OS07设备管理PPT推荐.ppt

1、特征：速率较低、中断驱动。等。n块设备块设备：I/O传输的单位是块，如磁盘、磁传输的单位是块，如磁盘、磁带。速率高（几兆）、可随机访问任带。速率高（几兆）、可随机访问任一块、一块、DMA方式驱动。方式驱动。2022/11/4第七章 设备管理 5 3.3.按资源管理方式分类按资源管理方式分类n独独占占型型设设备备：在在任任一一段段时时间间内内最最多多有有一一个个进进程程占占用用它，字符设备及磁带机属独占型设备。即临界资源。它，字符设备及磁带机属独占型设备。n共共享享型型设设备备：多多个个进进程程对对它它的的访访问问可可以以交交叉叉进进行行，除磁带机外的块设备属共享设备。除磁带机外的块设备属共享设

2、备。n虚虚拟拟设设备备：在在一一类类设设备备上上模模拟拟另另一一类类设设备备，常常用用共共享享设设备备模模拟拟独独占占设设备备，用用高高速速设设备备模模拟拟低低速速设设备备，被模拟的设备称为虚被模拟的设备称为虚拟拟设备设备2022/11/4第七章 设备管理 67.1.2 7.1.2 设备管理的目标设备管理的目标1、设备独立性所所谓谓设设备备独独立立性性：用用户户在在编编制制程程序序时时，使使用用逻逻辑辑设设备备名名，由由系系统统实实现现从从逻逻辑辑设设备备到到物物理理设设备备（实实际际设设备备）的的转转换换。用用户户能能独独立立于于具具体物理设备而方便的使用设备。体物理设备而方便的使用设备。2

3、022/11/4第七章 设备管理 7两种类型的设备独立性两种类型的设备独立性n独独立立于于同同一一类类设设备备中中的的某某台台具具体体设设备备。如如果果一一个个系系统统中中有有若若干干台台相相同同的的设设备备，用用户户编编程程时时不不指指定定使使用用哪哪一一个个具具体体的的设设备备，而而仅仅说说明明要要使使用用哪哪一一类类设设备备，系系统统根根据据当当前前这这一一类类设设备备的的具具体体状状况况给给用用户户分分配配一一台台具具体体的的设设备备。用户不用关心他所使用的到底是哪一台设备。2022/11/4第七章 设备管理 8 n独立于不同类型的设备独立于不同类型的设备。例例如如有有一一程程序序要要

4、求求输输入入信信息息，可可以以从从各各种种不不同同类类型型的的输输入入设设备备上上给给程程序序输输入入数数据据，则则称该程序是独立于不同类型的输入设备的。称该程序是独立于不同类型的输入设备的。又又如如在在MS-DOSMS-DOS系系统统中中，程程序序的的I/OI/O操操作作不不必必指指出出在在哪哪台台设设备备上上进进行行，一一般般情情况况下下是是从从键键盘盘上上输输入入数数据据，而而在在显显示示器器上上输输出出数数据据。但但用用户户可可以以做做一一次次联联机机操操作作命命令令Ctrl+PCtrl+P，则则输出数据可以在打印机上打印出来。输出数据可以在打印机上打印出来。2022/11/4第七章

5、设备管理 92、提高设备利用率n提提高高设设备备的的使使用用效效率率是是操操作作系系统统设设备备管管理理的的重重要要目目标。标。n为为达达到到此此目目标标除除了了要要合合理理分分配配和和使使用用外外部部设设备备外外，还应努力提高设备同还应努力提高设备同CPUCPU的并行程度。的并行程度。n与此有关的技术有：通道技术和缓冲技术。与此有关的技术有：2022/11/4第七章 设备管理 103、设备的统一管理外外设设的的种种类类繁繁多多，特特性性各各异异，主主要要差差别别反反映映在在以以下下几几个方面：个方面：n速速度度：不不同同的的设设备备处处理理和和传传递递信信息息的的速速度度差差别别甚甚大大，如

6、如键键盘盘每每秒秒钟钟只只能能处处理理几几个个或或几几十十个个字字符符，而而磁磁盘盘的处理速度可达几十的处理速度可达几十MB/SMB/Sn传递单位：有的设备以字符为单位传递信息，如键传递单位：有的设备以字符为单位传递信息，如键盘。有的以块为单位传递信息，如磁盘。盘。2022/11/4第七章 设备管理 11n操操作作方方法法和和特特性性：各各种种设设备备都都有有自自己己的的特特性性和和操操作作方方法法，如如卡卡片片机机中中的的卡卡片片不不能能倒倒退退，磁带机可反绕，磁盘可随机存取。磁带机可反绕，磁盘可随机存取。n出出错错条条件件：各各种种设设备备的的出出错错条条件件不不同同，有有的的可能产生奇偶

7、错，打印机可能产生无纸错等。可能产生奇偶错，打印机可能产生无纸错等。2022/11/4第七章 设备管理 12n设设备备管管理理程程序序力力图图隐隐蔽蔽上上述述各各种种设设备备的的差差别别，向向用用户户提提供供统统一一的的设设备备使使用用接接口口，这这会会给给系系统的设计带来困难，但方便了用户。统的设计带来困难，但方便了用户。nUNIXUNIX系统把外设作为特别文件处理。系统把外设作为特别文件处理。n把把设设备备看看作作文文件件，用用操操作作文文件件的的方方法法来来操操作作设备，这极大地方便了用户。设备，这极大地方便了用户。n这种设备管理方法无疑是个重大的突破。这种设备管理方法无疑是个重大的突破

