操作系统-6设备管理PPT推荐.ppt

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6.1.1设备类型和特征6.1.2设备管理的任务和功能返回6.1.1外部设备类型和特征人机交互设备：

视频显示设备、键盘、鼠标、打印机与计算机或其他电子设备交互的设备：

磁盘、磁带、传感器、控制器计算机间的通信设备：

网卡、调制解调器返回1.按交互对象分类2.按交互方向分类输入（可读）：

键盘、扫描仪输出（可写）：

显示设备、打印机输入/输出（可读写）：

磁盘、网卡存储设备输入输出设备终端设备脱机设备外围设备3.按使用特性分磁带机硬盘光盘绘图仪扫描仪键盘打印机1）系统设备（SystemDevice）：

这类设备属于计算机中最基本的标准配置设备，常常在操作系统启动时自动完成设备的登录。

如打印机、键盘、显示器和磁盘驱动器等都属于这种类型的设备。

2）用户设备（UserDevice）：

这类设备属于非标准配置，可由用户根据实际需要连入系统，在使用之前通过运行对应的驱动程序进行安装、登录。

如绘图仪、扫描仪等。

4.以设备的隶属关系划分：

1）字块设备（BlockDevice）：

这种设备也称为存储型设备，在其上信息的组织、安排，都以块为单位进行，在进行存取访问时，也是以块进行计量的。

常见的有磁盘驱动器、磁带机、磁鼓等。

2）字符设备（CharacterDevice）：

字符设备上的信息，是以字符为单位来组织安排的,这类设备也称为输入/输出型设备.在信息存取调用时,都是以字符为单位来访问的。

如键盘、纸带输入机、磁卡机等属于该类型设备。

5按信息组织方式划分：

1）独占设备（IndependenceDevice）：

一次只允许分给一个用户作业使用的设备。

设备一旦被分出去后，在作业的整个执行期间都被单独占用，别的作业不能与之共用，必须等占用释放后才可再用。

而且，这类设备如果分配不当，可能会造成死锁。

多数是一些慢速设备，如磁卡机、打印机、A/D、D/A转换器等。

6.从资源分配角度进行划分2）共享设备（ShareDevice）：

一次可以允许多个作业同时进行访问的设备。

各作业在执行期间内，可以交替分时地对共享设备进行占用。

它是一个作业还未撤离设备，另一个作业便可使用的设备。

常见的有磁盘、磁鼓等。

3）虚拟设备（VirtualDevice）：

严格来讲，虚拟设备是一种设备管理的技术。

采用该技术可以使慢速独占设备的使用方式变为共享设备的使用方式，以利于独占设备使用效率的提高。

在现代计算机系统中，主要采用了SPOOLING系统来实现以完成此功能。

低速（如键盘）、中速（如打印机）、高速（如网卡、磁盘）7.按数据传输率：

逻辑设备逻辑设备物理设备物理设备8.从程序使用角度分1.按照用户的请求，控制设备的各种操作，完成I/O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；

设备中断处理；

缓冲区管理），最终完成用户的I/O请求6.1.2设备管理的任务和功能2.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方便性友好界面透明性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I/O的差异性）3.充分利用各种技术（通道，中断，缓冲等）提高CPU与设备、设备与设备之间的并行工作能力，充分利用资源，提高资源利用率并行性均衡性（使设备充分忙碌）4.保证在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定策略分配和管理各种设备，使系统能有条不紊的工作5.保护设备传送或管理的数据应该是安全的、不被破坏的、保密的6.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，由系统实现从逻辑设备到物理设备（实际设备）的转换用户能独立于具体物理设备而方便的使用设备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，并将其分配给一个申请进程统一性：

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优点：

设备忙碌或设备故障时，用户不必修改程序改善了系统的可适应性和可扩展性功能

（1）设备分配与回收记录设备的状态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

（2）建立统一的独立于设备的接口（3）完成设备驱动程序，实现真正的I/O操作（4）处理外部设备的中断处理（5）管理I/O缓冲区6.2数据传输控制方式返回7.2.1程序直接控制I/O（programmedI/O）I/O操作由程序发起，并等待操作完成。

数据的每次读写通过CPU。

缺点：

在外设进行数据处理时，CPU只能等待。

程序直接控制方式，也称为CPU直接询问方式。

在早期的计算机系统中，由于无中断技术与通道技术的支撑，为了控制I/O操作，往往是CPU在一条启动外设的I/O指令发出后，便检测一台设备的忙闲标志，如果外设的工作没有完成，则标志一直为忙状态，CPU便一直进行循环检测下去，直到标志为不忙为止。

