OperatingSystem设备管理.pptx

第七章设备管理第七章设备管理n概述概述nI/O软件的组成软件的组成nI/O硬件特点硬件特点n有关技术有关技术n设备处理设备处理n典型外部设备典型外部设备一、概述一、概述1、I/O的特点的特点（1 1）I/OI/O性能经常成为系统性能的瓶颈性能经常成为系统性能的瓶颈nCPUCPU性能不等于系统性能性能不等于系统性能 响应时间也是一个重要因素响应时间也是一个重要因素nCPUCPU性能越高，与性能越高，与I/OI/O差距越大差距越大 弥补：更多的进程弥补：更多的进程n进程切换多，系统开销大进程切换多，系统开销大（2 2）操作系统庞大复杂的原因之一是：资源）操作系统庞大复杂的原因之一是：资源多、杂，并发，均来自多、杂，并发，均来自I/OI/O 外设种类繁多，结构各异外设种类繁多，结构各异 输入输出数据信号类型不同输入输出数据信号类型不同 速度差异很大速度差异很大（3 3）理解）理解I/OI/O的工作过程与结构是理解操作系的工作过程与结构是理解操作系统的工作过程与结构的关键统的工作过程与结构的关键 I/OI/O技术很实用技术很实用（4 4）与其他功能联系密切，特别是文件系统）与其他功能联系密切，特别是文件系统1、I/O的特点的特点（1 1）按使用特性分）按使用特性分 存储型设备存储型设备 输入型设备（输入型设备（外设外设主机主机）输出型设备（主机输出型设备（主机外设）外设）输入输出型设备（交互型设备）输入输出型设备（交互型设备）2、设备的分类、设备的分类（2 2）按数据组织分）按数据组织分 块设备块设备 以数据块为单位存储、传输信息以数据块为单位存储、传输信息 字符设备字符设备 以字符为单位存储、传输信息以字符为单位存储、传输信息（3 3）按外部设备的从属关系分）按外部设备的从属关系分 系统设备系统设备 指操作系统生成时，登记在系统中的标指操作系统生成时，登记在系统中的标准设备准设备 （如终端、打印机、磁盘机等）（如终端、打印机、磁盘机等）用户设备用户设备 指在系统生成时，未登记在系统中的非指在系统生成时，未登记在系统中的非标准设备。对于这类设备的处理程序由用标准设备。对于这类设备的处理程序由用户提供，并将其纳入系统，由系统代替用户提供，并将其纳入系统，由系统代替用户实施管理。户实施管理。（如（如A/DA/D，D/AD/A转换器，转换器，CADCAD所用专用设备）所用专用设备）（4 4）按资源分配角度分）按资源分配角度分 独占设备独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速般为低速I/OI/O设备（如打印机，磁带等）设备（如打印机，磁带等）共享设备共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高（如硬盘）用率高（如硬盘）虚设备虚设备在一类设备上模拟另一类设备，常用共享在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备设备，被模拟的设备称为虚设备 目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率的设备，提高设备的利用率（实例：（实例：SPOOLingSPOOLing技术，利用虚设备技术技术，利用虚设备技术 用硬盘模拟输入输出设备）用硬盘模拟输入输出设备）SPOOLingSPOOLing技术技术 为解决独立设备数量少，速度慢，不能满为解决独立设备数量少，速度慢，不能满足众多进程的要求，而且在进程独占设备足众多进程的要求，而且在进程独占设备期间，设备利用率比较低而提出的一种设期间，设备利用率比较低而提出的一种设备管理技术备管理技术（5 