软件技术基础19--os设备管理

软件技术根底软件技术根底设备管理设备管理制作主讲段景山2操作系统内容概要操作系统内容概要l l操作系统概述和根本原理操作系统概述和根本原理l l操作系统的几大根本的管理功能操作系统的几大根本的管理功能l l处理机管理处理机管理l l存储器管理存储器管理l l设备管理设备管理l l文件管理文件管理l l作业管理作业管理设备管理的根本概念设备的分配第二篇第二篇 操作系统操作系统设备的驱动设备数据传送方式缓冲技术假脱机技术I/O系统系统l l7.1 I/O系统系统vv7.1.1 I/O7.1.1 I/O系统的结构系统的结构系统的结构系统的结构vv7.1.2 I/O7.1.2 I/O设备分类设备分类设备分类设备分类vv7.1.3 7.1.3 设备管理的功能设备管理的功能设备管理的功能设备管理的功能vv设备控制器设备控制器设备控制器设备控制器vv7.1.5 I/O7.1.5 I/O通道通道通道通道l l1微机微机I/O系统的结构系统的结构l l共享总线，设备与共享总线，设备与CPU之间要通过设备控制之间要通过设备控制器器基于总线结构的基于总线结构的I/O系统系统CPU存储器高速高速I/OI/O设备设备总线总线低速低速I/OI/O设备设备设备控制器设备控制器设备控制器设备控制器基于主存和通道的基于主存和通道的I/O系统系统CPU主存通道通道通道通道某某I/OI/O设备设备磁磁盘盘磁带通信通信设备设备主存可同时进行可同时进行控制控制l l2主机主机I/O系统结构系统结构l l通道与通道与CPU共享主存共享主存l l通道代替通道代替CPU完成与设备控制器的通信完成与设备控制器的通信I/O设备分类设备分类l l7.1.2 I/O7.1.2 I/O设备分类设备分类设备分类设备分类按传输速度按传输速度按传输速度按传输速度按信息交换单位按信息交换单位按信息交换单位按信息交换单位按分配方式按分配方式按分配方式按分配方式按工作特性按工作特性按工作特性按工作特性I/OI/O设备设备设备设备存储设备存储设备存储设备存储设备低速低速低速低速：键盘、鼠标键盘、鼠标键盘、鼠标键盘、鼠标中速中速中速中速：打印机打印机打印机打印机高速高速高速高速：磁盘磁盘磁盘磁盘块设备块设备块设备块设备：信息传输以块为单位信息传输以块为单位信息传输以块为单位信息传输以块为单位字符设备字符设备字符设备字符设备：信息传输以字节为单位信息传输以字节为单位信息传输以字节为单位信息传输以字节为单位独占设备独占设备独占设备独占设备：打印机打印机打印机打印机共享设备共享设备共享设备共享设备：磁盘磁盘磁盘磁盘虚拟设备虚拟设备：将独占设备虚拟为多台虚拟设备将独占设备虚拟为多台虚拟设备到达共享设备的目的到达共享设备的目的到达共享设备的目的到达共享设备的目的设备管理的功能设备管理的功能l l7.1.3 7.1.3 设备管理的功能设备管理的功能设备管理的功能设备管理的功能l l为用户提供简单一致的方式访问各种为用户提供简单一致的方式访问各种为用户提供简单一致的方式访问各种为用户提供简单一致的方式访问各种I/OI/O设备的能设备的能设备的能设备的能力力力力l l1 1进行设备分配进行设备分配进行设备分配进行设备分配 设备分配程序设备分配程序设备分配程序设备分配程序l l按设备类型和系统分配策略进行设备分配与回收按设备类型和系统分配策略进行设备分配与回收按设备类型和系统分配策略进行设备分配与回收按设备类型和系统分配策略进行设备分配与回收l l2 2、实现真正、实现真正、实现真正、实现真正I/OI/O操作操作操作操作 设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序l l向用户提供统一的接口向用户提供统一的接口向用户提供统一的接口向用户提供统一的接口屏蔽屏蔽屏蔽屏蔽I/OI/O操作的细节操作的细节操作的细节操作的细节l l实现设备驱动实现设备驱动实现设备驱动实现设备驱动真正的真正的真正的真正的I/OI/O操作操作操作操作l l实现虚拟设备管理实现虚拟设备管理实现虚拟设备管理实现虚拟设备管理l l3 3、实现其它功能、实现其它功能、实现其它功能、实现其它功能 缓冲区管理缓冲区管理缓冲区管理缓冲区管理l l用缓冲区提供用缓冲区提供用缓冲区提供用缓冲区提供CPUCPU与与与与I/OI/O设备的速度匹配设备的速度匹配设备的速度匹配设备的速度匹配设备管理控制器设备管理控制器l l设备控制器设备控制器l l1什么是设备控制器什么是设备控制器l l位于位于CPU与设备之间，接收与设备之间，接收CPU下达的输下达的输入、输出命令并控制具体设备实现操作。