6设备管理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第,6,章 设备,管,管理,主要内容,：,：,I/O,硬件概念,，,，设备控,制,制器，,I/O,控制方式,，,，缓冲技,术,术，设备,的,的使用方,法,法，,I/O,层次结构,，,，磁盘管,理,理。,重点：,I/O,控制方式,，,，缓冲区,的,的种类，,设,设备分配,。,。,难点：,磁盘调度,策,策略。,2,6.1I/O,硬件概念,6.1.1,常见,I/O,设备的分,类,类,人,-,机交互设,备,备,(,字节设备,发送接收,以,以字节方,式,式,),；,存储类型,设,设备,(,块设备,读写以数,据,据块方式,）,）；,网络通信,的,的设备,(,网络接口,，,，调制解,调,调器,),。,I/O,设备的特,点,点：,数据传输,速,速率不同,；,；,数据传输,单,单位不同,；,；,控制的复,杂,杂性不同,；,；,设备的使,用,用目的不,同,同。,3,6.1.2,设备控制,器,器（,I/O,部件）,I/O,设备通常,包,包含一个,机,机械部件,和,和一个电,子,子部件。,电,电子部件,被,被称做,I/O,部件或设,备,备控制器,（,（当控制,多,多设备时,：,：又叫总,线,线控制器,，,，通道控,制,制器）。,操作系统,一,一般只与,控,控制器打,交,交道，而,非,非设备本,身,身。,早期,CPU,是直接控,制,制外部设,备,备的，在,引,引入,I/O,部件之后,，,，才将,CPU,逐渐从与,外,外设的交,互,互细节中,解,解放出来,。,。,4,PCI,总线,控制器,处理机,（,CPU,）,主存,显卡,SCSI,控制器,外设,控制器,控制器,控制器,连接,CPU,、主存、设,备,备控制器和,I/O,设备模型,磁带,磁盘,外设,SCSI,总线,主板总线,设备控制器,的,的功能：,1,、接收和识,别,别来自,CPU,的各种命令,;,2,、实现,CPU,与设备控制,器,器、设备控,制,制器与设备,之,之间的数据,交,交换,;,3,、记录设备,的,的状态供,CPU,查询,;,4,、识别控制,器,器的每个设,备,备的地址,;,5,控制器的任,务,务是在外部,设,设备与,CPU,（内存）之,间,间完成比特,流,流（外部信,号,号）和字节,流,流（块）之,间,间的转换,。,磁盘 控制器,主存,比特流,字节块,转换、校验,CRT,控制器,主存,显示信号,字节流,转换,6,每个控制器,都,都有一些用,来,来与,CPU,通信的,I/O,寄存器。操,作,作系统通过,向,向这些寄存,器,器写命令字,来,来执行,I/O,功能。,键盘,060-063,硬盘,320,32F,打印机,378,37F,软盘,3F0,3F7,彩色显示器,3D0,3DF,IBM PC,的,I/O,地址,内存,0,k,n,控制器寄存,器,器,7,6.1.3I/O,控制方式,（,1,）程序直接,控,控制方式,CPU,直接控制,I/O,操作的全过,程,程，包括测,试,试设备状态,、,、发送读写,命,命令、传输,数,数据。,处理机指令,集,集应包括指,令,令下述指令,：,：,控制类,测试类,读写类,I/O,。,示例,:,从外存读数,据,据块到内存,(,见下一页,),8,向,I/O,部件发读命,令,令,读,I/O,部件状态寄,存,存器,从,I/O,部件读字数,据,据,将该字写入,内,内存,未,OK,OK,出错,OK,下一,指令,未,OK,检查状态,该块读完,?,9,向,I/O,部件发读命,令,令,读,I/O,部件状态寄,存,存器,检查状态,从,I/O,部件读字数,据,据,将该字写入,内,内存,OK,出错处理,该块读完,OK,下一,指令,未,OK,中断,（,2,）中断控制,方,方式,优点：,CPU,不必反复测,试,试，节约了,时,时间。