设备与I_O管理教学PPT设备管理(新).ppt

1.i/o性能经常成为系统性能的瓶颈 (1)cpu性能不等于系统性能，响应时间也是一个重要因素 (2)cpu性能越高，与i/o差距越大 弥补：更多的进程 (3)进程切换多，系统开销大 2.操作系统庞大复杂的原因之一是：资源多、杂，并发，i/o 外设种类繁多，结构各异 输入输出数据信号类型不同，速度差异很大 3.理解i/o的工作过程与结构是理解操作系统的工作过程与结构的关键 4.与其他功能联系密切，特别是文件系统 用途 存型 磁，磁，光 io型 描，打印机，mouse，keyboard，monitor，网卡， etc. 管理 共享型（型） 多个程的 io操作以位可以交叉 独占型（型） 多个程的 io操作以位不宜交叉 独占型（字符型） 多个程的 io操作以字符位不能交叉 头标 信息块 信息块 信息块 . 尾标 间隙 操作：反绕，正向查找，反向查找，读，写， 地址：一维 文件：顺序结构（一个文件占若干连续块） 磁盘组的物理特性 盘面0 盘面1 盘面2 盘面m-1 扇区n-1 扇区0 扇区1 柱面0柱面l-1 引臂 柱面号i 盘面号j 扇区号k 块号b（一维地址 ） （三维地址 ） 编址方法：使相邻块物理上最近 例子：l=2; m=3; n=3 柱面号：0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 盘面号：0 0 0 1 1 1 2 2 2 0 0 0 1 1 1 2 2 2 扇区号：0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 块 号：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 未考虑读写延迟的扇区编号： 扇区0 扇区7 扇区6 扇区5 扇区4 扇区3 扇区2扇区1 扇区0 扇区7 扇区3 扇区6 扇区2 扇区5 扇区1扇区4 考虑读写延迟的扇区编号(单交错)： 扇区0 扇区5 扇区2 扇区7 扇区4 扇区1 扇区6扇区3 考虑读写延迟的扇区编号(双交错)： 程序方式 (programmed io) cpu and device can not work in parallel 中断方式 (interrupt) cpu and device can work in parallel, too many interrupts for cpu 通道方式 (channel) special processor for dealing with io operations 直接内存方式 (dma) dma controller in charge of block io cpu启动设备 完成 ft 缺点: 处理机与设备串行工作; 消耗大量处理机时间. cpu 算 启 算 算 中断理 算 设备: 工 作 特点: cpu与设备并行工作 设备多时对cpu打扰多 direct memory access 作用： 在没有 cpu的作用下，和内存之成批行数据 交。 dma控制器 通道 io操作的理机 指令系 基本操作：、写、控制、移、束 指令格式：（操作，量，特征位， 地址） 运控部件 caw，ccw，csw，cdw 存区域（与 cpu共用内存 ,通道内有冲区） 通道程序， io数据（ channel does have its buffers） 通道程序执行过程： 是通道结束命令 执行此命令 f 向cpu发中断 一条通道指令可以传送一组数据，一个通道程序可以传 送多组数据，可以控制若干设备进行多次io传输。多组 数据全部传输完毕后响处理器发送一次中断。 t 通道类型: 1. 字节多路通道(byte multiplexer channel) 多个非分配型子通道，连接低速外围设备 2. 数组选择通道(block selector channel) 一个分配型子通道，连接多台高速设备 3. 数组多路通道(block multiplexer channel) 多个非分配型子通道，连接多台高速设备 选择通道 磁盘 内存储器 处理机 磁带 数据结构 设备控制块(ucb) 通道控制块(ccb) 设备标识 设备状态 占有设备进程 通道标识 通道状态 通道类型 占有通道进程 系统设备表(sdt) 通道程序 ccw指令序列 静制或生成 启 通道启 中断理 通道向 cpu中断 8.5 设备驱动 设备 caw ccw cdw csw 数据区 启动 中断 内存 cpu 通道 化服序 考因素 公平性 防止死 高效性 减少磁引臂移量 某有 40个磁道，磁从一个磁道移到另一个 磁道需要 6ms。文件在磁上非存放，上 相的数据的平均距离13个磁道，每的旋 延及分100ms和25ms。：（ 1）取一个 100的文件需要多少？（2）如 果磁行整理使同一文件的磁尽量靠 ，以使相的数据的平均距离2个磁道， 取100的文件需要多少？（8分） 每次取 1的 =道 +旋延 + t=(13*6+100+25)*100 t=(2*6+100+25)*100 先到先 服（ fcfs） 求序列： 130，42，180，15，108，68，97 最短找先（sstf） 求序列： 130，42，180，15，108，68，97 scan（look） 特点：所有磁道的最长等待时间相同 特点：所有磁道的最长等待时间相同 空缓冲空缓冲空缓冲 head 共n个 var buf_num:semaphore; (init n) mutex:semaphore; (init 1) 1. 申请 2. 释放 (1) p(buf_num) p(mutex) (2) p(mutex) 空缓冲入链头 (3) 取链头空缓冲 v(mutex) (4) v(mutex) v(buf_num) 8.7.5 缓冲技术实现：输入设备 进程空间 缓冲 输入设备 缓冲 缓冲 io链 进程方面 ： 中断方面 ： io链空 设备忙 申请空缓冲 启动设备 等待 由io链取一缓冲 释放空缓冲 缓冲入io链 有等待进程 唤醒 传输完毕 申请空缓冲 启动设备 ft ft ft t f 8.7.5 缓冲技术实现：输出设备 进程空间 缓冲 输出设备 缓冲 缓冲 io链 进程方面 ： 中断方面 ： 申请一空缓冲 设备忙 启动设备缓冲入io链 传输完 tf ft 释放空缓冲 io链空 取一缓冲 启动设备 tf 8.7.5 输入输出设备： (磁带、磁盘) 缓冲区头 缓冲区体 设备块号 io标识 等待进程 块型缓冲区： 进程空间 缓冲 io设备 缓冲 缓冲 io链 进程方面(输入) ： 进程方面(输出)：中断方面： 申请空缓冲 填写头部 设备工作 入io链尾启动设备 释放缓冲 申请空缓冲 填写头部 设备工作 启动设备入io链 输入 唤醒 等待 者 释放 空缓 冲 io链空 取一缓冲 启动设备 ft ft tf f t 等待 概念 利用共享型的数量多、速度快的独占 型 引入 用直接使用独占型效率低 入型虚 出型虚 虚的例子 spooling入 spooling出 进程独占此设备 虚拟 设备 虚拟 设备 虚拟 设备 虚拟 设备 进程 独占设备 共享设备（ 如磁盘） 间断传输 连续传输 输入井 预输入进程 预输入进程 通道 通道 内存 spooling输入程序（1）vs. spooling输入进程（n ） 有待输入作业 有空闲作业表 等待 等待 取一“空闲”作业表为jcb 作业状态改为“提交” 申请输入井空间 填写jcb 作业状态改为“后备” 作业调度1等待 “后备”作业 唤醒 spooling 输入程序 f