操作系统设备管理概要1课件

1、操作系统原理操作系统原理 Operating System 本章主要内本章主要内容容计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 控制计算机所有输入/输出设备是操作系统的主要功能之一。在计算机系统中，除了CPU和内存之外，其他的大部分硬件设备称为外部设备。包括常用的输入输出设备、外存设备以及终端设备等。这些设备种类繁多、特性各异、操作时的区别也很大，从而使得操作系统的设备管理变得十分复杂，因此，设备管理是操作系统中最庞杂和琐碎的部分。操作系统原理操作系统原理 Operating System 计算机操作系统计算机操作系统 Opera

2、ting System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.1.1 5.1.1 设备分类设备分类5.1.2 5.1.2 设备控制器设备控制器5.1.3 5.1.3 设备通道设备通道计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 设备的种类和数量越来越多，结构也越来越复杂，为了管理上的方便，通常按不同的观点，从不同的角度对设备进行分类。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作

3、系统设备管理概要12. 设备与控制器之间的接口设备与控制器之间的接口设备通常不直接与cpu相连，而是与设备控制器相连，三种信号线。 设备与控制器间的接口 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.1.1 5.1.1 设备分类设备分类5.1.2 5.1.2 设备控制器设备控制器5.1.3 5.1.3 设备通道设备通道计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 一般而言，设备由两大部分组成：物理设备和电子部件，为了达到设计的模块性和通用性，一般将其分开。计算机操作系统

4、计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要12 2、设备控制器的功能、设备控制器的功能 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.1.1 5.1.1 设备分类设备分类5.1.2 5.1.2 设备控制器设备控制器5.1.3 5.1.3 设备通道设备通道计算机操作系统计算机操

5、作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 通道技术的引入：通道技术的引入： 引入通道技术后，输入输出操作过程：中央处理机在执行主程序时遇到输入输出请求，则它启动指定通道上的外围设备，一旦启动成功，通道开始控制外围设备进行操作。这时CPU就可执行其它任务并与通道并行工作，直到输入输出操作完成。当主机委托的I/O任务完成后，通道发出中断信号，请求CPU处理，CPU停止当前工作，转向处理输入输出操作结束事件。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operati

6、ng System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 总线型

7、I/O系统结构 CPU存储器磁盘控制器打印机控制器其它控制器磁盘驱动器打印机系统总线计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 1. ISA和和EISA总线总线 1) ISA(Industry Standard Architecture)总线 这是为了1984年推出的80286型微机而设计的总线结构。 其总线的带宽为8位，最高传输速率为2 Mb/s。之后不久又推出了16位的(EISA)总线，其最高传输速率为8 Mb/s，后又升至16 Mb/s， 能连接12台设备。 2) EISA(Extended ISA)总线 计算机操作系统计算

8、机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要12. 局部总线局部总线(Local Bus) VESA(Video Electronic Standard Association)总线 2) PCI(Peripheral Component Interface)总线 操作系统原理操作系统原理 Operating System 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 输入输出控制在计算机处理中具有重要的地位，为了有效地实现物理I/O操作，必须通过软、硬件技术，对CPU和I/O设备的职能进行

9、合理分工，以调节系统性能和硬件成本之间的矛盾。随着计算机技术的发展，I/O控制方式逐渐由简到繁，由低级到高级，其主要的发展方向是CPU与外围系统并行工作。 按照I/O控制器功能的强弱，以及和CPU之间联系方式的不同，可把I/O设备控制方式分为四类，它们的主要差别在于CPU和外围设备并行工作的方式、并行工作的程度不同。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.2.1 5.2.1 程序直接控制程序直接控制I/OI/O方式方式5.2.2 5.2.2 中断驱动方式中断驱动方式5.2.3 DMA5.2.3 DMA方式方式5.2.4 5.

