计算机操作系统第5章 设备管理.ppt

第5章 设备管理 设备管理的基本任务 完成用户提出的I/O请求 提高I/O速率 提高I/O设备的利用率 设备管理的主要功能 缓冲区管理 设备管理 设备处理 虚拟设备 实现设备独立性 主要内容 块设备（存储型设备） 以数据块为单位存储、传输信息 特征： 传输速率较高； 　　　　　 可寻址；采用DMA方式 ； 字符设备（输入/输出型设备） 以字符为单位存储、传输信息 　　特征： 速率较低；不可寻址； 　　　　　 采用中断驱动方式 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） 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拟设备 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） 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） 2.设备控制器的组成 1）设备控制器与处理机的接口； 该接口用于实现CPU与设备控制器之间的通信。共有三类信号线：数据线、地址线和控制线 引入通道的目的： 为了使CPU从I/O事务中解脱出来，同时为了提高CPU与设备，设备与设备之间的并行工作能力 2. 通道类型 1) 字节多路通道 字节多路通道以字节为单位传输信息，它可以分时地执行多个通道程序。当一个通道程序控制某台设备传送一个字节后，通道硬件就控制转去执行另一个通道程序，控制另一台设备传送信息 5.2 I/O控制方式P167 5.2.1 程序I/O方式 5.2.1 程序I/O方式 程序I/O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。 5.2.2 中断驱动I/O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。 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。 DMA (direct memory access)技术 DMA方式与中断的主要区别 中断方式是在数据缓冲寄存区满后，发中断请求，CPU进行中断处理 DMA方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理 大大减少了CPU进行中断处理的次数 5.2.4 I/O通道控制方式 通道控制方式与DMA方式相类似，也是一种内存和设备直接进行数据交换的方式。 与DMA方式不同的是，在通道控制方式中，数据传送方向、存放数据的内存始址及传送的数据块长度均由一个专门负责输入/输出的硬件——通道来控制。 另外，DMA方式每台设备至少需要一个DMA控制器，而通道控制方式中，一个通道可控制多台设备与内存进行数据交换。 1）硬缓冲： 在设备中设置缓冲区，由硬件实现 软缓冲： 在内存中开辟一个空间，用作缓冲区 单缓冲是操作系统提供的最简单的一种缓冲形式。每当一个进程发出一个I/O请求时，操作系统便在主存中为之分配一缓冲区，该缓冲区用来临时存放输入/输出数据。 2. 双缓冲 解决外设之间并行工作的最简单的办法是设置双缓冲。在双缓冲方案中，具体的做法是为输入或输出操作设置两个缓冲区buffer1和buffer2。 5.3.5 缓冲池 从自由主存中分配一组缓冲区即可构成缓冲池。 1．缓冲池的组成 缓冲池中的缓冲区一般有以下三种类型：空闲缓冲区、装满输入数据的缓冲区和装满输出数据的缓冲区。 5.5.1 设备分配中的数据结构 设备控制块DCB（设备控制表DCT） 控制器控制块COCB （控制器控制表COCT） 通道控制块CHCB （通道控制表CHCT） 系统设备表SDT 1.设备控制表DCT 主要内容：设备类型、设备标识符、设备状态、与此设备相连的COCT、重复执行的次数或时间、等待队列的队首和队尾指针 2.系统设备表SDT 整个系统一张表，记录系统中所有I/O设备的信息，表目包括： 设备类型、设备标识