操作系统原理-第四章-设备管理教程.ppt

第4章 设备管理;4.1 设备管理概述 ;一、设备管理的分类 ;按传输速率分类;按使用特性分类;按设备共享属性分类 ;（1）提高I/O设备和CPU的利用率：应尽量提高CPU与I/O设备之间的并行操作程度，主要利用的技术有：中断技术、DMA技术、通道技术和缓冲技术。 （2）提高I/O速度：除上述技术外，还常用虚拟设备技术 （3）为用户提供方便、统一的界面：方便，是指用户能独立于具体设备的复杂物理特性之外而方便使用设备。统一，是指对不同的设备尽量使用统一的操作方式。 这要求用户操作的是简便的逻辑设备，而具体的I/O物理设备由操作系统去实现，这种性能常常被称为设备的独立性。 Linux中，用户通过访问设备文件（如/dev/sdc）来访问各种设备；而内核中，对字符设备定义了统一驱动接口，对块设备定义了统一驱动接口。;4.1.3 设备管理的功能;1. 逻辑I/O：抽象命令、网络协议栈、文件逻辑结构控制 2. 设备I/O：用户命令到设备操作序列转换，I/O缓冲 3. 调度和控制：设备驱动程序 并发I/O访问调度 设备控制与状态维护 设备中断处理;4.1.5 设备控制器和I/O通道;4.2 I/O控制方式 ;1、程序直接控制方式;2、中断控制方式;3、DMA控制方式;4、通道控制方式（I/O处理机）;三种通道类型;4.3 中断技术;1、中断分类 中断的分类角度很多，比如， IBM中大型机操作系统，便按照中断事件的性质和激活的手段，将中断分成以下两类： ? 强迫性中断事件 这不是正在运行的程序所期待的，而是由于某种事故或外部请求信息所引起的，具体分为：机器故障中断事件，程序性中断事件，外部中断事件，输入输出中断事件。 ? 自愿性中断事件 这是正在运行的程序所期待的事件。比如，其对操作系统有某种需求，一旦机器执行到一条访管指令时，便自愿停止现行程序的执行而转入访管中断处理程序处理。;而Windows2000/XP则按照中断信号的来源，把中断分为外中断和内中断两类： ?外中断(又称中断)：指来自处理器和主存之外的中断。包括：电源故障中断、时钟中断、控制台中断、它机中断和I/O中断等。 ?内中断(又称异常或陷入)：指来自处理器和主存内部的中断。包括：通路校验错、主存奇偶错、非法操作码、地址越界、页面失效、调试指令、访管中断、算术操作溢出等各种程序性中断。内中断不能被屏蔽。;2、中断优先级;4.3.3 中断处理过程;4.4 缓冲技术 ;2、引入缓冲的目的;3、缓冲的分类及使用;1）单缓冲;2）双缓冲;3）环形缓冲;4）缓冲池;4）缓冲池（续）;缓冲的使用：Getbuf及Putbuf;4.5 设备分配及设备处理程序;1. 设备独立性;逻辑设备名到物理设备名的映射;2. 设备分配;设备分配（续）;设备分配（续）;设备分配（续）;设备控制表DCT（一个设备配置一张） 用于反映设备的特性、设备和控制器的连接情况。;设备分配（续）;3. 设备处理——即设备驱动;;4.6 SPOOLing系统;读卡机;2、SPOOLing的核心思想及定义;3、SPOOLing系统的组成示意;SPOOLing系统的组成说明 ;SPOOLing应用举例(1)  --打印机的SPOOLing守护进程（daemon）;SPOOLing应用举例(2) --网络的SPOOLing守护进程;采用SPOOLing技术的好处;4.7 磁盘设备管理;磁盘一般分为固定头磁盘和移动头磁盘两大类： 固定头磁盘：指盘面上每条磁道都有一个读/写头的磁盘。固定头磁盘各磁头可并行读写，但成本较高，主要用在大型机中。 移动头磁盘：指每个盘面只有一个读/写磁头的磁盘。每次读写须先移动磁头到目标磁道上，这称为寻道操作。 目前，个人计算机中的硬盘（Winchester盘）和软盘都是移动头磁盘。;硬盘（Winchester盘）结构;硬盘通常由多个盘片构成，盘片安装在一个高速旋转的枢轴上 盘片的转速为5400RPM、7200RPM等;;盘面及磁道;Tracks 被进一步划分为sector/扇区;Cylinders柱面;磁盘编址;Linux系统中的磁盘信息示例;初期IBM PC软盘和当今Western Digital的WD 18300硬盘的磁盘参数;磁盘块号及其物理三地址之间的转换;设磁盘组共有n个柱面，编号顺序为0、1、2、…、n-1；共有m个磁头，编号顺序为0、1、2、…、m-1；每个磁道内的k个信息块（扇区）从1开始编号，依次为1、2、…、k。现用x表示逻辑磁盘块号，用a，b，c分别表示任一逻辑磁盘块的柱面号、磁头号、磁道内块号（扇区号），则x与a，b，c可通过如下公式进行转换： x=k*m*a+k*b+c （注意：这里x也是从1开始编号） a=(x-1) DIV