[理学]操作系统课件5.ppt

1.I/O性能经常成为系统性能的瓶颈 (1)CPU性能不等于系统性能 响应时间也是一个重要因素 (2)CPU性能越高，与I/O差距越大 弥补：更多的进程 (3)进程切换多，系统开销大 2.操作系统庞大复杂的原因之一是：资源多、杂，并发，均来自I/O 外设种类繁多，结构各异 输入输出数据信号类型不同 速度差异很大 3.理解I/O的工作过程与结构是理解操作系统的工作过程与结构的关键 4.与其他功能联系密切，特别是文件系统 1.按使用特性分 存储型设备 输入型设备（外设?主机） 输出型设备（主机?外设） 输入输出型设备（交互型设备） 2.按数据组织分 块设备 以数据块为单位存储、传输信息 字符设备 以字符为单位存储、传输信息 系统设备 指操作系统生成时，登记在系统中的标准设备 （如终端、打印机、磁盘机等） 用户设备 指在系统生成时，未登记在系统中的非标准设备。对于这类设备的处理程序由用户提供，并将其纳入系统，由系统代替用户实施管理。 （如A/D，D/A转换器，CAD所用专用设备） 1)独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备。（如打印机，磁带等） 2)共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。（如硬盘） 3)虚设备 在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备 目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率 实例：SPOOLing技术，利用虚设备技术 ——用硬盘模拟输入输出设备） 为解决独立设备数量少，速度慢，不能满足众多进程的要求，而且在进程独占设备期间，设备利用率比较低而提出的一种设备管理技术 5.从程序使用角度分 逻辑设备 物理设备 6.按数据传输率分 高速设备 低速设备 5.1.3 设计目标与任务 提高方便性 实现并行性 均衡性 设备独立性 （1）设备分配与回收 记录设备的状态 根据用户的请求和设备的类型，采用一定的分配算法，选择一条数据通路 （2）建立统一的独立于设备的接口 （3）完成设备驱动程序，实现真正的I/O操作 （4）处理外部设备的中断处理 （5）管理I/O缓冲区 1）按照用户的请求，控制设备的各种操作，完成I/O设备与内存之间的数据交换（包括设备分配与回收；设备驱动程序；设备中断处理；缓冲区管理），最终完成用户的I/O请求 2）向用户提供使用外部设备的方便接口，使用户摆脱繁琐的编程负担 方便性 友好界面 透明性 逻辑设备与物理设备、屏蔽硬件细节（设备的物理细节，错误处理，不同I/O的差异性） 3）充分利用各种技术（通道，中断，缓冲等）提高CPU与设备、设备与设备之间的并行工作能力，充分利用资源，提高资源利用率( 并行性、 均衡性） 4）保证在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定策略分配和管理各种设备，使系统能有条不紊的工作 5）保护 设备传送或管理的数据应该是安全的、不被破坏的、必威体育官网网址的 6）与设备无关性（设备独立性） 用户在编制程序时，使用逻辑设备名，由系统实现从逻辑设备到物理设备的转换 用户能独立于具体物理设备而方便的使用设备 用户申请使用设备时，只需要指定设备类型，而无须指定具体物理设备，系统根据当前的请求，及设备分配的情况，在相同类别设备中，选择一个空闲设备，并将其分配给一个申请进程 统一性： 对不同的设备采取统一的操作方式，在用户程序中使用的是逻辑设备。 优点： 设备忙碌或设备故障时，用户不必修改程序 改善了系统的可适应性和可扩展性 I／O软件的基本思想是按分层的思想构成，较低层软件要使较高层软件独立于硬件的特性，较高层软件则要向用户提供一个友好的、清晰的、简单的、功能更强的接口 在设计I／O软件时的一个关键概念是设备独立性。用户在编写使用软盘或硬盘上文件的程序时，无需为不同的设备类型而修改程序就可以使用 与设备独立性密切相关的是统一命名这一目标。一个文件或一个设备的名字只应是一个简单的字符串或一个整数，不应依赖于设备 出错处理是I／O软件的另一个目标。一般来说，数据传输中的错误应尽可能地在接近硬件层上处理 最后一个问题是可共享设备和独占设备的处理问题 设备组成 I／O设备一般由机械和电子两部分组成， 把这两部分分开处理，以提供更加模块化，更加通用的设计 物理设备 机械部分是设备本身（物理装置） 设备控制器 电子部分叫做设备控制器或适配器。在小型和微型机中，它常采用印刷电路卡插入计算机中（接口） 完成设备与主机间的连接和通