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第六章 输入/输出系统 6.1 I/O系统的硬件结构 6.2 采用通道模型的I/O系统 6.3 I/O系统的软件组织 6.4 缓冲技术 6.5 磁盘的驱动调度 6.6 设备分配程序 6.7 WindowsNT的I/O系统 /输出系统 6.1 I/O系统的硬件结构 1.按使用特性 对设备的分类 2. 按所属关系分类 系统设备 用户设备  3. 按资源分配角度分类 独占设备 共享设备 虚拟设备 4. 按传输数据数量分类 字符设备 块设备 5. 按传输速率分类 慢速设备 中速设备 快速设备 几种常见I/O设备的物理特性 1. 磁盘 图 6.2 磁盘物理结构概念图 表6-1 典型的软盘和硬盘的技术参数 2. 时钟 图 6.3 可编程时钟 3. 终端 存储映像终端 RS-232终端 X终端 I/O控制方式 循环I/O测试方式。 程序中断I/O方式。 DMA方式。 通道方式。 图 6.7 DMA方式下的数据传输 设备控制器 现有大多数的设备控制器由以下三部分组成：  设备控制器与CPU的接口 设备控制器与设备的接口 I/O逻辑 图 6.8 设备控制器的组成 6.2 采用通道模型的I/O系统 通道是一个独立于CPU的、专门用于管理I/O的处理机。 使用通道的目的是减轻CPU的工作负担，增加系统并行能力。 通道类型 字节多路通道 选择通道 数组多路通道 多通路I/O系统 图 6.9 多通路的配置方案 通道命令和通道程序 通常，计算机系统的I/O处理机具有如下三类基本通道操作： 数据传送类， 如读、 写、 反读、 断定(检验设备状态)； 设备控制类， 如控制换页、 磁带反绕等；  转移类， 即通道程序内部的控制转移。 2. CPU和通道间的通讯 图 6.11 CPU启动通道的工作流程 6.3 I/O系统的软件组织 图 6.12 I/O系统的层次结构 I/O软件设计的目标 设备无关性 错误处理 同步/异步传输 处理独占设备和共享设备的I/O操作 中断处理程序 中断处理程序位于I/O系统的最低层。当进程需要进行I/O操作时，操作系统应将该进程挂起，即进入阻塞，直至I/O操作结束并发生中断。 当中断发生时，中断处理程序执行相应的操作，以解除相应进程的阻塞状态。 设备驱动程序 设备驱动程序包括了所有与设备有关的代码。每一个设备驱动程序只处理一种设备或者一类密切相关的设备。  设备驱动程序的功能是从与设备无关的软件中接收抽象的请求，并执行该请求。 与设备无关的I/O软件 面向应用层，提供一个统一的接口。 现以块设备为例， 与设备无关的I/O软件的主要功能包括： 设备命名。 设备保护。 与设备无关的块大小。 数据缓冲。 数据块的分配。 对独占设备的分配与释放。 错误处理。 用户空间的I/O软件 尽管大部分I/O软件属于操作系统，但是也有一小部分是与用户程序链接在一起的库例程，甚至是在核心外运行的完整程序。 图 6.13 无缓冲与单缓冲 (a) 无缓冲；(b) 单缓冲 6.4 缓 冲 技 术 图 6.14 双缓冲 缓冲区的分类 单缓冲 双缓冲 缓冲池 缓冲池 缓冲池由多个缓冲区组成。 为了管理方便，将相同类型的缓冲区链成一个队列，形成以下三个队列： (1) 空缓冲区队列emq： 由空缓冲区所链成的队列；  (2) 输入队列inq： 由装满输入数据的缓冲区所链成的队列； (3) 输出队列outq： 由装满输出数据的缓冲区所链成的队列。 四种工作缓冲区： 用于收容输入数据的工作缓冲区；  用于提取输入数据的工作缓冲区；  用于收容输出数据的工作缓冲区；  用于提取输出数据的工作缓冲区。 缓冲池管理的基本操作 两个基本操作(过程)：  getbuf(type)：用于从type所指定的队列的队首， 摘下一个缓冲区；  putbuf(type，number)：用于将用参数number所指示的缓冲区， 挂在type队列上。 第六章 输入/输出系统