10、2.4 通道方式通道方式计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 程序直接控制I/O方式（programmed I/O）又称程序查询方式，在尚无中断的早期计算机系统中，输入输出完全由CPU控制。在这种方式下，输入输出指令或询问指令测试一台设备的“忙/闲”标志位，决定主存储器和外围设备是否交换一个字节或一个字。每传送一个字节或一个字，CPU都要循环地执行状态检查。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System

11、 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.2.1 5.2.1 程序直接控制程序直接控制I/OI/O方式方式5.2.2 5.2.2 中断驱动方式中断驱动方式5.2.3 DMA5.2.3 DMA方式方式5.2.4 5.2.4 通道方式通道方式计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 中断技术的引入，是为了消除程序直接控制方式中设备驱动程序不断地轮询控制器状态寄存器的开销，进一步提高系统并行工作的程度。中断技术结合在硬件中实现后，外围设备有了反映其状态的能力，仅当I/O操作正常或异常结束后，由设备控制器“自动地”通知设备驱动程序

12、，这时才中断CPU，实现了一定程度的并行操作，这就叫中断驱动方式（interrupt-driven I/O）。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.2.1 5.2.1 程序直接控制程序直接控制I/OI/O方式方式5.2.2 5.2.2 中断驱动方式中断驱动方式5.2.3 DMA5.2.3 DMA方式方式5.2.4 5.2.4 通道方式通道方式计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备

13、管理概要操作系统设备管理概要1 DMA DMA控制方式的引入控制方式的引入：虽然程序中断方式消除了程序查询方式的“忙式”测试，提高了CPU的利用率，但是CPU在响应中断请求后，必须停止现行程序转入中断处理程序并参与数据传输操作。例如，要从键盘输入1KB的数据，就需要中断1024次CPU。如果I/O设备能直接与主存交换数据而不占用CPU，那么CPU的利用率还可提高，这就出现了直接存储器存取(Direct Memory Access，DMA)方式。DMA方式适用于具有DMA控制器的计算机系统。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1

14、DMADMA控制器至少需要以下逻辑部件：控制器至少需要以下逻辑部件：计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 DMA DMA控制方式的工作原理控制方式的工作原理 地址计数控制CPU控制器磁盘控制器主存驱动器缓冲区图5-10 DMA 方式总线（1）CPU对DMA控制器进行编程（2）DMA请求 传送到内存（3）数据传送（4）应答(5)完成后发中断信号计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1DMADMA方式的特点：方式的特点： 数据在内存和设备之间直接传送，传送过程中不

15、需要CPU干预。 仅在一个数据块传送结束后，DMA控制器才向CPU发送中断请求。 数据的传送控制工作完全由DMA控制器完成，速度快，适用于高速设备的数据成组传送。 在数据传送过程中，CPU与外设并行工作，提高了系统效率。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.2.1 5.2.1 程序直接控制程序直接控制I/OI/O方式方式5.2.2 5.2.2 中断驱动方式中断驱动方式5.2.3 DMA5.2.3 DMA方式方式5.2.

16、4 5.2.4 通道方式通道方式计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1操作 PR计数内存地址WRITE 0080813WRITE001401034WRITE01605830WRITE013002000WRITE002501850WRITE11250720计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操

17、作系统设备管理概要操作系统设备管理概要13 3通道方式处理过程通道方式处理过程 当进程要求设备输入数据时，CPU发出启动指令，并指明要进行的I/O操作、使用设备的设备号和对应的通道。 通道接收到CPU发来的启动指令后，把存放在内存的通道处理程序取出，开始执行通道指令。 执行一条通道指令，设置对应设备控制器中的控制状态寄存器。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 设备根据通道指令的要求，把数据送往内存指定区域，如果本指令不是通道处理程序的最后一条指令，取下一条通道指令，并转继续执行；否则执行。 通道处理程序执行结束，通道向C