5）从程序使用角度分）从程序使用角度分 逻辑设备、物理设备逻辑设备、物理设备（6 6）按数据传输率分）按数据传输率分 高速设备、低速设备高速设备、低速设备（7 7）按接口分）按接口分 与用户交流：显示器，键盘，鼠标，打与用户交流：显示器，键盘，鼠标，打印机等印机等 与电子设备交流：磁盘、磁带等与电子设备交流：磁盘、磁带等 通信：与远程设备通信：调制解调器通信：与远程设备通信：调制解调器各类设备的差别：各类设备的差别：数据传输率数据传输率 应用应用 控制的复杂性控制的复杂性 传输单位传输单位 数据表示数据表示 出错条件出错条件（1 1）按照用户的请求，控制设备的各种操）按照用户的请求，控制设备的各种操作，完成作，完成I/OI/O设备与内存之间的数据交换设备与内存之间的数据交换（包括设备分配与回收；设备驱动程序；（包括设备分配与回收；设备驱动程序；设备中断处理；缓冲区管理），最终完设备中断处理；缓冲区管理），最终完成用户的成用户的I/OI/O请求请求3.3.设备管理的目标和任务设备管理的目标和任务n设备分配与回收设备分配与回收 记录设备的状态记录设备的状态 根据用户的请求和设备的类型，采用一定根据用户的请求和设备的类型，采用一定的分配算法，选择一条数据通路的分配算法，选择一条数据通路 n建立统一的独立于设备的接口建立统一的独立于设备的接口n完成设备驱动程序，实现真正的完成设备驱动程序，实现真正的I/OI/O操作操作n处理外部设备的中断处理处理外部设备的中断处理n管理管理I/OI/O缓冲区缓冲区功能功能（2 2）向用户提供使用外部设备的方便）向用户提供使用外部设备的方便接口，使用户摆脱繁琐的编程负担接口，使用户摆脱繁琐的编程负担n 方便性方便性n 友好界面友好界面n 透明性透明性 逻辑设备与物理设备、屏蔽硬件细节逻辑设备与物理设备、屏蔽硬件细节（设备的物理细节，错误处理，不同（设备的物理细节，错误处理，不同I/OI/O的差异性）的差异性）（3）充分利用各种技术（通道，中断，缓）充分利用各种技术（通道，中断，缓冲等）提高冲等）提高CPU与设备、设备与设备之与设备、设备与设备之间的并行工作能力，充分利用资源，提间的并行工作能力，充分利用资源，提高资源利用率高资源利用率n 并行性并行性n 均衡性（使设备充分忙碌）均衡性（使设备充分忙碌）（4）保证在多道程序环境下，当多个）保证在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定策略进程竞争使用设备时，按一定策略分配和管理各种设备，使系统能有分配和管理各种设备，使系统能有条不紊的工作条不紊的工作（5）保护）保护 设备传送或管理的数据应该是安全的、设备传送或管理的数据应该是安全的、不被破坏的、保密的不被破坏的、保密的（6）与设备无关性（设备独立性）与设备无关性（设备独立性）用户在编制程序时，使用逻辑设备名，由用户在编制程序时，使用逻辑设备名，由系统实现从逻辑设备到物理设备（实际系统实现从逻辑设备到物理设备（实际设备）的转换设备）的转换 用户能独立于具体物理设备而方便的使用用户能独立于具体物理设备而方便的使用设备设备 用户申请使用设备时，只需要指定设备类用户申请使用设备时，只需要指定设备类型，而无须指定具体物理设备，系统根型，而无须指定具体物理设备，系统根据当前的请求，及设备分配的情况，在据当前的请求，及设备分配的情况，在相同类别设备中，选择一个空闲设备，相同类别设备中，选择一个空闲设备，并将其分配给一个申请进程并将其分配给一个申请进程统一性：统一性：对不同的设备采取统一的操作方式，在对不同的设备采取统一的操作方式，在用户程序中使用的是逻辑设备用户程序中使用的是逻辑设备优点：优点：n设备忙碌或设备故障时，用户不必修改设备忙碌或设备故障时，用户不必修改程序程序n改善了系统的可适应性和可扩展性改善了系统的可适应性和可扩展性 