河北大学数学与计算机学院操作系统课件第7章 设备管理.ppt

操作系统（第3版） 第7章 设备管理 第 7 章 设备管理 7.1 概述 7.2 I/O硬件特点 7.3 I/O软件的组成 7.4 设备分配 7.5 虚拟设备 7.6 Linux I/O设备管理 7.1 概述 设备的分类 按所属关系分类 系统设备、用户设备 从资源分配角度分类 独占设备、共享设备、虚拟设备 从外部设备分类 存储设备（或文件设备）、输入输出设备 按信息交换方式分类 块设备、字符设备 7.1 概述 设备管理的目标和任务 设备管理的目标 方便性、并行性、均衡性、独立性（或无关性） 设备管理的任务 －监视所有设备的状态 －制定设备分配策略 －设备的分配 －设备的回收 7.2 I/O硬件特点 设备组成 一般而言，I/O设备由物理设备和电子部件两部分组成 设备接口 接口的功能 按照计算机主机与设备的约定格式和过程接收或发送数据和信号 接口的标准化 除了通用I/O接口之外，还有一些专用I/O接口 。任何一种接口都有自己的技术特点 ，都要制定各自的标准 7.2 I/O硬件特点 设备控制器 分类: －用于控制字符设备的控制器 －用于控制块设备的控制器 设备控制器主要功能 － 接收和识别命令 － 数据交换 － 地址识别 － 标识和报告设备的状态 － 数据缓冲 － 差错控制 7.2 I/O硬件特点 7.2 I/O硬件特点 通道的类型 根据信息交换方式，通道可分成三种类型： －字节多路通道 －数组选择通道 －数组多路通道 7.2 I/O硬件特点 通道程序 －通道是通过执行通道程序，并与设备控制器共同实现对I/O设备的控制。通道程序是由一系列通道指令（或称为通道命令）所构成 －通道指令中包含如下信息：操作码、内存地址、计数、通道程序结束位P I/O控制方式 程序查询方式 采用程序查询方式，每当程序要使用某一外设进行I/O操作时，CPU要执行一段循环测试程序，以实现在外设准备好时执行一条输入/输出指令，进行一个字节或字的数据传送操作。 7.2 I/O硬件特点 I/O中断方式 每当设备完成I/O操作时，便向CPU发出中断请求信号，通知CPU外设已准备好，可以进行数据传送操作。这样，CPU一旦启动I/O设备后便可执行其它程序，仅在收到I/O中断请求时才执行其中断服务程序，进行I/O处理和I/O操作。 直接存储器访问 采用DMA方式时，不仅允许CPU控制地址线，进行CPU与内存贮器的数据交换，而且允许DMA控制器接管地址线的控制权，直接控制DMA控制器与内存的数据交换。从而使磁盘设备与存贮器之间的数据传送不需要CPU介入，因而减轻了CPU的负担 。 7.2 I/O硬件特点 缓冲技术 缓冲的引入 凡数据到达速度和离去速度不匹配的地方都可以采用缓冲技术 引入缓冲的主要原因 －缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾 －减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制 －提高CPU和I/O设备的并行性 缓冲的类型 按照缓冲区存在的位置分类 硬件缓冲、软件缓冲 7.2 I/O硬件特点 按照缓冲区的个数以及缓冲区的组织形式 - 单缓冲 - 双缓冲 - 循环缓冲 - 缓冲池 缓冲池 缓冲池的组成 －在缓冲池中存在由三类缓冲区组成的三条队列： 空缓冲队列emq ，输入队列inq，输出队列outq 7.2 I/O硬件特点 －在缓冲池中，有4种工作缓冲区： 用于收容设备输入数据的收容输入缓冲区hin； 用于提取设备输入数据的提取输入缓冲区sin； 用于收容CPU输出数据的收容输出缓冲区hout； 用于提取CPU输出数据的提取输出缓冲