计算机软件基础之操作系统设备管理

,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,*,*,*,1,操作系统之,设,设备管理,输入输出管,理,理,计算机外部,设,设备,在计算机系,统,统中除,CPU,和内存储器,外,外所有的设,备,备和装置称,为,为计算机外,部,部设备（外,围,围设备、,I/O,设备）。,外部设备（,可,可以从不同,的,的角度来分,类,类）,存储设备：用来存放,各,各种信息的,设,设备称为存,储,储设备，例,如,如，软盘、,硬,硬盘、光盘,和,和磁带等；,I/O,设备：用来向计算,机,机输入和输,出,出信息的设,备,备，如键盘,、,、鼠标、显,示,示器、打印,机,机等。,I/O,管理就是设,备,备管理，它,是,是操作系统,的,的一个重要,的,的组成部分,，,，负责管理,系,系统中所有,的,的外部设备,。,。,*,2,I/O,管理功能,1.,状态跟踪,设备控制块,是,是存放设备,管,管理和控制,信,信息的数据,结,结构。,系统要掌握,设,设备的状态,。,。,2.,设备存取,决定一种策,略,略，实现对,设,设备的存取,操,操作。,3.,设备分配,在多用户的,环,环境下，负,责,责设备的分,配,配和回收。,静态分配、,动,动态分配,4.,设备控制,设备控制包,括,括设备的驱,动,动、完成和,故,故障中断处,理,理。,*,3,即：,分配设备按设备的不,同,同类型和操,作,作系统选用,的,的算法分配,，,，包括分配,相,相应的通道,、,、设备控制,器,器以及对未,分,分配的任务,或,或作业进行,排,排队等。,控制和实现,真,真正的输入,输,输出并行操,作,作包括通道程,序,序控制、启,动,动设备、及,时,时响应及处,理,理中断讯号,等,等。,对输入输出,缓,缓冲区进行,管,管理如：逻辑名,的,的管理，多,个,个缓冲区的,分,分时及串并,行,行操作，同,类,类多个外部,设,设备的均衡,工,工作。,在一些较大,系,系统中实现,虚,虚拟设备技,术,术。,*,4,设计目标：,1.,方便性：为,用,用户提供友,好,好的使用环,境,境,2.,设备独立性,：,：用户的程,序,序与设备要,互,互相独立,3.,并行性：各,设,设备充分并,行,行工作，同,时,时防止死锁,产,产生,4.,有效性与均,衡,衡性,：避免各设,备,备忙闲不均,分类：,1,、独享设备,、,、共享设备,、,、虚拟设备,2,、逻辑设备,、,、物理设备,*,5,设备独立性,设备独立性,的,的概念,设备独立,性,性是指用,户,户在编程,序,序时所使,用,用的设备,与,与实际设,备,备无关。,两类设备,独,独立性：,1.,一个程序,应,应独立于,分,分配给它,的,的某类设,备,备的具体,设,设备。即在用户,程,程序中只,指,指明,I/O,使用的设,备,备类型即,可,可。如在,系,系统中配,备,备了两台,打,打印机，,用,用户要打,印,印时只要,告,告诉系统,要,要将信息,送,送到打印,机,机即可。,2.,程序要尽,可,可能地与,它,它使用的,设,设备类型,无,无关。即在用户,程,程序中只,要,要指出要,输,输入或输,出,出信息，,至,至于信息,I/O,使用的设,备,备不需用,户,户指明。,*,6,二、设备,独,独立性的,实,实现,逻辑设备,和,和实际设,备,备的联系,通,通常是由,操,操作系统,命,命令语言,中,中提供的,信,信息实现,的,的。,在用户一,级,级仅进行,逻,逻辑指派,，,，而操作,系,系统的,I/O,管理模块,则,则需要建,立,立逻辑设,备,备,物理设备,的,的连接（,通,通过构造,逻,逻辑描述,器,器），并,在,在进程请,求,求设备时,进,进行设备,分,分配和设,备,备传输控,制,制。,有的系统,可,可以通过,作,作业说明,书,书提供的,信,信息或键,盘,盘命令实,现,现设备独,立,立性。