入、输出命令并控制具体设备实现操作。l l接口：位于接口：位于CPU与设备之间与设备之间l l解脱：将解脱：将CPU从从I/O控制中解脱控制中解脱l l可编址：一个控制器可控制一个或多个设可编址：一个控制器可控制一个或多个设备备l l接口卡：存在形式，如声卡、显卡等接口卡：存在形式，如声卡、显卡等l l字符与块控制：字符与块控制：I/O控制，数据传递方式控制，数据传递方式设备控制器的功能设备控制器的功能l l2设备控制器功能设备控制器功能l l接收和识别命令接收和识别命令l l地址识别地址识别l l命令接收命令接收l l命令识别命令识别l l数据交换数据交换l l数据暂存、缓冲数据暂存、缓冲l l数传速率匹配数传速率匹配l l监测设备状态监测设备状态CPUCPU下达控制命令下达控制命令地址识别地址识别out 10Hout 10H，1 110H10H11H11H命令接收命令接收命令识别命令识别弹出弹出光盘光盘光盘光盘就绪就绪产生中断信号产生中断信号通知通知CPUCPU11设备控制器的接口设备控制器的接口l l3设备控制器的接口设备控制器的接口l l数据接口数据接口l l传递数据传递数据l l控制接口控制接口l l传递控制命令或控制信号传递控制命令或控制信号l l状态接口状态接口l l传递设备状态信号传递设备状态信号设备控制器的组成设备控制器的组成l l4 4设备控制器组成设备控制器组成设备控制器组成设备控制器组成l l控制器与控制器与控制器与控制器与CPUCPU的接口单元的接口单元的接口单元的接口单元l l控制器与设备接口单元控制器与设备接口单元控制器与设备接口单元控制器与设备接口单元l lI/OI/O逻辑单元逻辑单元逻辑单元逻辑单元l l实现控制功能：命令识别，状态处理实现控制功能：命令识别，状态处理实现控制功能：命令识别，状态处理实现控制功能：命令识别，状态处理数据线数据线数据存放器数据存放器地址线地址线I/OI/O逻辑逻辑控制线控制线控制器与控制器与设备接口设备接口控制器与控制器与设备接口设备接口数据信号数据信号控制信号控制信号状态信号状态信号数据信号数据信号控制信号控制信号状态信号状态信号通道通道l l7.1.5 I/O通道通道vv引入引入引入引入将将将将CPUCPU进一步从低速复杂的进一步从低速复杂的进一步从低速复杂的进一步从低速复杂的I/OI/O操作中解脱出来操作中解脱出来操作中解脱出来操作中解脱出来vv通道：通道：通道：通道：是一种特殊的处理机，具有执行是一种特殊的处理机，具有执行是一种特殊的处理机，具有执行是一种特殊的处理机，具有执行I/OI/O指令的能力。指令的能力。指令的能力。指令的能力。通道通过执行通道程序来控制通道通过执行通道程序来控制通道通过执行通道程序来控制通道通过执行通道程序来控制I/OI/O操作操作操作操作主机具有一个或多个通道，通道和主机具有一个或多个通道，通道和主机具有一个或多个通道，通道和主机具有一个或多个通道，通道和CPUCPU都共享一都共享一都共享一都共享一个主存个主存个主存个主存一个通道可管理一个或多个设备控制器，进而管一个通道可管理一个或多个设备控制器，进而管一个通道可管理一个或多个设备控制器，进而管一个通道可管理一个或多个设备控制器，进而管理一个或多个设备理一个或多个设备理一个或多个设备理一个或多个设备通道通道一个通道可管理一个或多个设备控制器，进而管一个通道可管理一个或多个设备控制器，进而管一个通道可管理一个或多个设备控制器，进而管一个通道可管理一个或多个设备控制器，进而管理一个或多个设备理一个或多个设备理一个或多个设备理一个或多个设备通道通道设备控制器设备控制器设备控制器设备控制器设备设备设备设备设备设备通道通道设备控制器设备控制器设备设备设备设备主存主存CPUCPUOPOPP PR R数量数量地址地址03131OP:OP:操作码，读、写、控制操作码，读、写、控制P:P:通道程序结束标志通道程序结束标志R:R:纪录结束标志纪录结束标志C C0 00 00 04 4R R0 01 110001000200200WW0 01 1404012001200w w1 11 130030012401240R RWWC C例：例：磁带反卷磁带反卷从通道中读入从通道中读入10001000个字节到个字节到内存内存200200起始处起始处向通道写出向通道写出4040字节，数据块字节，数据块起始于内存起始于内存12001200向通道写出向通道写出300300字节，数据块字节，数据块起始于内存起始于内存12401240通道程序指令结构通道程序指令结构l l通道程序通道程序通道程序通道程序通道工作原理通道工作原理l l通道工作根本原理通道工作根本原理l lCPU只需向通道发出一条指令，通道便从内只需向通道发出一条指令，通道便从内存中取出本次执行的通道程序，并执行。