chapter-05外设.ppt

b) 按交互方式分类 输入（可读）：键盘、扫描仪 输出（可写）：显示设备、打印机 输入/输出（可读写）：磁盘、网卡 4. 用DMA方式访问I/O（ Direct Memory Access) 在设备无关部分完成： 实现逻辑设备操作，不涉及实际的设备控制如： 针对用户接口，提供抽象的命令，如：Open, Close, Read, Write。 针对通信设备，是通信体系结构,本身也可是多层的，如TCP/IP； 针对文件存储设备，是文件系统的逻辑结构控制； 5.4 磁盘管理 1. 磁盘硬件及访问性能 2.RAID 3.CD-ROM 4.可刻录／可重写ＣＤ 5.ＤＶＤ 6. 磁盘格式化问题 7.磁盘访问调度策略 1. 磁盘硬件及访问性能 柱面定位时间：磁头移动到指定柱面的机械运动时间； 旋转延迟时间：磁盘旋转到指定扇区的机械运动时间；它与磁盘转速相关，如：软盘转速可为600r/m(每分钟转速)，硬盘可为10000r/m。 数据传送时间：从指定扇区读写数据的时间。 设备驱动程序的逻辑位置被指明 驱动程序与设备控制器之间通过总线完成通信 ３．设备驱动程序 对设备执行操作进行控制的代码是设备驱动程序！ 设备驱动程序主要完成的工作： 　接收来自上层软对设备访问的抽象请求 　转化抽象请求成为对设备的专用请求 　监控设备控制器的工作 　对专用设备的初始化 　设备的启动与执行状态检测 　与上层软件的信息交互和执行结果反馈 设备驱动程序实现中的难点： 　驱动程序的可重入问题 　支持设备的热插拔功能 　驱动程序与内核过程的交互问题（不能使用系统调用） 为应付设备的多变性须建立与设备无关I/O软件．这类软件的特点是： 提供与设备无关的块大小 对设备做分配与释放管理 提供错误报告机制 具有缓冲功能 对于设备驱动程序有统一的接口 ４．建立与设备无关的I/O软件 (a) 没有标准驱动程序接口会给OS带来麻烦 (b) 标准驱动程序接口为OS设计带来便利 设备驱动程序统一接口问题 1）引入缓冲技术的目的 为提高外设利用率，尽可能使外设处于忙状态；但有限制：进程的I/O请求不能超过外设的处理能力。 匹配CPU或用户应用进程与外设间的处理速度 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。 缓冲区所在的位置：内存，控制器或外设。不同位置的缓冲区组合在一起，构成多级缓冲机制。 缓冲机制建立问题 (a) 无缓冲输入 (b) 缓冲区放在用户空间 (c) 缓冲区在核心空间，然后被复制到用户空间 (d) 在内核空间有双缓冲区 ２）引入缓冲的方式 ３）设置的缓冲种类 单缓冲(single buffer)：CPU和外设轮流使用，一方处理完之后等待对方处理。 可适当匹配CPU 与外设的处理速度，但缓冲区是临界资源，设备之间的处理无法并行。 双缓冲(double buffer)：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。 缓冲池(buffer pool) ：将缓冲区连起来统一管理,每个缓冲区既可用作输入又可用作输出. 缓冲示意图： ４）如何适当地使用缓冲 缓冲技术在I/O控制中使用很普遍，但数据传递中太多的缓冲会影响到系统性能． 　　　关于在网络中多次复制一个数据包的问题 Ｉ/O中的错误报告问题 　建立I/O错误处理机制，尽量将错误在底层处理 　分别处理不同的错误（如编程错误／Ｉ/O设备错误） 分配与释放专用设备 根据设备使用特性建立分配与释放原则（独享设备／共享设备），直接释放或队列管理． 建立与设备无关的数据传递格式 不同设备数据传递格式不同，但须用软件隔离此特性，使上层软件不考虑设备访问中的这一特性。 ５．用户空间的I/O软件 使用I/O访问须支持在用户空间运行I/O软件，因为I/O访问库程序是与用户程序关联在一起的，如何实现： 　ＯＳ提供 I/O访问库，以系统调用方式向用户提供接口：printf(“the sgjsgw %3d is %6d\n”,i,i*i);需调用：write(fd,buffer,nbytes)完成． 　Spooling技术（假脱机,后叙） 　对于独占设备常采用spooling技术，Ｉ/O缓存实现． 　用守侯进程（daemon)＋假脱机目录技术，用户进程将需要输出的内容放入假脱机目录， daemon是使用外设的唯一进程． Spooling工作原理 预输入模块：将作业输入到输入井中； 缓输出模块：将作业结果缓冲式输出到独享设备上； 作业调度模块：控制作业从输入井中取数，向输出井中送数； 输入、输出井：在磁盘上开辟的两个 “井”区域。 归纳：I/O系统包含的层次与功能 　完成逻辑设备与物理设