IO软件的基本思想是按分层的思想构成，软件的基本思想是按分层的思想构成，较低层软件要使较高层软件独立于硬件较低层软件要使较高层软件独立于硬件的特性，较高层软件则要向用户提供一的特性，较高层软件则要向用户提供一个友好的、清晰的、简单的、功能更强个友好的、清晰的、简单的、功能更强的接口的接口二、二、I/OI/O软件的组成软件的组成 在设计在设计I IO O软件时的一个关键概念是设备软件时的一个关键概念是设备独立性。用户在编写使用软盘或硬盘上独立性。用户在编写使用软盘或硬盘上文件的程序时，无需为不同的设备类型文件的程序时，无需为不同的设备类型而修改程序就可以使用而修改程序就可以使用 与设备独立性密切相关的是统一命名这与设备独立性密切相关的是统一命名这一目标。一个文件或一个设备的名字只一目标。一个文件或一个设备的名字只应是一个简单的字符串或一个整数，不应是一个简单的字符串或一个整数，不应依赖于设备应依赖于设备1.I1.IO O软件的目标软件的目标 出错处理是出错处理是I IO O软件的另一个目标。一般来软件的另一个目标。一般来说，数据传输中的错误应尽可能地在接近硬说，数据传输中的错误应尽可能地在接近硬件层上处理件层上处理 最后一个问题是可共享设备和独占设备的处最后一个问题是可共享设备和独占设备的处理问题理问题2.2.中断处理程序中断处理程序 每个进程在启动一个每个进程在启动一个I IO O操作后阻塞操作后阻塞 直到直到I IO O操作完成并产生一个中断操作完成并产生一个中断 由操作系统接管由操作系统接管CPUCPU后唤醒该进程为止后唤醒该进程为止3.3.设备驱动程序设备驱动程序 与设备密切相关的代码放在设备驱动程序中，与设备密切相关的代码放在设备驱动程序中，每个设备驱动程序处理一种设备类型每个设备驱动程序处理一种设备类型 每一个控制器都设有一个或多个设备寄存器，每一个控制器都设有一个或多个设备寄存器，用来存放向设备发送的命令和参数。设备驱用来存放向设备发送的命令和参数。设备驱动程序负责释放这些命令，并监督它们正确动程序负责释放这些命令，并监督它们正确执行执行 一般，设备驱动程序的任务是接收来自与设一般，设备驱动程序的任务是接收来自与设备无关的上层软件的抽象请求，并执行这个备无关的上层软件的抽象请求，并执行这个请求请求 在设备驱动程序的进程释放一条或多条命令在设备驱动程序的进程释放一条或多条命令后，系统有两种处理方式，多数情况下，执后，系统有两种处理方式，多数情况下，执行设备驱动程序的进程必须等待命令完成，行设备驱动程序的进程必须等待命令完成，这样，在命令开始执行后，它阻塞自已，直这样，在命令开始执行后，它阻塞自已，直到中断处理时将它解除阻塞为止。而在其它到中断处理时将它解除阻塞为止。而在其它情况下，命令执行不必延迟就很快完成情况下，命令执行不必延迟就很快完成 4.4.设备独立的软件设备独立的软件 虽然虽然I IO O软件中一部分是设备专用的，但大软件中一部分是设备专用的，但大部分软件是与设备无关的。设备驱动程序与部分软件是与设备无关的。设备驱动程序与设备独立软件之间的确切界限是依赖于具体设备独立软件之间的确切界限是依赖于具体系统的系统的 1.1.独立于设备的软件的基本任务是实现所有独立于设备的软件的基本任务是实现所有设备都需要的功能，并且向用户级软件提供设备都需要的功能，并且向用户级软件提供一个统一的接口一个统一的接口 2.2.如何给文件和设备这样的对象命名是操作如何给文件和设备这样的对象命名是操作系统中的一个主要课题。独立于设备的软件系统中的一个主要课题。独立于设备的软件负责把设备的符号名映射到正确的设备驱动负责把设备的符号名映射到正确的设备驱动上上 3.3.