存中取出本次执行的通道程序，并执行。l l通道程序可以包含屡次输入、输出，是一个通道程序可以包含屡次输入、输出，是一个相对完整的过程相对完整的过程l l通道把通道把CPU从繁杂的从繁杂的I/O任务中解脱出来任务中解脱出来l l通道之间可以并行执行，系统通道之间可以并行执行，系统I/O效率得到效率得到提高提高通道的类型通道的类型l l通道类型通道类型l l字节多路通道字节多路通道l l以字节为单位传送数据以字节为单位传送数据l l以以“分时方式效劳于多个分时方式效劳于多个I/O设备设备多多路路l l数据传送速率低数据传送速率低l l数组选择通道数组选择通道l l以数组为单位传送数据以数组为单位传送数据l l设备独占通道设备独占通道l l数据传送速率高，通道利用率低数据传送速率高，通道利用率低通道的类型通道的类型l l通道的类型通道的类型l l数组多路通道数组多路通道l l以数组为单位以数组为单位l l分时效劳于多个设备分时效劳于多个设备l l数据传送速率高，通道利用率高数据传送速率高，通道利用率高19单通路与多通路系统单通路与多通路系统l l单通路与多通路系统单通路与多通路系统单通路与多通路系统单通路与多通路系统vv单通路：树型结构，从通道到设备只有一条通路单通路：树型结构，从通道到设备只有一条通路单通路：树型结构，从通道到设备只有一条通路单通路：树型结构，从通道到设备只有一条通路vv单通路：从设备到通道有多条通路单通路：从设备到通道有多条通路单通路：从设备到通道有多条通路单通路：从设备到通道有多条通路通道通道设备控制器设备控制器设备控制器设备控制器设备设备设备设备设备设备通道通道通道通道设备控制器设备控制器设备控制器设备控制器设备设备设备设备通道通道设备设备I/O控制方式控制方式l l7.2 I/O控制方式控制方式vv程序控制程序控制程序控制程序控制I/OI/O方式方式方式方式vv中断控制中断控制中断控制中断控制I/OI/O方式方式方式方式vvDMADMA方式方式方式方式vv通道控制方式通道控制方式通道控制方式通道控制方式类类比比假设你捐助一名失学儿童，你假设你捐助一名失学儿童，你会怎样与她会怎样与她/他沟通？他沟通？程序控制程序控制I/O方式方式l l7.2.1 程序控制程序控制I/O方式轮询方式轮询l l由程序循环测试控制器的状态由程序循环测试控制器的状态启动数据启动数据接收接收有数据有数据接收？接收？否否是是启动数据启动数据发送发送数据发送数据发送完毕？完毕？否否是是忙等忙等中断控制方式与中断控制方式与DMA方式方式CPU总线总线I/OI/O设备设备内存内存中断中断CPUI/OI/O设备设备内存内存DMADMA通知已通知已传输完毕传输完毕中断控制中断控制I/O方式方式l l7.2.2 中断控制方式中断控制方式vv设备的控制通过中断机制实现，如有数据到达时，设备的控制通过中断机制实现，如有数据到达时，设备的控制通过中断机制实现，如有数据到达时，设备的控制通过中断机制实现，如有数据到达时，设备通过中断信号通知设备通过中断信号通知设备通过中断信号通知设备通过中断信号通知CPUCPU，CPUCPU调用相应的调用相应的调用相应的调用相应的中断处理程序接收数据中断处理程序接收数据中断处理程序接收数据中断处理程序接收数据vv结合中断机制和进程状态转换，可实现让权等待结合中断机制和进程状态转换，可实现让权等待结合中断机制和进程状态转换，可实现让权等待结合中断机制和进程状态转换，可实现让权等待CPU总线总线I/OI/O设备设备内存内存中断中断中断实现输入的流程中断实现输入的流程l l进程利用中断实现输入的流程进程利用中断实现输入的流程初始化初始化阻塞等待输入阻塞等待输入控制设备控制设备完成输入完成输入中断处理程序中，根据中断类型中断处理程序中，根据中断类型唤醒相应等待进程唤醒相应等待进程设备产生输入中断设备产生输入中断需要输入数据的进程需要输入数据的进程中断实现输出的流程中断实现输出的流程l