{设备管理}6设备管理
44页1、1,第6章 设备管理,主要内容: I/O硬件概念,设备控制器,I/O控制方式,缓冲技术,设备的使用方法,I/O层次结构,磁盘管理。 重点: I/O控制方式,缓冲区的种类,设备分配。 难点: 磁盘调度策略。,2,6.1 I/O硬件概念,6.1.1 常见I/O设备的分类,人-机交互设备(字节设备,发送接收以字节方式); 存储类型设备(块设备,读写以数据块方式); 网络通信的设备(网络接口,调制解调器)。,I/O设备的特点: 数据传输速率不同; 数据传输单位不同; 控制的复杂性不同; 设备的使用目的不同。,3,6.1.2 设备控制器(I/O部件),I/O设备通常包含一个机械部件和一个电子部件。电子部件被称做I/O部件或设备控制器(当控制多设备时:又叫总线控制器,通道控制器)。 操作系统一般只与控制器打交道,而非设备本身。 早期CPU是直接控制外部设备的,在引入I/O部件之后,才将CPU逐渐从与外设的交互细节中解放出来。,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、设备控制器和I/O设备模型,磁带,磁盘,外设,SCS
2、I总线,主板总线,设备控制器的功能: 1、接收和识别来自CPU的各种命令; 2、实现CPU与设备控制器、设备控制器与设备之间的数据交换; 3、记录设备的状态供CPU查询; 4、识别控制器的每个设备的地址;,5,控制器的任务是在外部设备与CPU(内存)之间完成比特流(外部信号)和字节流(块)之间的转换。,6,每个控制器都有一些用来与CPU通信的I/O寄存器。操作系统通过向这些寄存器写命令字来执行I/O功能。,IBM PC的I/O地址,内存,0,k,n,控制器寄存器,7,6.1.3 I/O控制方式,(1)程序直接控制方式,CPU直接控制I/O操作的全过程,包括测试设备状态、发送读写命令、传输数据。,处理机指令集应包括指令下述指令: 控制类 测试类 读写类I/O。 示例: 从外存读数据块到内存(见下一页),8,向I/O部件发读命令,读I/O部件状态寄存器,从I/O部件读字数据,将该字写入内存,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,读I/O部件状态寄存器,检查状态,从I/O部件读字数据,将该字写入内存,OK,出错处理,该块读完,OK,下一
3、 指令,未OK,中断,(2)中断控制方式,优点: CPU不必反复测试,节约了时间。 缺点:仍然消耗大量的CPU时间,10,(3)DMA方式,DMA方式的思想:DMA(直接内存存取)负责完成整个I/O操作,无需再经CPU寄存器转发,并在全部传输结束后向CPU发中断信号。,给DMA的命令中应包括: 操作类别 I/O设备的地址 读写数据在内存中的首地址 字数。,向DMA部件发读命令,读取DMA部件状态,中断,下一条指令,注意:DMA的功能可以以独立的DMA部件在系统I/O总线上完成,也可整合到I/O部件中完成。 缺点:DMA部件需与CPU竞争控制总线。,11,CPU直接控制外部设备,引入I/O部件,CPU直接控制I/O部件,引入中断驱动方式,引入DMA,I/O通道或I/O处理机,输入/输出控制方式的发展过程,12,6.2 设备输入/输出子系统,6.2.1 设备的使用方法 一、设备相关系统调用 1.申请设备。有参数说明要申请的设备名称,操作系统处理该系统调用时,会按照设备特性(独占还是分时共享)及设备的占用情况来分配设备,返回申请是否成功标志。 2.将数据写入设备。 3.从设备读取数据。 4.
4、释放设备。这是申请设备的逆操作。,说明: 主要用于对人-机交互类慢速外设的使用。 对于存储类外设,用户程序一般通过文件的访问。,13,在UNIX中,可以用如下的系统调用将数据直接写入软盘中: fd=open(“/dev/fd0”,ORDRW);申请软盘,/dev/fd0代表软盘。 lseek(fd,1004,0);将软盘当前I/O位置定位到1024字节位置。 Write(fd,buffer,36);将用户缓冲区buffer中的36个字节写入软盘10241059字节。 close(fd) ;释放软盘。,14,二、独占式使用设备 如打印机,15,三、分时式共享使用设备 独占式使用设备时,设备利用率很低。 分时式共享:以一次I/O为单位分时使用设备,不同进程的I/O操作请求以排队方式分时地占用设备进行I/O。 注:针对一个逻辑上完整的数据的I/O操作。 如:终端设备,磁盘设备。,16,请求,请求,设备,图6.6 排队使用设备,17,产生的条件:I/O中断;通道;磁盘。 SPOOLing(并发的外部设备联机操作)的基本思想:用磁盘设备作为主机的直接输入/输出设备,即主机从磁盘选取作业并运行,结
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