然后，主存与外设之间便可以交换一定量的信息。

.这种操作方式，使CPU将大量的时间花费在循环等待上，使CPU效率发挥极差，外设也不能合理利用，整个系统的效率很低。

现在已较少使用这种方式作为I/O的数据传输控制。

返回I/O操作由程序发起，在操作完成时（如数据可读或已经写入）由外设向CPU发出中断，通知该程序。

优点：

在外设进行数据处理时，CPU不必等待，可以继续执行该程序或其他程序。

CPU每次处理的数据量少（通常不超过几个字节），只适于数据传输率较低的设备。

6.2.2中断驱动方式（interrupt-drivenI/O）6.2.3直接存储访问方式（DMA,DirectMemoryAccess）由程序设置DMA控制器中的若干寄存器值（如内存始址，传送字节数），然后发起I/O操作，而后者完成内存与外设的成批数据交换，在操作完成时由DMA控制器向CPU发出中断。

CPU只需干预I/O操作的开始和结束，而其中的一批数据读写无需CPU控制，适于高速设备。

DMA方式下的I/O控制器结构DMA方式与中断的主要区别中断方式是在数据缓冲寄存区满后，发中断请求，CPU进行中断处理DMA方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理大大减少了CPU进行中断处理的次数中断方式的数据传送是由CPU控制完成的而DMA方式则是在DMA控制器的控制下不经过CPU控制完成的不用DMA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读一个块，直到将整块信息放入控制器的内部缓冲区中其次，它做和校验计算，以核实没有读错误发生然后控制器产生一个中断。

CPU响应中断，控制转给操作系统。

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地读这个磁盘块的信息，并将其送入内存中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11，直到字节计数器等于，直到字节计数器等于00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）DMADMA工作原理工作原理窃取总线控制权窃取总线控制权存放输入数据的内存起始地址、要传送的字节数存放输入数据的内存起始地址、要传送的字节数送入送入DMADMA控制器的内存地址寄存器和传送字节计数器控制器的内存地址寄存器和传送字节计数器中断允许位和启动位置成中断允许位和启动位置成11，启动设备，启动设备发出传输要求的进程进入等待状态发出传输要求的进程进入等待状态执行指令被暂时挂起，进程调度其他进程占据执行指令被暂时挂起，进程调度其他进程占据CPUCPU输入设备不断窃取输入设备不断窃取CPUCPU工作周期，数据不断写入内存工作周期，数据不断写入内存传送完毕，发出中断信号传送完毕，发出中断信号CPUCPU接到中断信号转入中断处理程序处理接到中断信号转入中断处理程序处理中断处理结束，中断处理结束，CPUCPU返回原进程或切换到新的进程返回原进程或切换到新的进程CPU向控制器发出启动向控制器发出启动DMA通知和有关参数通知和有关参数控制器向内存发出询问请求控制器向内存发出询问请求访问内存（读、写）访问内存（读、写）计数器减计数器减1结束否结束否发中断发中断NYDMA的实现流程的实现流程通道技术1.定义：

通道是独立于CPU的专门负责数据输入/输出传输工作的处理机，对外部设备实现统一管理，代替CPU对输入/输出操作进行控制，从而使输入，输出操作可与CPU并行操作。

可以执行通道程序6.2.4通道控制方式（channelcontrol）2.引入通道的目的为了使CPU从I/O事务中解脱出来，同时为了提高CPU与设备，设备与设备之间的并行工作能力通道控制器（ChannelProcessor）有自己的专用存储器，可以执行由通道指令组成的通道程序，因此可以进行较为复杂的I/O控制，如网卡上信道访问控制。

通道程序通常由操作系统所构造，放在内存里。

执行一个通道程序可以完成几批I/O操作。

3.分类1）字节多路通道字节多路通道以字节为单位传输信息，它可以分时地执行多个通道程序。

当一个通道程序控制某台设备传送一个字节后，通道硬件就控制转去执行另一个通道程序，控制另一台设备传送信息主要连接以字节为单位的低速I/O设备。

如打印机，终端。

以字节为单位交叉传输，当一台传送一个字节后，立即转去为另一台传送字节2）选择通道选择通道是以成组方式工作的，即每次传送一批数据，故传送速度很高。

选择通道在一段时间内只能执行一个通道程序，只允许一台设备进行数据传输当这台设备数据传输完成后，再选择与通道连接的另一台设备，执行它的相应的通道程序主要连接磁盘，磁带等高速I/O设备选择通道选择通道3）成组多路通道它结合了选择通道传送速度高和字节多路通道能进行分时并行操作的优点。

它先为一台设备执行一条通道指令，然后自动转接，为另一台设备执行一条通道指令主要连接高速设备这样，对于连接多台磁盘机的数组多路通道，它可以启动它们同时执行移臂定位操作，然后，按序交叉地传输一批批数据。

数据多路通道实际上是对通道程序采用多道程序设计的硬件实现4.硬件连接