l进程利用中断实现输出的流程进程利用中断实现输出的流程向设备输出数据向设备输出数据阻塞等待输出完成阻塞等待输出完成设备产生输出中断设备产生输出中断中断处理程序中，根据中断类中断处理程序中，根据中断类型唤醒相应等待进程型唤醒相应等待进程需要输出数据的进程需要输出数据的进程中断机制实现了中断机制实现了CPUCPU与设备的并行控制与设备的并行控制让权等待让权等待CPUCPU输入：输入：其他进程其他进程中断处理中断处理设备设备等待数据等待数据继续继续处理输入数据处理输入数据被唤醒的等待进程被唤醒的等待进程数据到数据到设备设备产生中断产生中断暂不接收暂不接收数据数据去除中断去除中断等待数据等待数据唤醒等待接收的进程唤醒等待接收的进程CPUCPU进程测试设备进程测试设备设备设备等待数据等待数据继续测试设备继续测试设备处理输入数据处理输入数据数据到数据到设备设备暂不接收暂不接收数据数据等待数据等待数据忙等忙等轮轮询询方方式式中中断断方方式式中断控制方式的特点中断控制方式的特点l l中断控制方式的特点中断控制方式的特点中断控制方式的特点中断控制方式的特点vv结合中断控制方式和进程的状态转换，可以实结合中断控制方式和进程的状态转换，可以实结合中断控制方式和进程的状态转换，可以实结合中断控制方式和进程的状态转换，可以实现让权等待，使现让权等待，使现让权等待，使现让权等待，使CPUCPU和设备都得到充分利用和设备都得到充分利用和设备都得到充分利用和设备都得到充分利用vv中断控制方式一般以字节为单位产生中断，传中断控制方式一般以字节为单位产生中断，传中断控制方式一般以字节为单位产生中断，传中断控制方式一般以字节为单位产生中断，传输速率较低输速率较低输速率较低输速率较低vv系统处理一个字节要经过中断响应、中断程序系统处理一个字节要经过中断响应、中断程序系统处理一个字节要经过中断响应、中断程序系统处理一个字节要经过中断响应、中断程序处理、控制设备的进程被唤醒、进程被调度，处理、控制设备的进程被唤醒、进程被调度，处理、控制设备的进程被唤醒、进程被调度，处理、控制设备的进程被唤醒、进程被调度，进程从设备读入或向设备输出一个字节。开销进程从设备读入或向设备输出一个字节。开销进程从设备读入或向设备输出一个字节。开销进程从设备读入或向设备输出一个字节。开销较大，传输效率较低较大，传输效率较低较大，传输效率较低较大，传输效率较低DMA控制控制I/O方式方式l l7.2.3 DMA方式方式l lDMA方式为成块传递，减少方式为成块传递，减少CPU在数据传在数据传递过程中的干预递过程中的干预l l1数据直接在数据直接在DMA控制器控制下通过总控制器控制下通过总线传递到内存中线传递到内存中l l2在完成指定数量的数据接收后，在完成指定数量的数据接收后，DMA控制器才向控制器才向CPU产生中断。产生中断。l l3中断处理程序可能唤醒等待数据的进中断处理程序可能唤醒等待数据的进程程l l4等待数据的进程经过调度后，处理输等待数据的进程经过调度后，处理输入的数据，此时数据已经在内存里了入的数据，此时数据已经在内存里了通道控制通道控制I/O方式方式l l7.2.4 通道控制通道控制vv通道通过执行通道程序并行完成一系列输入通道通过执行通道程序并行完成一系列输入通道通过执行通道程序并行完成一系列输入通道通过执行通道程序并行完成一系列输入输出过程输出过程输出过程输出过程vv通道进一步减少通道进一步减少通道进一步减少通道进一步减少CPUCPU对输入输出过程的干预。对输入输出过程的干预。对输入输出过程的干预。对输入输出过程的干预。整个过程中，整个过程中，整个过程中，整个过程中，CPUCPU只需向通道发出一个指令只需向通道发出一个指令只需向通道发出一个指令只需向通道发出一个指令vv通道提高通道提高通道提高通道提高CPUCPU与设备之间的并行性，提高资与设备之间的并行性，提高资与设备之间的并行性，提高资与设备之间的并行性，提高资源利用率，提高系统吞吐量源利用率，提高系统吞吐量源利用率，提高系统吞吐量源利用率，提高系统吞吐量通道之间，通道与通道之间，通道与通道之间，通道与通道之间，通道与CPUCPU之间是并行的之间是并行的之间是并行的之间是并行的缓冲管理缓冲管理l l7.3缓冲管理缓冲管理l l7.3.1 