设备保护设备保护 系统如何防止无权存取设备的用户存取设备系统如何防止无权存取设备的用户存取设备呢？呢？4.4.不同的磁盘可以采用不同的扇区尺寸。向不同的磁盘可以采用不同的扇区尺寸。向较高层软件掩盖这一事实并提供大小统一的较高层软件掩盖这一事实并提供大小统一的块尺寸，这正是设备独立软件的一个任务。块尺寸，这正是设备独立软件的一个任务。它可将若干扇区合成一个逻辑块。这样，较它可将若干扇区合成一个逻辑块。这样，较高层的软件只与抽象设备打交道，独立于物高层的软件只与抽象设备打交道，独立于物理扇区的尺寸而使用等长的逻辑块理扇区的尺寸而使用等长的逻辑块 5.5.缓冲技术缓冲技术 6.6.设备分配设备分配 7.7.出错处理出错处理 5.5.用户空间的用户空间的I IO O软件软件 尽管大部分尽管大部分I IO O软件都包含在操作系统中，软件都包含在操作系统中，但仍有一小部分是由与用户程序连接在一起但仍有一小部分是由与用户程序连接在一起的库过程，甚至完全由运行于核外的程序构的库过程，甚至完全由运行于核外的程序构成。系统调用，包括成。系统调用，包括I IO O系统调用，通常由系统调用，通常由库过程实现库过程实现 这些过程所做的工作只是将系统调用时所用这些过程所做的工作只是将系统调用时所用的参数放在合适的位置，由其它的的参数放在合适的位置，由其它的I IO O过程过程实际实现真正的操作实际实现真正的操作（1 1）用户进程层执行输入输出系统调用，对）用户进程层执行输入输出系统调用，对I IO O数据进行格式化，为假脱机输入输出数据进行格式化，为假脱机输入输出作准备作准备（2 2）独立于设备的软件实现设备的命名、设）独立于设备的软件实现设备的命名、设备的保护、成块处理、缓冲技术和设备分配备的保护、成块处理、缓冲技术和设备分配（3 3）设备驱动程序设置设备寄存器、检查设）设备驱动程序设置设备寄存器、检查设备的执行状态备的执行状态（4 4）中断处理程序负责）中断处理程序负责I IO O完成时，唤醒设完成时，唤醒设备驱动程序进程，进行中断处理备驱动程序进程，进行中断处理（5 5）硬件层实现物理）硬件层实现物理I IO O的操作的操作1.1.设备组成设备组成 I IO O设备一般由机械和电子两部分组成设备一般由机械和电子两部分组成 把这两部分分开处理，以提供更加模块化，把这两部分分开处理，以提供更加模块化，更加通用的设计更加通用的设计三、三、I/OI/O硬件特点硬件特点 （1 1）物理设备）物理设备 机械部分是设备本身（物理装置）机械部分是设备本身（物理装置）（2 2）设备控制器）设备控制器 电子部分叫做设备控制器或适配器。电子部分叫做设备控制器或适配器。在小型和微型机中，它常采用印刷电路卡在小型和微型机中，它常采用印刷电路卡插入计算机中（接口）插入计算机中（接口）完成设备与主机间的连接和通讯完成设备与主机间的连接和通讯 控制器卡上通常有一个插座，通过电缆与设控制器卡上通常有一个插座，通过电缆与设备相连备相连 控制器和设备之间的接口是一个标准接口，控制器和设备之间的接口是一个标准接口，它符合它符合ANSIANSI、IEEEIEEE或或ISOISO这样的国际标准这样的国际标准CPU外部设备控控制制逻逻辑辑电电路路控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器 一次一次I/O I/O 传送过程：传送过程：准备准备传送传送后处理后处理例：一个打印机有两个例：一个打印机有两个I/OI/O设备寄存器设备寄存器 状态寄存器状态寄存器 数据寄存器数据寄存器设备完成技术设备完成技术四、设备有关技术四、设备有关技术1.Spooling1.Spooling（虚拟设备）技术（虚拟设备）技术 一个虚拟设备一个虚拟设备 