华联学院《操作系统原理》课件04设备管理.pptVIP

* 第4章 设备管理 4.1 4.2 4.3 本章讲述内容： 4.4 设备管理概述 ； 输入/输出的处理步骤 ； 设备的分配与调度算法 ； 数据的传输方式； 4.5 设备管理中的若干技术。 4.1 设备管理概述 4.1.1 I/O系统的组织结构 整个I/O结构可以划分成三个层次：底层是具体的设备和硬件接口，中间是系统软件（与设备相关软件、与设备无关软件），最上面是用户程序。 . 打印机 摄像机 硬盘 设备 打印机控制器 摄像机控制器 磁盘控制器 打印机 驱动程序 摄像机 驱动程序 磁盘 驱动程序 I/O接口程序 硬件接口 与设备 相关软件 与设备 无关软件 用户程序 进程A 进程B 进程C 进程N 用户 空间 内核 空间 控制器 1. I/O设备一般都由机械和电子两个部分组成。为了使设计更加模块化、更具通用性，也为了降低设计制作的成本，如今常把它们分开来处理：电子部分称作是“设备控制器”或“适配器”；机械部分仍被称作是“设备”。 . . 控制器的一端与计算机连接，另一端与设备连接。控制器上有连接器，设备上引出的电缆可插到连接器中，完成与控制器的连接。很多控制器可同时连接2个、4个甚至8个相同设备，它们将共享控制器里的I/O逻辑部件。 数据寄存器 控制/状态 寄存器 I/O 逻辑 部件 设备控制器 与I/O设备 的接口i 设备控制器 与I/O设备 的接口1 设备控制器 与I/O设备 的接口2 数据线 地址线 控制线 数据 状态 控制 数据 状态 控制 数据 状态 控制 CPU与设备控制器接口 设备控制器与I/O设备接口 CPU . 控制器除将设备与计算机 连接外，更重要的是随时监视设备的状态，实现对设备的控制与操作。每个控制器有若干个寄存器，用来与CPU通信。通过往寄存器里“写”，操作系统可命令设备开启或关闭，可让设备发送数据、接收数据，或者让设备执行其他操作。通过对寄存器的“读”，操作系统可得知设备的状态，断定它是否可以接收新的命令等。 . 内存 I/O端口 (a) 单独的I/O和内存空间 (b) 内存映射I/O 内存 I/O端口 为使CPU与控制器的各个寄存器进行通信，常采用“单独的I/O空间”和“内存映射I/O”两种方法。 设备驱动程序 2. I/O接口程序 3. 涉及设备管理的软件分为与设备相关和与设备无关的两部分。与设备相关部分就是设备驱动程序，用于实现对具体设备的管理和操作；与设备无关部分是一些系统调用，用来把用户的I/O请求导向到具体的设备驱动程序。 . . 要让设备工作，必须访问设备控制器中的各种寄存器，这是通过编写特定的程序代码来实现的，这样的代码程序就称为“设备驱动程序”。 . 设备驱动程序应设计成是可重入的，其代码在执行中不允许被修改。通常，一类设备有一个设备驱动程序，任务是把用户提交的操作命令转化为物理操作的启动和实施。 . I/O接口程序就是与设备无关部分软件，它从接收用户对设备提出的I/O请求，然后把I/O请求转变成所需的I/O命令，调用具体的设备驱动程序去执行，完成这个I/O请求。 . I/O接口程序为用户提供统一的设备命名方式，用主设备号指定设备类型，次设备号作为参数传递给设备驱动程序，以便确定真正完成读写操作的设备。这样在编程时，不必指定具体的物理设备，有利于I/O设备的故障处理，为设备分配增添了灵活性。称这种方法是设备管理中的“I/O设备无关性”或“I/O设备独立性”。 I/O接口程序需要考虑与设备驱动程序的接口。如果各类设备的驱动程序都有自己不同的接口，那么要往系统里添加一种新的设备类型就会很困难，应该提供驱动程序的标准接口，这样添加一个新的驱动程序就很容易，开发设备驱动程序的人员也就知道应该如何着手去编写驱动程序。 . 虚拟设备：通过辅存的支持，利用SPOOLing技术，把独享设备“改造”成可以共享的设备，但实际上这种共享设备并不存在。 独享设备：分配给用户进程使用，就必须等它使用完，才能重新分配给另一个用户进程使用。即独享设备的使用具有排它性。 用户设备：在完成任务过程中，用户特殊需要的设备。这些是操作系统生成时未经登记的非标准设备，因此，需要向系统提供使用该设备的设备驱动程序。 . 输入/输出设备：输入设备是计算机“感知”或“接触”外部世界的设备，用户通过它把信息送到计算机系统内部；输出设备是计算机“通知”或“控制” 外部世界的设备 。