缓冲思想的引入：缓冲思想的引入：vvCPUCPU与与与与I/OI/O设备速度匹配问题设备速度匹配问题设备速度匹配问题设备速度匹配问题vv减少中断频率减少中断频率减少中断频率减少中断频率缓冲一定数量的数据后才向缓冲一定数量的数据后才向缓冲一定数量的数据后才向缓冲一定数量的数据后才向CPUCPU产生一次中断产生一次中断产生一次中断产生一次中断vv提高提高提高提高CPUCPU与与与与I/OI/O之间的并行性之间的并行性之间的并行性之间的并行性减少减少减少减少CPUCPU在设备数据传输期的干预在设备数据传输期的干预在设备数据传输期的干预在设备数据传输期的干预速度速度1 1速度速度2 2单缓冲管理单缓冲管理l l7.3.2 单缓冲单缓冲vv接收接收接收接收设备以速率设备以速率设备以速率设备以速率V V向缓冲输入数据向缓冲输入数据向缓冲输入数据向缓冲输入数据缓冲区满后缓冲区满后缓冲区满后缓冲区满后CPUCPU以速率以速率以速率以速率WW读出数据读出数据读出数据读出数据缓冲区处理完后再由设备输入数据缓冲区处理完后再由设备输入数据缓冲区处理完后再由设备输入数据缓冲区处理完后再由设备输入数据vv发送发送发送发送反之亦然反之亦然反之亦然反之亦然速度速度V速度速度W单解决了速率匹配问题单解决了速率匹配问题双缓冲管理双缓冲管理l l双缓冲双缓冲vv设置两个缓冲区设置两个缓冲区设置两个缓冲区设置两个缓冲区提高提高提高提高CPUCPU与设备间的与设备间的与设备间的与设备间的并行度并行度并行度并行度设备设备CPUCPU设备设备1 1设备设备2 2CPUCPU双向通信双向通信接收接收设备设备发送发送设备设备CPUCPU例例1 1例例2 2例例3 3同时同时同时同时循环缓冲管理循环缓冲管理l l7.3.4 循环缓冲循环缓冲vv多个缓冲区循环使用，类似循环队列多个缓冲区循环使用，类似循环队列多个缓冲区循环使用，类似循环队列多个缓冲区循环使用，类似循环队列CPUCPU设备输入设备输入next_innext_innext_outnext_out缓冲池的管理缓冲池的管理l l缓冲池的管理缓冲池的管理vv可供多个对象共享的公用缓冲区组成的缓冲可供多个对象共享的公用缓冲区组成的缓冲可供多个对象共享的公用缓冲区组成的缓冲可供多个对象共享的公用缓冲区组成的缓冲池池池池vv缓冲池组成缓冲池组成缓冲池组成缓冲池组成多种类型的缓冲区组成的三条队列多种类型的缓冲区组成的三条队列多种类型的缓冲区组成的三条队列多种类型的缓冲区组成的三条队列inqinq：从设备输入的数据缓冲区队列：从设备输入的数据缓冲区队列：从设备输入的数据缓冲区队列：从设备输入的数据缓冲区队列outqoutq：准备向设备输出的数据缓冲区队列：准备向设备输出的数据缓冲区队列：准备向设备输出的数据缓冲区队列：准备向设备输出的数据缓冲区队列emptyqemptyq：空缓冲区队列：空缓冲区队列：空缓冲区队列：空缓冲区队列缓冲池的组成缓冲池的组成l l缓冲池的组成缓冲池的组成emptyqemptyqinqinqoutqoutq收容输入收容输入提取输出提取输出提取输入提取输入收容输出收容输出设备设备设备设备CPUCPU数据到达数据到达取走数据取走数据发送数据发送数据取走发送取走发送缓冲池操作缓冲池操作l l缓冲池操作四种操作缓冲池操作四种操作设备输入数据到缓冲池设备输入数据到缓冲池get buffer from emptyq;get buffer from emptyq;fill data in buffer;fill data in buffer;put buffer in inq;put buffer in inq;收容输入收容输入用户从缓冲池读入数据用户从缓冲池读入数据get buffer from inq;get buffer from inq;calculate data in buffer;calculate data in buffer;put buffer back to emptyqput buffer back to emptyq提取输入提取输入用户向数据缓冲池输出数据用户向数据缓冲池输出数据get buffer from outq;get buffer from outq;send data;send data;put buffer in emptyq;put buffer in emptyq;收容输出收容输出设备从缓冲池中读出输出数据并完成设备从缓冲池中读出输出数据并完成输出输出get buffer from emptyq;get buffer from emptyq;fill data in buffer;fill data in buffer;put buffer outq;put buffer outq;提取输出提取输出设备设备用户用户注意：结合进程同步机制注意：结合进程同步机制（生产者消费者模型）（生产者消费者模型）设备分配的功能设备分配的功能l l7.4设备的分配设备的分配l l7.4.1 设备分配功能设备分配功能l l按一定算法进行设备分配按一定算法进行设备分配l l保证：保证：l l“有有用户能得到设备使用权。