操作系统-第九章设备管理
70页1、第九章 设备管理 9.1 引言 9.1.1 设备的类别,IO设备的分类,按数据传输率分类 低速设备:键盘、鼠标等 数据传输率在每秒几个到几百字节范围。 中速设备:针式、激光打印机等 数据传输率在每秒数千字节到万字节的范围。 高速设备:磁盘、光盘等,按一次操作信息量 键盘、终端、打印机等以字符为单位组织和处理信息的设备被称为字符设备; 而磁盘、磁带等以字符块为单位组织和处理信息的设备被称为块设备。,按共享属性划分设备类型 独占设备 一段时间内只允许一个用户(进程)访问的设备; 如打印机、磁带机等顺序设备; 作为系统资源,也称为临界资源; 在多个进程并发运行的系统中,应互斥的访问该类资源。 使用方式:申请,使用,使用,使用,释放。 共享设备 一段时间内可以允许多个用户(进程)访问的设备; 如磁盘可随机访问的随机设备; 使用方式:使用,使用,使用。 虚拟设备 通过虚拟技术将独占设备变换成可以共享的逻辑设备,供多个进程同时访问。spooling技术,按适配器,CPU,磁盘适配器,USB适配器,图形适配器,内存,操作系统如何管理设备的呢?,CPU与内存 已经讲过,9.1.2 设备管理的功能和任务
2、 1、任务 A、分配设备 B、外设与CPU交换数据 C、提供用户和设备之间的接口 D、实现设备与设备、设备与CPU的并行操作,2、功能 A、将进程对设备的要求转达给设备管理程序 B、分配设备给请求进程,并使未满足设备要求的进程阻塞等待。 C、实现设备与设备、设备与CPU的并行操作 D、进行缓冲区管理,9.2 数据传送控制方式 设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或CPU之间的数据传送,本节介绍常用数据传送控制方式。 选择和衡量控制方式有如下几条原则: (1) 数据传送速度足够高,能满足用户的需要但又不丢失数据; (2) 系统开销小,所需的处理控制程序少; (3) 能充分发挥硬件资源的能力,使得I/O设备尽量忙,而CPU等待时间少。,IO操作由程序发起 处理器定期轮询IO设备的状态 直到处理完毕 有点:简单,易于实现 缺点:耗费大量的时间在设备状态的查询上,严重降低系统性能,9.2.1程序直接控制方式(CPU与 IO无并行),硬件连接方式,程序控制IO(主机询问外设),发送IO请求,读取IO状态,检查IO状态,进行IO传输,读取数据,将数据写入内存,没有就绪, 进行轮询,CPU-IO,
3、IO-CPU,出错处理,IO-CPU,CPU-内存,9.2.2 I/O中断方式 (CPU与 IO按字节并行) 硬件连接方式,中断驱动IO (外设请求主机),发送IO请求,读取IO状态,检查IO状态,进行IO传输,读取数据,将数据写入内存,CPU-IO,IO-CPU,出错处理,CPU转去执行其他任务,IO中断,中断处理是核心,就绪,中断IO的优点,优点 外设进行数据处理的时候,CPU不必等待,从而提高了CPU的使用率 能处理异常,提供系统调用 缺点 CPU每次处理的数据量比较少(通常不超过几个字节=数据缓冲寄存器的大小),DMA技术 直接访问存储器 系统总线上引入新的独立控制单元-DMA控制器 DMA控制器控制内存与IO设备之间的数据传输,9.2.3 DMA方式(CPU与 IO按块并行),1、硬件连接方式,DMA控制过程,9.2.4 通道控制方式(CPU与 IO并行),通道引入 由通道控制器处理IO 有自己专用的内存器 可执行由通道指令组成的通道程序 可进行较为复杂的IO控制,1、硬件连接方式,2、通道工作方式 为了摆脱繁杂的I/O工作,一旦有输入输出任务,CPU下达给通道,通道通过执行
4、通道程序,独立的完成输入输出工作,然后向CPU汇报。实现了设备与设备、通道与通道、通道与CPU、设备与CPU的并行操作。 通道是专门完成输入输出工作的硬件机构,也称为I/O处理器。通道有自己的指令,称通道控制字(CCW)。其指令形式为:,write 0 0 250 1850 write 1 1 250 720 以上为一简单的通道程序,表示把一个记录的500个字符分别写入从内存1850开始的250个单元,和从内存720开始的250个单元中。 通道指令在进程要求数据时,由系统自动生成,通道程序放在内存中,有一个通道地址寄存器存放通道程序的首地址。还有一个通道状态字寄存器存放通道程序的执行情况。,通道控制方式数据输入过程描述如下: A、当输入数据时,CPU发启动指令,并指出I/O操作、设备号以及对应的通道。 B、通道收到启动指令后,形成通道程序,设置对应设备的控制状态。 C、执行通道程序,将数据送入内存指定区域。 D、输入结束时,发出中断信号,请求CPU处理。 E、中断处理结束后,返回被中断的进程,继续执行。,9.3 中断技术 9.3.1 中断的基本概念 1、术语 A、中断 B、中断源 C、
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