的物理特性 8.1.3 设备控制块（DCB） 8.1.1 设备类型 1.按操作特性分类 按这种方法可把外部设备分为存储设备和输入/输出（I/O）设备。 2.按传输的信息特点分类 按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。 3.按系统和用户的观点分类 按这种观点可将外部设备分为系统设备和用户设备两种。 4.按资源分配的角度进行分类 ·独占设备：为了保证信息传诵的连贯性，通常该类设备在任意一段时间之内最多只能有一个进程占有并使用它。例如当某一进程正在使用某打印机时，其它进程不能使用该打印机，否则将会得到混乱的打印结果。独占型设备包括所有的字符设备及磁带机。 ·共享设备：是指允许若干个进程同时使用的设备。实际上，几个进程可以同时交叉地使用一台设备。该类设备包括除磁带机以外的所有块型设备。 ·虚拟设备：指通过假脱机（Spooling）技术把原来的独占设备改造成为若干个进程所共享的设备，以提高设备的利用率。 8.1.3 设备设备控制块（DCB） 1．DCB结构 （1）设备名。它是设备的系统名，即设备的物理名。 （2）设备属性。它描述设备的特性和类型。 （3）设备状态。它描述设备现行的状态。 （4）设备的I/O总线地址。它反映现行设备在I/O总线上的具体地址。 （5）等待列指针。它存放要求使用该设备的队列的首指针。 设备设备控制块（DCB）的结构 2．设备转换表 对设备的请求最终要转换成对设备的I/O操作，系统可以通过操作码检索“设备转换表”找到相应的设备地址。该转换表包含设备特定的I/O例行程序地址，不具备相应操作的设备在其例行程序地址上要填“-1”。 8.2 外设与主机的I/O控制方式 8.2.1 程序循环I/O测试方式 8.2.2 中断控制方式 8.2.3 DMA方式 8.2.4 通道控制方式 8.2.1 程序循环I/O测试方式 程序直接控制方式是指由程序直接控制内存或CPU和外围设备之间进行信息传送的方式。通常又称为“忙—等”方式或循环测试方式。 在数据传送过程中，必不可少的一个硬件设备是I/O控制器，它是操作系统软件和硬件设备之间的接口，它接收CPU的命令，并控制I/O设备进行实际的操作。 程序循环I/O测试方式（续） 下面讲述程序直接控制方式的工作过程。由于数据传送过程中输入和输出的情况比较类似，下面只给出输出数据时的工作过程。 （1）把一个启动位为“1”的控制字写入该设备的控制状态寄存器。 （2）将需输出数据送到数据缓冲寄存器。 （3）测试控制状态寄存中的“完成位”，若为0，转（2），否则转（4）。 （4）输出设备将数据缓冲寄存器中的数据取走进行实际的输出。 8.2.2 中断控制方式 （1）进程需要数据时，将允许启动和允许中断的控制字写入设备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。 （2）该进程放弃处理机，等待输入的完成。操作系统进程调度程序调度其他就绪进程占用处理机。 （3）当输入完成时，输入设备通过中断请求线向CPU发出中断请求信号。CPU在接收到中断信号之后，转向中断处理程序。 （4）中断处理程序首先保护现场，然后把输入缓冲寄存器中的数据传送到某一特定单元中去，同时将等待输入完成的那个进程唤醒，进入就绪状态，最后恢复现场，并返回到被中断的进程继续执行。 （5）在以后的某一时刻，操作系统进程调度程序选中提出的请求并得到获取数据的进程，该进程从约定的内存特定单元中取出数据继续工作。 8.2.3 DMA方式 DMA方式又称直接存储器访问（Direct Memory Access）方式。其基本思想是在外设和主存之间开辟直接的数据交换通路。 DMA方式的特点是： （1）数据传送的基本单位是数据块。 （2）所传送的数据是从设备送内存，或者相反。 （3）仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需中断CPU，请求干预，整块数据的传送是在DMA控制器控制下完成的