用户能得到设备使用权。l l“平安平安用户使用设备是平安的。用户使用设备是平安的。包括设备、设备控制器包括设备、设备控制器及通道及通道38设备分配涉及的数据结构设备分配涉及的数据结构l l实现设备分配的数据结构实现设备分配的数据结构vv系统设备表：纪录系统设备情况系统设备表：纪录系统设备情况系统设备表：纪录系统设备情况系统设备表：纪录系统设备情况vv设备控制表：纪录设备信息及设备的控制器表设备控制表：纪录设备信息及设备的控制器表设备控制表：纪录设备信息及设备的控制器表设备控制表：纪录设备信息及设备的控制器表vv设备控制器表：纪录控制器信息及通道控制表设备控制器表：纪录控制器信息及通道控制表设备控制器表：纪录控制器信息及通道控制表设备控制器表：纪录控制器信息及通道控制表vv通道控制表：纪录通道信息通道控制表：纪录通道信息通道控制表：纪录通道信息通道控制表：纪录通道信息设备名设备名SDTSDTDCTDCTCOCTCOCTCHCTCHCT设备控制表设备控制表设备名设备名设备控制表设备控制表设备名设备名设备控制表设备控制表设备名设备名设备控制表设备控制表SDTSDT设备名设备名设备控制器设备控制器设备名设备名设备控制器设备控制器状态状态状态状态控制器名控制器名通道控制表通道控制表状态状态控制器名控制器名通道控制表通道控制表状态状态DCTDCTCOCTCOCT通道标识通道标识状态状态通道标识通道标识状态状态CHCTCHCT设备分配时考虑的因素设备分配时考虑的因素l l设备分配应考虑的因素设备分配应考虑的因素l l1分配的算法：分配的算法：l l静态策略：进程创立时分配，结束时回收静态策略：进程创立时分配，结束时回收l l动态策略：需要时分配，用完回收动态策略：需要时分配，用完回收l l算法算法l l先申请的进程先满足先申请的进程先满足FIFOl l按进程的优先级分配按进程的优先级分配l ll l2设备的固有属性：设备的固有属性：l l独占：静态分配独占：静态分配l l共享：动态分配共享：动态分配设备分配时考虑的因素设备分配时考虑的因素vv3 3设备分配的平安性：如，是否会导致死锁设备分配的平安性：如，是否会导致死锁设备分配的平安性：如，是否会导致死锁设备分配的平安性：如，是否会导致死锁vv平安分配：平安分配：平安分配：平安分配：vv非请求和保持，非请求和保持，非请求和保持，非请求和保持，CPUCPU与设备串行工作与设备串行工作与设备串行工作与设备串行工作vv不平安分配：不平安分配：不平安分配：不平安分配：vv分配设备时应该进行平安性状态检测分配设备时应该进行平安性状态检测分配设备时应该进行平安性状态检测分配设备时应该进行平安性状态检测43设备分配的过程设备分配的过程l l设备分配的根本过程设备分配的根本过程分配设备分配设备分配设备控制器分配设备控制器分配通道分配通道启动启动I/OI/O设备开始信息传递设备开始信息传递分配设备的子流程自学分配设备的子流程自学l l分配设备分配设备根据设备名查根据设备名查SDTSDT表，表，找到该设备的找到该设备的DCTDCT该设备忙？该设备忙？分配平安？分配平安？将设备分配给进程将设备分配给进程将进程插入将进程插入DCTDCT等待设备进程队列中等待设备进程队列中否否是是是是否否*分配设备控制器的子流程自学分配设备控制器的子流程自学l l分配设备控制器分配设备控制器根据根据DCTDCT表，表，找到该设备的控制器表找到该设备的控制器表COCTCOCT控制器忙？控制器忙？将设备控制器分配给进程将设备控制器分配给进程将进程插入将进程插入COCTCOCT等待设备控制器等待设备控制器进程队列中进程队列中否否是是*分配通道的子流程自学分配通道的子流程自学l l分配通道分配通道根据根据COCTCOCT表，表，找到该设备的通道表找到该设备的通道表CHCTCHCT通道忙？