一个资源转换技术一个资源转换技术（用空间，如输入，输出等换取（用空间，如输入，输出等换取CPUCPU时间）时间）解决问题：解决问题：在进程所需物理设备不存在或被占用时使用在进程所需物理设备不存在或被占用时使用该设备该设备(1)预输入程序预输入程序n预预输输入入程程序序的的任任务务是是预预先先把把作作业业的的全全部部信信息息输输入入到到磁磁盘盘的的输输入入井井中中存存放放，以以便便在在需需要要作作业业信信息息以以及及作作业业运运行行过过程程中中需需要要数数据据时时，都都可可以以从从输输入入井井中中直直接接得得到到，而而无无须须与与输输入入机机交交往往，避避免了等待使用输入机的情况发生。免了等待使用输入机的情况发生。(2)缓输出程序缓输出程序 缓缓输输出出程程序序总总是是定定期期查查看看“输输出出井井”中中是是否否有有等等待待输输出出的的作作业业信信息息。如如果果有有，就就启启动动输输出出设设备备（比比如如打打印印机机）进进行行输输出出。因因此此，由由于于作作业业的的输输出出信信息息都都暂暂时时存存放放在在输输出出井井中中，输输出出设设备备有有空空就就去去输输出，不会出现作业因为等待输出而阻塞。出，不会出现作业因为等待输出而阻塞。(3)井管理程序井管理程序 井井管管理理程程序序分分为为“井井管管理理读读程程序序”和和“井井管管理理写写程程序序”。当当请请求求输输入入设设备备工工作作时时，操操作作系系统统就就调调用用井井管管理理读读程程序序，它它把把让让输输入入设设备备工工作作的的任任务务，转转换换成成从从输输入入井井中中读读取取所所需需要要的的信信息息；当当作作业业请请求求打打印印输输出出时时，操操作作系系统统就就调调用用井井管管理理写写程程序序，它它把把让让输输出出设设备备工工作的任务，转换成为往输出井里输出。作的任务，转换成为往输出井里输出。假若进程打开打印机特殊文件后几小时内无所事事，假若进程打开打印机特殊文件后几小时内无所事事，其他进程什么都打印不了！其他进程什么都打印不了！解决方案：解决方案：n创建值班（精灵）进程（创建值班（精灵）进程（daemondaemon）、）、SPOOLingSPOOLing目录目录n进程首先生成要打印的文件，放入进程首先生成要打印的文件，放入SPOOLingSPOOLing目录目录n值班进程：唯一获准使用打印机特殊文件的进程值班进程：唯一获准使用打印机特殊文件的进程 用以打印用以打印SPOOLingSPOOLing目录里的文件目录里的文件n通过禁止对特殊文件的直接使用、提高了使用效率通过禁止对特殊文件的直接使用、提高了使用效率打印机的打印机的SPOOLingSPOOLing值班进程值班进程（1）定义：通道是独立于定义：通道是独立于CPUCPU的专门的专门负责数据输入负责数据输入/输出传输工作的处理输出传输工作的处理机，对外部设备实现统一管理，代机，对外部设备实现统一管理，代替替CPUCPU对输入对输入/输出操作进行控制，输出操作进行控制，从而使输入，输出操作可与从而使输入，输出操作可与CPUCPU并行并行操作。操作。可以执行通道程序可以执行通道程序2.通道技术通道技术（2）引入通道的目的）引入通道的目的 为了使为了使CPU从从I/O事务中解脱出来，同时事务中解脱出来，同时为了提高为了提高CPU与设备，设备与设备之间与设备，设备与设备之间的并行工作能力的并行工作能力（4）硬件连接结构）硬件连接结构 通道：通道：执行通道程序，向控制器发出命令，并执行通道程序，向控制器发出命令，并具有向具有向CPUCPU发中断信号的功能。发中断信号的功能。一旦一旦CPUCPU发出指发出指令，启动通道，则通道独立于令，启动通道，则通道独立于CPUCPU工作。一个工作。