操作系统第5章 设备管理.ppt

第5章 设备管理 5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理 控制计算机所有输入/输出设备是操作系统的主要功能之一。在计算机系统中，除了CPU和内存之外，其他的大部分硬件设备称为外部设备。包括常用的输入输出设备、外存设备以及终端设备等。这些设备种类繁多、特性各异、操作时的区别也很大，从而使得操作系统的设备管理变得十分复杂，因此，设备管理是操作系统中最庞杂和琐碎的部分。 第5章 设备管理 5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理 5.1 概述 5.1.1 设备分类 5.1.2 设备控制器 5.1.3 设备通道 设备的种类和数量越来越多，结构也越来越复杂，为了管理上的方便，通常按不同的观点，从不同的角度对设备进行分类。 1、 按照信息交换的单位分类：字符设备(character device)、块设备(block device) 2、 按照输入输出特性分类：输入输出设备、存储 设备、通信设备 3、按照所属关系分类：系统设备、用户设备 4、按照资源分配方式分类：独占设备、共享设 备、虚拟设备 5、 按照传输速率分类：高速设备、中速设备、 低速设备 5.1 概述 5.1.1 设备分类 5.1.2 设备控制器 5.1.3 设备通道 一般而言，设备由两大部分组成：物理设备和电子 部件，为了达到设计的模块性和通用性，一般将其分开。 物理设备泛指输入输出设备中为执行所规定的操作 必须有的物理装置，包括机械运动、光学变换、物理 效应以及机电、光电或光机结合的各种有形的设备。 电子部件称为设备控制器（Device Controller）或 适配器（Adapter），是和计算机系统直接联系的电子 部件，在个人计算机中，它常常是一块可以插入主板 扩充槽的印刷电路板。 1、设备控制器的组成 2、设备控制器的功能 ⑴ 接收和识别CPU或通道发来的命令 ⑵ 实现数据交换 ⑶ 发现和记录设备及自身的状态信息 ⑷ 设备地址识别 ⑸ 数据缓冲 ⑹ 差错控制 3、设备、控制器和软件之间的关系 5.1 概述 5.1.1 设备分类 5.1.2 设备控制器 5.1.3 设备通道 通道技术的引入： 引入通道技术后，输入输出操作过程：中央处理机在执行主程序时遇到输入输出请求，则它启动指定通道上的外围设备，一旦启动成功，通道开始控制外围设备进行操作。这时CPU就可执行其它任务并与通道并行工作，直到输入输出操作完成。当主机委托的I/O任务完成后，通道发出中断信号，请求CPU处理，CPU停止当前工作，转向处理输入输出操作结束事件。 1、通道的类型 按照信息交换方式和连接设备种类不同，通道可分为三种类型： ⑴ 字节多路通道（Byte Multiplexer Channel） ⑵ 数组选择通道（Blocked Selector Channel） ⑶ 数组多路通道（Block Multiplexer Channel） 数组多路通道将数组选择通道传输速度高和字节多路通道能 使各子通道分时并行操作的优点相结合，形成一种新的通道。它 含有多个非分配型子通道，使得多个通道程序在同一个通道系统 中并行运行，每当执行完一条通道命令，它就转向另一通道程序。 由于它在任一时刻只能为一台设备作数据传送服务，这类似于选择通道；但它不等整个通道程序执行结束就能执行另一设备的 通道程序命令，这类似于字节多路通道。 数组多路通道的实质是：对通道程序采用多道程序设计技术 的硬件实现。该通道既具有很高的数据传输速率，又能获得令人 满意的通道利用率，因而广泛地应用于连接高速和中速设备。 2、通道与设备的连接 具有通道装置的计算机，主机、通道、控制器和设备 之间采用四级连接，实施三级控制。 第5章 设备管理 5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理 输入输出控制在计算机处理中具有重要的地位， 为了有效地实现物理I/O操作，必须通过软、硬件技术， 对CPU和I/O设备的职能进行合理分工，以调节系统性 能和硬件成本之间的矛盾。随着计算机技术的发展， I/O控制方式逐渐由简到繁，由低级到高级，其主要的 发展方向是CPU与外围系统并行工作。 按照