,*,7,一个具体,进,进程的逻,辑,辑设备名,和,和物理设,备,备名的对,应,应关系记,录,录在被称,为,为逻辑设,备,备描述器,（,（,LLD,）的数据,结,结构中，,并,并由,PCB,中的一个,指,指针指向,它,它。,当进程第,一,一次使用,某,某个逻辑,设,设备时，,系,系统为其,分,分配一台,给,给定类型,的,的具体设,备,备，称在,该,该点上进,程,程打开了,这,这个逻辑,设,设备。逻,辑,辑设备的,关,关闭指的,是,是不再使,用,用这个逻,辑,辑设备了,，,，相应的,逻,逻辑设备,描,描述器可,释,释放给系,统,统。,逻辑设备,描,描述器包,含,含四项内,容,容：,设备逻辑,名,名、设备,物,物理名、,设,设备控制,块,块指针、,逻,逻辑设备,描,描述器队,列,列勾链字,。,。,*,8,三,、,、,设,设,备,备,独,独,立,立,性,性,的,的,优,优,点,点,1.,方,便,便,用,用,户,户,编,编,程,程,2.,使,用,用,户,户,程,程,序,序,运,运,行,行,不,不,受,受,具,具,体,体,的,的,机,机,器,器,环,环,境,境,的,的,限,限,制,制,。,。,系,系,统,统,提,提,供,供,标,标,准,准,输,输,入,入,和,和,输,输,出,出,，,，,在,在,用,用,户,户,程,程,序,序,中,中,的,的,输,输,入,入,输,输,出,出,都,都,使,使,用,用,这,这,两,两,个,个,标,标,准,准,的,的,I/O,，,实,实,际,际,运,运,行,行,时,时,，,，,根,根,据,据,具,具,体,体,情,情,况,况,而,而,定,定,。,。,如,果,果,配,配,备,备,打,打,印,印,机,机,，,，,则,则,将,将,输,输,出,出,信,信,息,息,送,送,到,到,打,打,印,印,机,机,打,打,印,印,，,，,如,如,果,果,没,没,有,有,配,配,备,备,打,打,印,印,机,机,，,，,就,就,把,把,输,输,出,出,重,重,向,向,到,到,某,某,个,个,指,指,定,定,文,文,件,件,，,，,把,把,要,要,打,打,印,印,的,的,信,信,息,息,送,送,到,到,该,该,文,文,件,件,中,中,。,。,3.,便,于,于,程,程,序,序,移,移,植,植,*,9,缓,冲,冲,技,技,术,术,CPU,与,各,各,种,种,外,外,部,部,设,设,备,备,的,的,速,速,度,度,上,上,的,的,差,差,异,异,很,很,大,大,，,，,设,设,备,备,与,与,设,设,备,备,之,之,间,间,的,的,速,速,度,度,差,差,异,异,也,也,很,很,大,大,。,。,系,统,统,有,有,时,时,会,会,产,产,生,生,大,大,量,量,的,的,数,数,据,据,需,需,要,要,I/O,，,有,有,时,时,又,又,会,会,很,很,长,长,时,时,间,间,没,没,有,有,I/O,。,造,造,成,成,I/O,负,荷,荷,的,的,不,不,均,均,匀,匀,要,解,解,决,决,这,这,两,两,个,个,方,方,面,面,的,的,问,问,题,题,就,就,要,要,引,引,入,入,缓,缓,冲,冲,的,的,概,概,念,念,。,。,*,10,在,I/O,部分,缓,缓冲,所,所起,的,的作,用,用,（,1,）解,决,决信,息,息的,到,到达,率,率和,离,离去,率,率不,一,一致,的,的矛,盾,盾,由于,输,输入,数,数据,的,的速,度,度和,处,处理,数,数据,的,的速,度,度往,往,往不,相,相同,，,，于,是,是，,有,有必,要,要设,置,置一,个,个缓,存,存，,作,作为,它,它们,之,之间,的,的缓,冲,冲，,以,以解,决,决它,们,们速,度,度上,的,的匹,配,配以,及,及由,于,于速,度,度不,一,一致,而,而造,成,成数,据,据的,丢,丢失,和,和紊,乱,乱。