一个通道可连接多个控制器，一个控制器可连接多通道可连接多个控制器，一个控制器可连接多个设备，形成树形交叉连接个设备，形成树形交叉连接 主要目的是启动外设时：主要目的是启动外设时：提高了控制器效率提高了控制器效率提高可靠性提高可靠性提高并行度提高并行度交叉连接交叉连接（5）通道工作原理通道工作原理 通道相当于一个功能简单的处理机，包含通道相当于一个功能简单的处理机，包含通道指令（空操作，读操作，写操作，通道指令（空操作，读操作，写操作，控制，转移操作），并可执行用这些指控制，转移操作），并可执行用这些指令编写的通道程序令编写的通道程序3.DMA技术技术 数据在内存与数据在内存与I/OI/O设备间的直接成块传送设备间的直接成块传送 CPUCPU在开始时向设备发在开始时向设备发“传送一块传送一块”命令，命令，结束时进行相应处理，实际操作由结束时进行相应处理，实际操作由DMADMA硬件直硬件直接完成接完成 DMADMA能够通过系统总线代替能够通过系统总线代替CPUCPU管理数据的存管理数据的存入或取出入或取出n 当当CPUCPU不需要系统总线时可以使用总线不需要系统总线时可以使用总线n DMADMA可以强迫可以强迫CPUCPU暂时延迟其他操作，获取暂时延迟其他操作，获取一个总线周期（周期窃取）一个总线周期（周期窃取）DMA方式与中断的主要区别方式与中断的主要区别n中断方式是在数据缓冲寄存区满后，发中断中断方式是在数据缓冲寄存区满后，发中断请求，请求，CPU进行中断处理进行中断处理 DMA方式则是在所要求传送的数据块全部方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求传送结束时要求CPU进行中断处理进行中断处理 大大减少了大大减少了CPU进行中断处理的次数进行中断处理的次数n中断方式的数据传送是由中断方式的数据传送是由CPU控制完成的控制完成的 而而DMA方式则是在方式则是在DMA控制器的控制下不控制器的控制下不经过经过CPU控制完成的控制完成的 不用不用DMADMA时，磁盘如何读：时，磁盘如何读：首先，控制器从磁盘驱动器串行地一位一位地首先，控制器从磁盘驱动器串行地一位一位地读一个块，直到将整块信息放入控制器的内部读一个块，直到将整块信息放入控制器的内部缓冲区中缓冲区中 其次，它做和校验计算，以核实没有读错误发其次，它做和校验计算，以核实没有读错误发生生 然后控制器产生一个中断。然后控制器产生一个中断。CPUCPU响应中断，控制响应中断，控制转给操作系统。当操作系统开始运行时，它重转给操作系统。当操作系统开始运行时，它重复地从控制器缓冲区中一次一个字节或一个字复地从控制器缓冲区中一次一个字节或一个字地读这个磁盘块的信息，并将其送入内存中地读这个磁盘块的信息，并将其送入内存中 采用采用DMADMA方式时，允许方式时，允许DMADMA控制器接管地址控制器接管地址线的控制权，直接控制线的控制权，直接控制DMADMA控制器与内存控制器与内存的数据交换。从而使磁盘设备与储器之间的数据交换。从而使磁盘设备与储器之间的数据传送不需要的数据传送不需要CPUCPU介入，因而减轻了介入，因而减轻了CPUCPU负担负担 当采用当采用DMADMA时，除向控制器提供要读块的时，除向控制器提供要读块的磁盘地址外，还要向控制器提供两个信息：磁盘地址外，还要向控制器提供两个信息：要读块送往内存的起始地址和要传送的字要读块送往内存的起始地址和要传送的字节数节数 当当DMADMA硬件控制磁盘与存储器之间进行信息交换硬件控制磁盘与存储器之间进行信息交换时，每当磁盘把一个数据读入控制器的数据缓时，每当磁盘把一个数据读入控制器的数据缓冲区时，冲区时，DMADMA控制器取代控制器取代CPUCPU，接管地址总线的，接管地址总线的控制权，并按照控制权，并按照DMADMA控制器中的存储器地址寄存控制器中的存储器地址寄存器内容把数据送入相应的内存单元中。