,缺点：仍然消耗大,量,量的,CPU,时间,10,（,3,）,DMA,方式,DMA,方式的思想,：,：,DMA,（直接内存,存,存取）负责,完,完成整个,I/O,操作，无需,再,再经,CPU,寄存器转发,，,，并在全部,传,传输结束后,向,向,CPU,发中断信号,。,。,给,DMA,的命令中应,包,包括：,操作类别,I/O,设备的地址,读写数据在,内,内存中的首,地,地址,字数。,向,DMA,部件发读命,令,令,读取,DMA,部件状态,中断,下一条指令,注意：,DMA,的功能可以,以,以独立的,DMA,部件在系统,I/O,总线上完成,，,，也可整合,到,到,I/O,部件中完成,。,。,缺点：,DMA,部件需与,CPU,竞争控制总,线,线。,11,CPU,直接控制外,部,部设备,引入,I/O,部件，,CPU,直接控制,I/O,部件,引入中断驱,动,动方式,引入,DMA,I/O,通道或,I/O,处理机,输入,/,输出控制方,式,式的发展过,程,程,12,6.2,设备输入,/,输出子系统,6.2.1,设备的使用,方,方法,一、设备相,关,关系统调用,1.,申请设备。,有,有参数说明,要,要申请的设,备,备名称，操,作,作系统处理,该,该系统调用,时,时，会按照,设,设备特性（,独,独占还是分,时,时共享）及,设,设备的占用,情,情况来分配,设,设备，返回,申,申请是否成,功,功标志。,2.,将数据写入,设,设备。,3.,从设备读取,数,数据。,4.,释放设备。,这,这是申请设,备,备的逆操作,。,。,说明：,主要用于对,人,人,-,机交互类慢,速,速外设的使,用,用。,对于存储类,外,外设，用户,程,程序一般通,过,过文件的访,问,问。,13,在,UNIX,中，可以用,如,如下的系统,调,调用将数据,直,直接写入软,盘,盘中：,fd=open(,“,/dev/fd0,”,O,RDRW),；申请软盘,，,，,/dev/fd0,代表软盘。,lseek(fd,1004,0),；将软盘当,前,前,I/O,位置定位到,1024,字节位置。,Write(fd,buffer,36),；将用户缓,冲,冲区,buffer,中的,36,个字节写入,软,软盘,1024,1059,字节。,close(fd),；释放软盘,。,。,14,二、独占式,使,使用设备,如打印机,申请,空闲吗？,独占使用,等待,释放,15,三、分时式,共,共享使用设,备,备,独占式使用,设,设备时，设,备,备利用率很,低,低。,分时式共享,：,：以一次,I/O,为单位分时,使,使用设备，,不,不同进程的,I/O,操作请求以,排,排队方式分,时,时地占用设,备,备进行,I/O,。,注：针对一个逻,辑,辑上完整的,数,数据的,I/O,操作。,如：终端设备，,磁,磁盘设备。,16,请求设备,请求,I/O,释放设备,P,1,请求设备,请求,I/O,释放设备,P,2,请求,请求,设备,图,6.6,排队使用设,备,备,17,产生的条件,：,：,I/O,中断；通道,；,；磁盘。,SPOOLing,（并发的外,部,部设备联机,操,操作）,的基本思想,：用磁盘设备,作,作为主机的,直,直接输入,/,输出设备,即主机从磁,盘,盘选取作业,并,并运行,结果也存在,磁,磁盘中。相,应,应的通道则,负,负责磁盘与,慢,慢速外设的,传,传输。利用,通,通道和中断,机,机制,作业的输入,/,输出与作业,在,在处理机上,的,的运行可很,好,好地并行起,来,来。,四、以,SPOOLing,方式使用外,设,设,18,通道,主机,通道,通道,卡片机,打印机,SPOOLing,系统图示,磁盘,19,例如,:,所有输出数,据,据已经写到,文,文件当中，,并,并排到打印,输,输出队列，,打,打印进程申,请,请占用打印,机,机后，成批,读,读出文件中,数,数据，并送,打,打印机打印,出,出去。