8、。2022/11/4第七章 设备管理 137.1.3 7.1.3 设备管理的功能设备管理的功能1、监视系统中所有设备的状态n一一个个计计算算机机系系统统中中存存在在着着许许多多设设备备，在在系系统统运运行行期期间间这这些些设设备备都都在在处处理理各各自自所所承承担担的的工工作作，并并处处于于各各种种不不同同的的状状态态，系系统统要要有有效效地地管管理理和和使使用用这这些些设设备备就必须监视它们的工作状态。就必须监视它们的工作状态。n系系统统为为每每个个设设备备设设置置设设备备控控制制块块DCB结结构构，在在DCBDCB中中登登记记了了设设备备的的状状态态信信息息，系系统统通通过过对对DCBDC

9、B的的查查询询来来监监视设备的活动。视设备的活动。2022/11/4第七章 设备管理 14 设备控制块（DCB）nDCBDCB是设备管理的重要数据结构。是设备管理的重要数据结构。n当一台设备进入系统时必须创立相应的当一台设备进入系统时必须创立相应的DCBDCB2022/11/4第七章 设备管理 15DCBDCB的内容的内容n设备标识符：设备标识符：每台设备唯一的名字。n设备属性：设备属性：设备的相应特性和类型n设设备备I/OI/O总总线线地地址址：设备和CPU是通过I/O总线连接起来的，它在总线上有个地址。n设备状态：设备状态：设备当时所处的状态。n等待队列指针：等待队列指针：等待使用该设备的

10、进程组成等待队列，这里存放等待队列的队首指针。2022/11/4第七章 设备管理 16图示图示2022/11/4第七章 设备管理 172、设备的分配n为进程分配设备是设备管理的主要功能之一。为进程分配设备是设备管理的主要功能之一。n设设备备分分配配包包括括：设设备备分分配配策策略略、分分配配方方式式、分配技术等。分配技术等。2022/11/4第七章 设备管理 183、I/O控制nI/O控制是设备管理的另一功能。控制是设备管理的另一功能。n它包括它包括设备驱动和设备中断处理设备驱动和设备中断处理。2022/11/4第七章 设备管理 197.2 I/O控制方式控制方式n7.2.1 7.2.1 循环

11、测试循环测试I/OI/O方式方式 n7.2.2 I/O7.2.2 I/O中断方式中断方式 n7.2.3 DMA7.2.3 DMA方式方式 n7.2.4 7.2.4 通道方式通道方式 2022/11/4第七章 设备管理 207.2.1 7.2.1 循环测试循环测试I/OI/O方式方式n早早期期，I/OI/O控控制制器器是是CPUCPU同同外外设设之之间间的的接接口口。它它有有两两个个寄寄存存器器：数数据据缓缓冲冲寄寄存存器器、控控制制寄寄存存器器。控控制制寄寄存存器器有有几几个个重重要要的的信信息息位位：启启动位、完成位、忙位动位、完成位、忙位。CPU外部设备控控制制逻逻辑辑电电路路控制寄存器控

12、制寄存器I/O控制器控制器数据寄存器数据寄存器2022/11/4第七章 设备管理 21工作过程工作过程以输入为例以输入为例1 1、把启动位置把启动位置1 12 2、反复测试完成位，为反复测试完成位，为0 0转转2 2，为，为1 1转转3 33 3、把数据从数据缓冲寄存器中读走。把数据从数据缓冲寄存器中读走。浪费大量浪费大量CPU时间时间2022/11/4第七章 设备管理 227.2.2 I/O中断方式中断方式I/O控制器能发中断。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I/O控制器控制器数据寄存器数据寄存器2022/11/4第七章 设备管理 23工作过程工作过程1 1、把启动

13、位置1，本进程（A）变为等待状态，转进程调度，调度另一进程B。2、输入完成时，控制器发出中断，中断B，通过中断进入中断处理程序。3、在中断处理程序中把数据缓冲寄存器中的数取走，放入内存特定位置M，唤醒等待进程A，中断返回到B的断点继续执行。4、在以后的某个时刻OS调度要求输入的进程A。A从M取数处理。2022/11/4第七章 设备管理 24分析分析同前相比，CPU利用率大大提高。缺点：每台设备每输入输出一个字节的数据都有一次中断。如果设备较多时，中断次数会很多，使CPU的计算时间大大减少。n为减少中断对CPU造成的负担，可采用DMA方式和通道方式。2022/11/4第七章 设备管理 257.2

14、.3 DMA方式方式n控控制制器器功功能能更更强强，除除有有中中断断功功能能外外，还还有有一一个个DMADMA控控制制机机构构。在在DMADMA控控制制器器的的控控制制下下，设设备备同同主主存存之之间可成批交换数据，不用间可成批交换数据，不用CPUCPU干预干预。2022/11/4第七章 设备管理 26工作过程工作过程1、当进程要求输入时，把内存始址（M）和要传的字节数送入DMA的内存地址寄存器和传送字数寄存器2、把启动位置1。设备开始工作。进程（A）挂起。调度另一进程（B）3、一批数据输入完成后，DMA中断B，转向中断处理程序。4、中断处理程序唤醒A，返回B的断点继续执行。5、以后OS调度A运行时，A从M处取数据处理。2022/11/4第七章 设备管理 27DMA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。n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。2022/11/4第七章 设备管理 287.2.4 7.2.4 通道方式通道方式1 1、I/OI/O系统结构系统