通道忙？将通道分配给进程将通道分配给进程将进程插入将进程插入CHCTCHCT等待通道进程队列中等待通道进程队列中否否是是*真脱机真脱机I/O技术技术l l7.57.5虚拟设备管理虚拟设备管理虚拟设备管理虚拟设备管理SPOOLINGSPOOLING技术技术技术技术l l“假脱机技术假脱机技术假脱机技术假脱机技术l l真脱机技术真脱机技术真脱机技术真脱机技术l l输入、输出是脱离主机完成的。输入、输出是脱离主机完成的。输入、输出是脱离主机完成的。输入、输出是脱离主机完成的。l lCPUCPU只与高速磁盘磁带交换数据只与高速磁盘磁带交换数据只与高速磁盘磁带交换数据只与高速磁盘磁带交换数据l l靠外围机控制输入、输出设备与磁盘交换数据靠外围机控制输入、输出设备与磁盘交换数据靠外围机控制输入、输出设备与磁盘交换数据靠外围机控制输入、输出设备与磁盘交换数据其它其它输入井输入井输出井输出井高速高速高速高速脱离主机进行脱离主机进行脱离主机进行脱离主机进行虚拟设备管理技术虚拟设备管理技术l l7.5.2 Spooling假脱机技术假脱机技术l l1技术要点：技术要点：l l1多道程序并发执行多道程序并发执行l l2一道程序模拟外围机的输入，将数一道程序模拟外围机的输入，将数据从设备输入到磁盘据从设备输入到磁盘l l3一道程序模拟外围机的输出，将数一道程序模拟外围机的输出，将数据从磁盘输出到设备据从磁盘输出到设备l l4其它程序与设备的通信和脱机方式其它程序与设备的通信和脱机方式一样：只读写高速磁盘一样：只读写高速磁盘l l5主机仍要控制外围设备主机仍要控制外围设备“假脱机假脱机虚拟设备管理技术的特点虚拟设备管理技术的特点vv2 2特点特点特点特点vv1 1提高了进程访问低速设备速率提高了进程访问低速设备速率提高了进程访问低速设备速率提高了进程访问低速设备速率vv2 2独占设备成为虚拟设备独占设备成为虚拟设备独占设备成为虚拟设备独占设备成为虚拟设备vv不与实际设备直接交互不与实际设备直接交互不与实际设备直接交互不与实际设备直接交互vv3 3独占设备成为共享设备独占设备成为共享设备独占设备成为共享设备独占设备成为共享设备vv磁盘是可共享的高速设备磁盘是可共享的高速设备磁盘是可共享的高速设备磁盘是可共享的高速设备vv多个进程可以同时共享虚拟设备磁盘上的文多个进程可以同时共享虚拟设备磁盘上的文多个进程可以同时共享虚拟设备磁盘上的文多个进程可以同时共享虚拟设备磁盘上的文件，由系统控制独占设备逐件完成任务。件，由系统控制独占设备逐件完成任务。件，由系统控制独占设备逐件完成任务。件，由系统控制独占设备逐件完成任务。虚拟设备管理例虚拟设备管理例l l例：例：Windows系统下，使用了系统下，使用了spooling技术的打印机管理。技术的打印机管理。l l翻开多个翻开多个word文档，可同时向虚拟打印机文档，可同时向虚拟打印机打印文档。打印文档。l l每个文档都在几秒之内认为文档打印结束，每个文档都在几秒之内认为文档打印结束，可以继续进行编辑任务。实际文档并没有可以继续进行编辑任务。实际文档并没有打印出来，而是输出到打印出来，而是输出到spooling技术控制技术控制的打印队列中。的打印队列中。l l翻开打印机管理器，可以发现系统将需要翻开打印机管理器，可以发现系统将需要打印的文档排了队，在系统控制下逐个打打印的文档排了队，在系统控制下逐个打印。印。52虚拟设备管理例虚拟设备管理例l lWindows打印管理打印管理其它其它输入井：输入井：外围计算机外围计算机输出井输出井外围计算机外围计算机高速高速高速高速用户程序用户程序用户终端用户终端其它其它低速低速硬盘硬盘低速低速模拟输入模拟输入高速高速模拟输出模拟输出高速高速数据数据数据数据模拟模拟模拟模拟用户程序获得：高速输入用户程序获得：高速输入 高速输出高速输出用户程序获得：高速输入用户程序获得：高速输入 高速输出高速输出低速低速l l2 2特点特点特点特点l l1 1提高了进程访问低速设备速率提高了进程访问低速设备速率提高了进程访问低速设备速率提高了进程访问低速设备速率l l2 2独占设备成为虚拟设备独占设备成为虚拟设备独占设备成为虚拟设备独占设备成为虚拟设备l l3 3独占设备成为共享设备独占设备成为共享设备独占设备成为共享设备独占设备成为共享设备虚拟设备特点虚拟设备特点不与实际设备直接交互不与实际设备直接交互磁盘是可共享的高速设备磁盘是可共享的高速设备其它其它硬盘硬盘模拟输入模拟输入高速高速模拟输出模拟输出高速高速虚拟设备管理系统的组成虚拟设备管理系统的组成l