具体操作系统设备管理.ppt

具体操作系统设备管理;目标和功能;6.1 I/O硬件组成 6.2 I/O软件的组成 6.3 设备分配 6.4 磁盘管理;6.1 I/O硬件组成;I/O设备一般由机械和电子两部分组成。机械部分是设备本身。电子部分叫做设备控制器。 设备控制器处于CPU和I/O设备之间，接收从CPU发来的命令，控制I/O设备工作。 很多控制器可以连接两个、四个，甚至八个相同的设备。控制器与设备之间的接口是一个标准接口，符合国际标准。;接收OS的命令，控制设备实现指定的功能。 每个控制器有几个寄存器，用来与CPU通信，即存放设备驱动程序向设备发送的命令和参数。 控制寄存器：被主机用来向设备发送命令。 状态寄存器：包含主机可读取的状态信息。 数据缓冲寄存器 每个寄存器被分配一个端口号。处理机通过I/O端口地址找到对应的I/O部件和设备寄存器，以实现对设备的控制和数据传输。;控制器的作用;内存映射I/O;内存映射I/O;内存映射I/O--混合方案;计算机系统对I/O设备的4种控制方式;程序查询方式;2. 程序中断方式;支持大量数据传输的块设备，其控制器支持直接存储器存取（DMA，Direct Memory Access）。 通常，CPU控制地址总线，进行与主存储器的数据交换。 允许DMA控制器接管地址总线的控制权，直接控制与主存的数据交换。;整块数据的传输是在控制器的控制下完成的。仅在开始和结束时才需CPU干预。;;DMA工作过程：; 与DMA方式相比，通道所需的CPU干预更少，且可以做到一个通道控制多台设备，进一步减轻了CPU的负担。 通道是一种专用的I/O处理机。 通道有自己的指令系统，若干条通道命令连接成通道程序。;CPU;1. 字节多路通道：以字节为单位传输信息，可以分时地执行多个通道程序，一个通道程序对应一台设备。主要用来连接大量慢速设备。 2. 选择通道：以成组方式工作，即每次传送一批数据，故传送速度很高。在一段时间内只能执行一个通道程序，只允许一台设备传输数据。可用于连接高速设备，如固定头磁盘等。 3. 数组多路通道：结合了选择通道传送速度高和字节多路通道能够分时的优点。先为一台设备执行一条通道指令，自动转接，再为另一台设备执行一条通道指令。可连接多台活动头磁???机。;工作过程： CPU向I/O通道发出一条I/O指令，给出所要执行的通道程序的首地址和要访问的I/O设备。 通道接到CPU发来的指令，通过执行通道程序便可完成CPU指定的I/O任务。 完成任务后，通道与设备一起发出中断请求信号，请求CPU处理。;6.2 I/O软件的组成;设备独立性。用户在编写使用磁盘上文件的程序时，无需为不同的设备类型而修改程序，就可以使用。用户程序中给出的是一个逻辑设备名，由OS实现逻辑设备与物理设备的映射。 设备的统一命名。与设备独立性密切相关。一个设备的逻辑名字只应是一个简单的字符串或一个整数，如 PRN，不依赖于具体的设备。;出错处理。数据传输中的错误应尽可能地在接近硬件层上处理，可重试多次。仅当低层软件无能为力时，才将错误上交高层软件处理。 缓冲技术。其目的就是设法使数据的到达率和离去率相匹配，以提高系统的吞吐量。 设备的分配。涉及到共享设备和独占设备的分配问题。;6.2.2 I/O软件的功能;1. 中断处理程序;每个设备驱动程序处理一种类型设备。由一些与设备密切相关的代码组成。提供一些与文件类似的API：open, close, read, write, control等 是OS中唯一知道设备控制器的配置情况，如设置有多少个寄存器以及这些寄存器作用的。;工作过程;3. 独立于设备的软件;（3）设备保护。防止无权存取设备的用户使用设备。 UNIX的I/O设备作为文件用“rw”位进行保护。禁止用户进程对I/O设备直接访问，必须通过OS提供的系统调用命令进行I/O操作。 （4）提供与设备无关的块尺寸。不同磁盘可以采用不同的扇区尺寸。应向较高层的软件掩盖这一事实并提供大小统一的块尺寸。较高层软件只与抽象磁盘打交道，使用等长的逻辑块。;（5）缓冲技术;高速缓存（补）;（6）负责设备分配;独占方式分配：对独占型设备的分配。 共享分配：对共享型设备的分配。磁盘。 虚拟设备。常用可共享的高速设备来模拟独占的慢速设备。能有效提高独占型设备的利用率。 Spooling技术是实现虚拟设备的具体技术。它利用可共享磁盘的一部分空间，模拟独占的输入/输出设备。以空间换时间。;假脱机输出：以打印机为例; （7）出错处理;I/O软件。（1）大部分都包含在操作系统中。（2）一小部分是由与用户程序连接在一起的库函数构成的。 [例] 用户程序中的库函数： count=read(fd, buffer, nbytes); 程序