然后，器内容把数据送入相应的内存单元中。然后，DMADMA硬件自动地把传送字节计数器减硬件自动地把传送字节计数器减1 1，把存储，把存储器地址寄存器加器地址寄存器加1 1，并恢复，并恢复CPUCPU对内存的控制权，对内存的控制权，DMADMA控制器对每一个传送的数据重复上述过程，控制器对每一个传送的数据重复上述过程，直到传送字节计数器为直到传送字节计数器为“0 0”时，向时，向CPUCPU产生一产生一个中断信号。当操作系统接管个中断信号。当操作系统接管CPUCPU控制权时，再控制权时，再无需做块复制的工作了无需做块复制的工作了控制器按照指定存储器地址，把第一个字节送入主存控制器按照指定存储器地址，把第一个字节送入主存然后，按指定字节数进行数据传送然后，按指定字节数进行数据传送每当传送一个字节后，字节计数器值减每当传送一个字节后，字节计数器值减1 1，直到字节计数器等于，直到字节计数器等于0 0此时，控制器引发中断，通知操作系统，操作完成此时，控制器引发中断，通知操作系统，操作完成CPUCPU提供提供被读取块磁盘地址被读取块磁盘地址目标存储地址目标存储地址待读取字节数待读取字节数整块数据读进缓冲区整块数据读进缓冲区核准校验核准校验DMADMA工作示例工作示例（以硬盘为例）（以硬盘为例）（1 1）缓冲技术的引入）缓冲技术的引入 凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技术。可采用缓冲技术。在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的I/OI/O操作，以缓解操作，以缓解CPUCPU与外部设备之间速与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源利用率度不匹配的矛盾，提高资源利用率n减少了减少了I/OI/O设备对处理器的中断请求次数设备对处理器的中断请求次数n简化了中断机制简化了中断机制n节省了系统开销节省了系统开销4.缓冲技术缓冲技术（2）缓冲区设置）缓冲区设置 硬缓冲：硬缓冲：在设备中设置缓冲区，由硬件实现在设备中设置缓冲区，由硬件实现 软缓冲：软缓冲：在内存中开辟一个空间，用作缓冲区在内存中开辟一个空间，用作缓冲区（3）缓冲区管理）缓冲区管理 单缓冲单缓冲 双缓冲双缓冲 缓冲池：缓冲池：多个缓冲区连接起来统一管理，常采用多多个缓冲区连接起来统一管理，常采用多缓冲管理缓冲管理（4）例子）例子 终端输入软件中的键盘驱动程序终端输入软件中的键盘驱动程序 任务之一：收集字符任务之一：收集字符 两种常见的字符缓冲方法：两种常见的字符缓冲方法：n公共缓冲池（驱动程序中）公共缓冲池（驱动程序中）n终端数据结构缓冲终端数据结构缓冲1.设备分配与回收设备分配与回收 当某进程向系统提出当某进程向系统提出I/OI/O请求时，设备分请求时，设备分配程序按一定策略分配设备、控制器和通配程序按一定策略分配设备、控制器和通道，形成一条数据传输通路，以供主机和道，形成一条数据传输通路，以供主机和设备间信息交换设备间信息交换五、设备处理五、设备处理n设备独立性，即不能因为设备的忙碌、故障或设备独立性，即不能因为设备的忙碌、故障或更换而影响程序的运行更换而影响程序的运行,向用户屏蔽物理设备向用户屏蔽物理设备,呈现给用户的一个操作简单的逻辑设备呈现给用户的一个操作简单的逻辑设备n抽象的抽象的I/OI/O 操作，即设计一类通用的操作，即设计一类通用的I/OI/O指令，指令，它们的含义对不同类型的设备作不同解释。而它们的含义对不同类型的设备作不同解释。