,（,2,）缓,存,存起,中,中转,站,站的,作,作用,缓存,可,可以,是,是内,存,存与,外,外存,之,之间,的,的中,转,转站,（,3,）使,得,得一,次,次输,入,入的,信,信息,能,能够,多,多次,使,使用,这主,要,要是,用,用在,文,文件,系,系统,中,中，,由,由于,有,有的,文,文件,是,是可,以,以共,享,享的,，,，所,以,以会,出,出现,多,多个,任,任务,同,同时,需,需要,使,使用,一,一个,文,文件,的,的情,况,况，,这,这样,就,就可,以,以从,缓,缓存,中,中读,取,取所,需,需内,容,容，,而,而不,必,必启,动,动,I/O,到外存上,去,去读取；,另,另外，在,通,通道或控,制,制器内设,置,置局部寄,存,存器作为,缓,缓冲寄存,器,器，可暂,存,存,I/O,信息，以,减,减少中断,CPU,的次数。,*,11,缓冲的实,现,现方式,（,a,）硬件方,式,式,一般是采,用,用专用硬,件,件缓冲器,，,，如,I/O,控制器中,的,的数据缓,冲,冲寄存器,等,等。,（,b,）软件,方,方式,开辟出,一,一个具,有,有,N,个单元,的,的专用,缓,缓冲区,，,，以便,临,临时存,放,放,I/O,操作期,间,间的数,据,据。,操作系,统,统为每,一,一个缓,冲,冲区建,立,立一个,数,数据结,构,构，称,为,为缓存,控,控制块,BCB,（,buffercontrolblock,）。操,作,作系统,通,通过,BCB,对每一,个,个缓存,实,实施具,体,体的管,理,理。,常用的,缓,缓冲技,术,术有三,种,种：单,/,双缓冲,、,、环形缓,冲,冲、缓冲池,*,12,双缓冲,系统设,置,置两个,缓,缓冲区,，,，,BUF1,和,BUF2,，各进,程,程使用,这,这两个,缓,缓冲区,。,。这种,缓,缓冲技,术,术是最,简,简单的,，,，用于,低,低频度,活,活动的,I/O,系统。,解决两,台,台外设,、,、打印,机,机和终,端,端之间,的,的并行,操,操作的,办,办法是,设,设置双,缓,缓冲，,也,也就是,设,设置两,个,个缓冲,区,区，分,别,别用于,外,外设的,输,输入和,输,输出。,工作过,程,程：首,先,先输入,将,将数据,送,送入,BUF1,，然后,，,，申请,BUF2,，在向,BUF2,输入数,据,据的同,时,时，输,出,出进程,可,可从,BUF1,中取数,据,据。同,理,理，向,BUF1,输入与,从,从,BUF2,中取数,据,据可以,并,并行。,*,13,环形缓冲,在系统中设,置,置若干缓冲,区,区，并把这,些,些缓冲区链,接,接起来，这,样,样若干个缓,冲,冲区就形成,了,了一个环，,故,故称环形缓,冲,冲区。,环形缓冲技,术,术的使用,:,设置一个输,入,入指针,in,、一个输出,指,指针,out,、开始指针,strat,，开始指针,strat,指向环形缓,冲,冲中的第一,个,个缓冲区。,系,系统初始时,，,，,strat=in=out,。,*,14,输入时，要,判,判断,in,是否与,out,相等，若相,等,等，则要等,待,待。否则，,将,将信息送入,in,指向的缓冲,区,区，填满后,，,，将缓冲区,中,中的指向下,一,一个缓冲区,的,的指针,next,置,in,，如此类推,。,。,输出时，首,先,先判断,out=in,，若相等，,则,则等待（意,味,味着系统中,没,没有数据可,取,取）。否则,，,，取出缓冲,区,区中的信息,，,，将缓冲区,中,中的,next,置,out,；,*,15,缓冲池,系统在自由,主,主存区设置,多,多个缓冲区,，,，形成一个,缓,缓冲池。这,个,个池中的缓,冲,冲区为系统,中,中所有的进,程,程共享使用,。,。并由系统,统,统一分配和,管,管理。,缓冲池既可,以,以用于输出,也,也可以用于,输,输入。,在缓冲池管,理,理中，一个,缓,缓冲区由两,部,部分组成：,一,一部分用来,标,标识该缓冲,器,器和用于管,理,理的缓冲首,部,部，另一部,分,分是用于存,放,放数据的缓,冲,冲体。这两,部,部分有一一,对,对应的关系,。,。对缓冲池,的,的管理是