lxx其它其它硬盘硬盘模拟输入模拟输入高速高速模拟输出模拟输出高速高速l3Spooling系统组成系统组成l1输入井、输出井输入井、输出井磁盘上磁盘上l2输入缓冲、输出缓冲输入缓冲、输出缓冲内存中内存中l3输入程序、输出程序输入程序、输出程序脱机模拟脱机模拟l4请求设备的进程列表请求设备的进程列表排队机制排队机制虚拟设备比较虚拟设备比较l l与不脱机技术比较与不脱机技术比较l l提高了进程访问设备的速度提高了进程访问设备的速度l l通过让用户进程较快完成任务，从而引入通过让用户进程较快完成任务，从而引入更多进程，提高了系统吞吐量更多进程，提高了系统吞吐量l l独占设备成为虚拟设备独占设备成为虚拟设备l l独占设备成为共享设备独占设备成为共享设备l l与真脱机技术比较与真脱机技术比较l l主机系统仍要与低速设备打交道主机系统仍要与低速设备打交道l l整个系统的吞吐量不如真脱机整个系统的吞吐量不如真脱机设备处理的根本功能设备处理的根本功能l l7.6设备的处理设备的处理设备驱动设备驱动l l根本功能根本功能l l在分配程序完成设备分配之后进行在分配程序完成设备分配之后进行l l1解释解释I/O指令指令l l2发动并完成具体发动并完成具体I/O操作操作l l3响应设备及控制器的响应设备及控制器的I/O请求，调用请求，调用相应的中断处理程序相应的中断处理程序设备处理方式设备处理方式l l7.6.2 设备处理方式设备处理方式 l l1为每一类设备设置一个为每一类设备设置一个I/O进程进程l l灵活灵活l l2在整个系统中设置一个在整个系统中设置一个I/O进程进程l l便于统一管理便于统一管理l l3不设置进程而是提供模块以供用户及不设置进程而是提供模块以供用户及系统调用系统调用l l减少进程数量减少进程数量设备驱动过程设备驱动过程l l设备驱动处理过程设备驱动处理过程设备驱动处理过程设备驱动处理过程l l1 1理解理解理解理解CPUCPU的的的的I/OI/O要求，检查合法性要求，检查合法性要求，检查合法性要求，检查合法性l l2 2检测设备状态检测设备状态检测设备状态检测设备状态l l3 3启动执行：填写设备控制器的存放器启动执行：填写设备控制器的存放器启动执行：填写设备控制器的存放器启动执行：填写设备控制器的存放器l l4 4启动启动启动启动I/OI/O操作后阻塞操作后阻塞操作后阻塞操作后阻塞l l输出：等待设备发送结束中断输出：等待设备发送结束中断输出：等待设备发送结束中断输出：等待设备发送结束中断l l输入：等待设备数据到达中断输入：等待设备数据到达中断输入：等待设备数据到达中断输入：等待设备数据到达中断l l5 5中断处理中断处理中断处理中断处理l l保护被中断进程保护被中断进程保护被中断进程保护被中断进程CPUCPU现场现场现场现场l l转入对中断事件处理的程序转入对中断事件处理的程序转入对中断事件处理的程序转入对中断事件处理的程序l l唤醒被阻塞的驱动程序唤醒被阻塞的驱动程序唤醒被阻塞的驱动程序唤醒被阻塞的驱动程序l l恢复被中断进程现场并继续执行该进程恢复被中断进程现场并继续执行该进程恢复被中断进程现场并继续执行该进程恢复被中断进程现场并继续执行该进程60设备的驱动与中断处理例输入设备的驱动与中断处理例输入CPUCPU其他进程其他进程中断处理中断处理设备设备等待数据等待数据继续继续处理输入数据处理输入数据被唤醒的等待进程被唤醒的等待进程数据到数据到设备设备产生中断产生中断暂不接收暂不接收数据数据去除中断去除中断等待数据等待数据唤醒等待接收的进程唤醒等待接收的进程CPUCPU设备设备等待数据等待数据初始化初始化理解理解I/OI/O要求要求检查合法性检查合法性检测设备检测设备状态状态启动启动I/OI/O并阻塞并阻塞其他进程其他进程61作业作业l l1、设备的分类有哪些？什么是设备控制、设备的分类有哪些？什么是设备控制器，你能举出几种设备控制器吗？器，你能举出几种设备控制器吗？l l2、中断控制、中断控制I/O方式是怎样实现让权等待方式是怎样实现让权等待的？的？l l3、缓冲区有哪些作用、缓冲区有哪些作用l l4、虚拟设备的根本思想，怎样解释虚拟、虚拟设备的根本思想，怎样解释虚拟设备的虚拟性设备的虚拟性l l5、请总结一下设备管理的功能有哪些、请总结一下设备管理的功能有哪些