,打印请求队列（含要打印文件）,打印,daemon,进程,打印机,20,6.2.2I/O,层次结构,通常，操作,系,系统将设备,管,管理系统划,分,分并组织成,三,三个层次：,用户层,I/O,；,设备无关的,I/O,；,设备驱动及,中,中断处理；,用户层,I/O,设备驱动及中断处理,硬件,系统调用接口，设备无关的操作系统软件,21,用户进程,用户层,I/O,设备无关的,I/O,设备驱动及,中,中断处理,硬件,设备管理子,系,系统,逻辑结构图,22,一、用户层,I/O,与设备的控,制,制细节无关,。,。,将所有的设,备,备看做逻辑,资,资源，为用,户,户进程提供,各,各类,I/O,函数。用户,以,以设备标识,符,符和一些简,单,单的函数来,使,使用设备，,如,如打开、关,闭,闭、读、写,等,等。,如,C,库中的函数,fopen(),，,fread(),，,fwrite(),，,fcl,23,二,、,、,设,设,备,备,无,无,关,关,的,的,I/O,基,本,本,功,功,能,能,：,：执,行,行,适,适,用,用,于,于,所,所,有,有,设,设,备,备,的,的,公,公,共,共,I/O,功,能,能,，,，,并,并,向,向,其,其,上,上,层,层,提,提,供,供,统,统,一,一,的,的,系,系,统,统,调,调,用,用,接,接,口,口,。,。,任,务,务,包,包,括,括,：,：,1.,2.,设备保护,:,许可权限保护。,3.,缓冲,I/O,：块设备,、,字符设备。,4,.,错误报告：报告驱动程序产生的错误信息。,5.,分配及释放独占型设备：申请、关闭。,24,三,、,、,设,设,备,备,驱,驱,动,动,与,与,中,中,断,断,处,处,理,理,1.,设,备,备,驱,驱,动,动,程,程,序,序,包,括,括,了,了,所,所,有,有,与,与,设,设,备,备,相,相,关,关,的,的,代,代,码,码,，,，,其,其,功,功,能,能,是,是,从,从,与,与,设,设,备,备,无,无,关,关,的,的,软,软,件,件,中,中,接,接,收,收,I/O,的,请,请,求,求,，,，,排,排,入,入,请,请,求,求,队,队,列,列,或,或,执,执,行,行,之,之,；,；,执,执,行,行,时,时,，,，,将,将,请,请,求,求,转,转,化,化,为,为,更,更,具,具,体,体,的,的,形,形,式,式,。,。,2.,中,断,断,处,处,理,理,当,进,进,程,程,进,进,行,行,I/O,操,作,作,时,时,，,，,将,将,其,其,阻,阻,塞,塞,至,至,I/O,操,作,作,结,结,束,束,并,并,发,发,生,生,中,中,断,断,。,。,中,中,断,断,发,发,生,生,时,时,，,，,由,由,中,中,断,断,处,处,理,理,程,程,序,序,启,启,动,动,请,请,求,求,排,排,队,队,的,的,下,下,一,一,请,请,求,求,并,并,解,解,除,除,等,等,I/O,进,程,程,的,的,阻,阻,塞,塞,状,状,态,态,，,，,使,使,其,其,能,能,够,够,继,继,续,续,执,执,行,行,。,。,25,6.2.3,设,备,备,驱,驱,动,动,程,程,序,序,一,设,设,备,备,驱,驱,动,动,程,程,序,序,接,接,口,口,函,函,数,数,驱,动,动,程,程,序,序,初,初,始,始,化,化,函,函,数,数：,做,做,一,一,些,些,针,针,对,对,驱,驱,动,动,程,程,序,序,本,本,身,身,的,的,初,初,始,始,化,化,工,工,作,作,，,，,如,如,向,向,操,操,作,作,系,系,统,统,登,登,记,记,该,该,驱,驱,动,动,程,程,序,序,的,的,接,接,口,口,函,函,数,数,，,，,该,该,初,初,始,始,化,化,函,函,数,数,在,在,系,系,统,统,启,启,动,动,时,时,或,或,驱,驱,动,动,程,程,序,序,安,安,装,装,入,入,内,内,核,核,时,时,执,执,行,行,。,。,驱,动,动,程,程,序,序,卸,卸,载,载,