而且，在操作系统中，提供了若干且，在操作系统中，提供了若干I/OI/O系统调用。系统调用。由系统将抽象的由系统将抽象的I/OI/O 操作映射到专门的设备驱操作映射到专门的设备驱动程序动程序（1）数据结构：）数据结构：设备控制块设备控制块DCB（设备控制表（设备控制表DCT）控制器控制块控制器控制块COCB （控制器控制表（控制器控制表COCT）通道控制块通道控制块CHCB （通道控制表（通道控制表CHCT）系统设备表系统设备表SDTn系统设备表系统设备表SDT 整个系统一张表，记录系统中所有整个系统一张表，记录系统中所有I/O设设备的信息，表目包括：备的信息，表目包括：设备类型、设备标识符、进程标识符、设备类型、设备标识符、进程标识符、DCT表指针等表指针等n设备控制表设备控制表DCT 主要内容：设备类型、设备标识符、设备主要内容：设备类型、设备标识符、设备状态、与此设备相连的状态、与此设备相连的COCT、重复执、重复执行的次数或时间、等待队列的队首和队行的次数或时间、等待队列的队首和队尾指针、尾指针、I/O程序地址程序地址 COCT、CHCT与与DCT类似类似 根据用户请求的根据用户请求的I/O设备的逻辑名，查找设备的逻辑名，查找逻辑设备和物理设备的映射表；以物理逻辑设备和物理设备的映射表；以物理设备为索引，查找设备为索引，查找SDT，找到该设备所，找到该设备所连接的连接的DCT；继续查找与该设备连接的；继续查找与该设备连接的COCT和和CHCT，就找到了一条通路，就找到了一条通路 由于在多道程序系统中，进程数多于资源由于在多道程序系统中，进程数多于资源数，引起资源的竞争。因此，要有一套合数，引起资源的竞争。因此，要有一套合理的分配原则理的分配原则考虑的因素：考虑的因素：I/OI/O设备的固有属性设备的固有属性I/OI/O设备的分配算法设备的分配算法设备分配的安全性设备分配的安全性与设备的无关性与设备的无关性2.2.设备分配策略设备分配策略n独占设备的分配独占设备的分配 要考虑充分发挥效率，避免由于不合理要考虑充分发挥效率，避免由于不合理的分配策略造成死锁的分配策略造成死锁静态分配：在进程运行前静态分配：在进程运行前,完成设备分配；完成设备分配；运行结束时，收回设备运行结束时，收回设备 缺点：设备利用率低缺点：设备利用率低动态分配：动态分配：在进程运行过程中，当用户提出设备要求在进程运行过程中，当用户提出设备要求时，进行分配，一旦停止使用立即收回时，进行分配，一旦停止使用立即收回 优点：效率好优点：效率好 缺点：分配策略不好时缺点：分配策略不好时,产生死锁产生死锁n共享设备分配共享设备分配 由于同时有多个进程同时访问，且访问由于同时有多个进程同时访问，且访问频繁，就会影响整个设备使用效率，影频繁，就会影响整个设备使用效率，影响系统效率。因此要考虑多个访问请求响系统效率。因此要考虑多个访问请求到达时服务的顺序，使平均服务时间越到达时服务的顺序，使平均服务时间越短越好短越好 为了控制为了控制I/OI/O传输，系统为每类设备编制传输，系统为每类设备编制设备驱动程序设备驱动程序 任务：主要负责接收和分析从设备分配转任务：主要负责接收和分析从设备分配转来的信息，并根据设备分配的结果，结合来的信息，并根据设备分配的结果，结合具体物理设备特性完成以下具体工作具体物理设备特性完成以下具体工作2.设备驱动程序设备驱动程序(1)预置设备的初始状态预置设备的初始状态(2)根据请求传输的数据量，组织根据请求传输的数据量，组织I/O缓冲队缓冲队列，利用列，利用I/O缓冲对数据进行加工，包括缓冲对数据进行加工，包括数据格式处理和编码转换数据格式处理和编码转换(3)构造构造I/O程序（在有通道系统中，是通道程序（在有通道系统中，是通道程序）程序）(4)启动设备进行启动设备进行I/O操作操作