操作系统第6章__2016.ppt

计算机操作系统;6.1 概述 6.2 I/O系统控制方式 6.3 I/O软件的组成 6.4 具有通道的设备管理 6.5 设备管理相关技术 6.6 磁盘存储管理 ;6.1 概述;1.设备管理的目标 设备管理的目标主要是：提高I/O设备的利用率，提供一个便利、统一的模式，用于满足用户提出的各种I/O需求。 2.设备管理任务 设备管理的任务是：保证在多道程序环境下OS能有效控制设备，合理解决多个进程对设备的竞争使用，有效提高CPU和I/O设备的并行程度。;2.设备管理任务 （1）状态跟踪：配置设备控制器，利用存放控制命令和参数的寄存器动态记录设备信息。 （2）设备分配：将设备分配给进程或应用程序，使用完毕及时收回，以便重新分配。 （3）设备的控制：利用设备驱动程序将用户的I/O请求转换为设备能够识别的I/O指令;2.设备管理任务 （4）提高处理器和I/O设备的利用率：使相互独立的不同设备之间、处理器与设备之间都能并行。 （5）共享：提供能够将独占设备改造为共享设备的机制。 （6）差错处理：使I/O系统具有应对错误、采取合适措施的能力。;6.1.2 I/O系统结构;6.1.2 I/O系统结构;6.1.2 I/O系统结构;（2）主机 I/O系统结构：为了提高处理器和设备的利用率，并且能够合理地管理和调度设备资源，提髙设备与处理器的并行执行程度，在主机 I/O 系统中增加一级 I/O通道，通道代替处理器使用通道命令。 由此形成了四级的I/O系统结构，包括：主机、I/O通道、I/O控制器和I/O设备。通常，一个主机可以连接多个通道，一个通道可以连接多个控制器，一个控制器可以连接多个设备。 ;;6.1.2 I/O系统结构;*;（1）按使用特性分类： 存储设备， I/O设备 （2）按数据组织分类： 块设备，字符设备 （3）按资源分配分类： 独占设备，共享设备，虚拟设备;（4）按数据传输率分类 低速设备，中速设备，高速设备 （5）按从属关系分类 系统设备，用户设备 ;6.2 I/O系统控制方式;由CPU通过程序来直接控制处理器和外围设备之间的信息传送 用户程序需要启动 I/O 设备工作时，CPU向设备发送一条指令，不断地循环测试其是否准备就绪 准备就绪时，CPU 从 I/O 接口中把数据取出，送入内存指定单元，一个字一个字地传送，直至整个数据块全部传送结束，CPU重新返回到当前程序;程序直接控制方式工作流程;当用户程序需要启动某个I/O设备工作时，CPU向其发送指令，然后立即返回继续执行原来的任务 CPU与I/O设备并行操作，只有当输入完一个数据时，才需要CPU花费时间去处理中断请求 缺点：⑴易发生多次中断，消耗大量CPU处理时间 ⑵可能导致CPU无法响应中断或丢失数据;中断控制方式工作流程; 在外设与内存之间开辟直接的数据交换通路，不需要中断CPU为I/O设备服务。 1. DMA控制方式的特点 （1）数据传输的基本单位是数据块，而不是字 （2）所传输的数据是从I/O设备直接读入内存，或者从内存直接传输到I/O设备 （3）只有在一次传输操作的开始或结束时，才需要CPU干预，在传输的过程无需 CPU的干预，完全都在DMA控制器的控制下完成。; DMA控制器组成 ; 3. DMA控制方式的工作过程 CPU向外围I/O设备发送读命令，CR存储该命令 CPU向 MAR发送本次将要读入数据的内存起始目标地址，将本次要读入的数据字(节)数送入数据计数器DC；再将外围I/O设备的源地址送至DMA控制器的I/O控制逻辑 DMA控制器启动并控制本次操作(CPU处理其他任务) 当所有数据都传送完毕，由DMA控制器向CPU发出中断请求;DMA控制方式工作流程;通道控制方式是一种以内存为中心，实现设备和内存直接交换数据的控制方式 由专管I/O的硬件通道直接控制数据传送的方向、存放数据的内存起始地址以及传送的数据长度 CPU只需发出启动通道的指令而无需参与I/O过程 实现了CPU、通道、I/O设备三者的并行操作，更有效地提高了系统资源利用率;I/O设备管理的效率与管理设备的 I/O软件密切相关 I/O软件的设计需要解决两方面问题：①确保 I/O设备与处理器的并行程度，以提高资源的利用率；②为用户提供简单抽象、清晰而统一的接口，采用统一标准的方法管理所有的设备以及所需的I/O操作 I/O软件应设计为层次结构;;;;6.3.2 I/O软件结构;用户层I/O软件：实现与用户交互的接口 与设备无关的系统软件：实现