操作系统原理 课件（机工 ）第六章-设备管理.pptx

第6章 设备管理;学习目标;本章内容提要;6.1 设备管理概述 ;2．设备标识 系统按某种原则为每台设备分配惟一的号码，用做硬件（设备控制器）区分和识别设备的代号，称做设备绝对号（或绝对地址）。 操作系统为每类设备规定了一个编号，称做设备类型号。如在UNIX系统中，设备类型号称做主设备号。 设备相对号，是用户自己规定的所用同类设备中的第几台。;6.1.2 I/O系统结构;通道接受主机的委托，独立地执行通道程序，对外部设备的I/O操作进行控制，以实现内存和外设之间的成批数据传输。 ▲根据信息交换的方式，通道可以分成字节多路通道、选择通道和成组多路通道三种类型。 ① 字节多路通道。它以字节作为信息输送单位，服务于多台低速I/O设备。 ② 选择通道。它在同一时间里只能为一台设备服务，连续地传输一批数据，故传输速率很高。它主要用于连接高速外部设备。 ③ 成组多路通道。它结合字节多路通道分时操作和选择通道高速传送的优点，广泛用于连接高速和中速设备。;IBM 370系统结构 ;2．微型机I/O系统 ;6.1.3 I/O系统的控制方式1.程序控制直接传递方式;4．直接存储器访问方式 （1）DMA控制方式的引入 ■DMA方式具有以下四个特点： ① 数据是在内存和设备之间直接传送的，传送过程中不需要CPU干预。 ② 仅在一个数据块传送结束后，DMA控制器才向CPU发中断请求。 ③ 数据的传送控制工作完全由DMA控制器完成，速度快，适用于高速设备的数据成组传送。 ④ 在数据传送过程中，CPU与外设并行工作，提高了系统效率。;2. DMA的传送操作;（3） DMA控制器的工作模式 某些DMA控制器可以在每次一字模式和整块模式两种模式下工作。 ▲每次一字模式，即DMA控制器一次请求传送一个字。 这种机制也称挪用周期。 ▲在整块模式下，DMA控制器命令设备占用总线，发出一连串数据予以传送，然后释放总线。 这种形式的操作也称阵发模式，它比挪用周期模式效率更高。 ;5．独立通道方式;6.1.4 缓冲技术;①单缓冲 数据到达率与离去率相差很大的情况 ②双缓冲 信息的输入和输出速率相同（或相差不大）时 ;6.1.5 设备管理的功??;6.2 设备分配技术与SPOOLing系统;2. 设备分配技术 ①独占分配 把独占设备固定地分配给一个进程，直至该进程完成I/O操作并且释放它为止。 ②共享分配 由若干进程共用同一设备 ③虚拟分配 利用共享设备去实现独占设备的功能，从而使独占设备“感觉上”成为可共享的、快速的I/O设备。 实现虚拟分配最成功的技术是SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operations On-Line，同时外围联机操作）技术，也称假脱机操作 ;3．设备分配算法;6.2.2 SPOOLing系统; SPOOLing系统;上述4个部分的工作可由输入进程IN和输出进程OUT完成 ●IN进程负责存输入和取输入工作 ● OUT进程负责存输出和取输出工作 SPOOLing可使一个作业的输入/输出与其他作业的计算重叠起来进行 SPOOLing提供了非常重要的数据结构—— 作业池 付出不少代价 ① 占用大量的内存作为外设之间传送信息用的缓冲区，它所用的表格也占用不少内存空间； ② 占用大量磁盘空间作为输入井和输出井； ③ 增加了系统的复杂性。 ;6.3 I/O软件构造原则;6.3.1 I/O软件目标;6.3.2 设备驱动程序;2．设备驱动程序在系统中的位置;3．设备驱动程序的特点;6.3.3 与设备无关的I/O软件;1．设备驱动程序的统一接口 ●新的驱动程序遵循驱动程序接口的约定 ● I/O设备如何命名 ●保护问题 2．出错报告 根据错误产生的原因，可把I/O错误分为两类： ●程序设计错误 一个进程要做不可能做的事情 ●实际I/O错误 上层软件所做的事情需要根据环境和错误的性质来决定。 ;3．分配和释放独占设备 ▲处理请求的简单办法是让进程直接打开设备特别文件 ▲另一种办法是设立专门机制，负责独占设备的申请和释放 4．提供与设备无关的块大小 不同磁盘的扇区大小可能不同。通过这部分软件的作用，可隐藏这些差异，向高层提供统一的盘块大小。;6.3.4 用户空间I/O软件;6.3.5 处理输入输出请求的步骤;6.4 磁盘调度和管理;6.4.2 磁盘调度算法;2．磁盘调度算法（1）先来先服务法（First-C