18、PU发中断信号请求CPU做中断处理。 CPU接到中断处理信号后进行善后处理，然后返回被中断进程继续执行。操作系统原理操作系统原理 Operating System 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.3.1 I/O5.3.1 I/O软件的目标软件的目标5.3.2 I/O5.3.2 I/O中断处理程序中断处理程序5.3.3 I/O5.3.3 I/O设备驱动程序设备驱动程序5.3.4 5.3.4 与设备无关的与设备无关的I/OI/O软件软件5.3.5 5.3.5 用户空间的用户空间的I/OI/O软件软件计算机操作系统计算机操

19、作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 I/O软件的总体设计目标是：高效率高效率和通用性通用性。 通常，I/O软件设计时主要考虑以下问题：设备无关性 (Device Irrespective)、统一命名(Uniform Naming)、出错处理(Error Handling)、同步(Synchronous)、缓冲(Buffering)、独占型外围设备和共享型外围设备。 为了合理、高效地解决以上问题，操作系统通常把I/O软件组织成以下四个层次：计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15

20、.3.1 I/O5.3.1 I/O软件的目标软件的目标5.3.2 I/O5.3.2 I/O中断处理程序中断处理程序5.3.3 I/O5.3.3 I/O设备驱动程序设备驱动程序5.3.4 5.3.4 与设备无关的与设备无关的I/OI/O软件软件5.3.5 5.3.5 用户空间的用户空间的I/OI/O软件软件计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 中断处理程序是紧挨硬件的最内层软件，是与硬件设备密切相关的软件。所以中断是应该尽量加以屏蔽的概念，放在操作系统的底层进行处理，以便其余部分尽可能少地与之发生联系。每个进程在启动一个I/O

21、操作后将阻塞，然后等待I/O操作的完成。当I/O操作完成并产生一个中断时，由操作系统接管CPU后转中断处理程序执行，中断处理程序执行相应的处理，并解除相应进程的阻塞状态。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1中断处理程序的处理过程中断处理程序的处理过程: 1. 唤醒被阻塞的驱动程序进程 2. 保护被中断的CPU环境 3. 转入相应的设备处理程序 4. 中断处理5. 恢复中断进程的现场计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1中断现场保护示意图 PSW程序状态字P

22、C(N1)程序计数器R0Rn寄存器开始返回用户程序中断服务子例程PSWPC(N1)中断栈TTM线指针YNN1R0Rn计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1唤醒被阻塞的驱动程序进程对被中断进程的CPU环境进行保护分析中断原因，转入相应的中断处理程序终端中断处理程序打印机中断处理程序磁盘中断处理程序恢复被中断进程的CPU现场返回被中断的进程，继续执行中断请求信号中断处理流程计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.3.1 I/O5.3.1 I/O软件的目标软件的目

23、标5.3.2 I/O5.3.2 I/O中断处理程序中断处理程序5.3.3 I/O5.3.3 I/O设备驱动程序设备驱动程序5.3.4 5.3.4 与设备无关的与设备无关的I/OI/O软件软件5.3.5 5.3.5 用户空间的用户空间的I/OI/O软件软件计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 不同设备的控制器中寄存器的个数以及能够识别的命令的性质有着本质的不同，所以每个连接到计算机上的I/O设备都需要某些特定的代码来对其控制，这样的代码称为设备驱动程序（Device Driver），它一般由设备的制造商编写并连同设备一起交付。

24、因为每一个操作系统都需要自己的设备驱动程序，所以设备制造商通常要为不同的操作系统提供驱动程序。设备驱动程序中包括了所有与设备相关的代码，是直接与硬件打交道的模块。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 设备驱动程序在系统中的逻辑定位设备驱动程序在系统中的逻辑定位用户程序核心I/O子系统打印机驱动程序扫描仪驱动程序CD-ROM驱动程序打印机控制器扫描仪控制器CD-ROM控制器用户进程设备驱动程序接口 用户空间内核空间设备硬

25、件操作系统内核计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 设备驱动程序的组成 设备驱动程序的注册与注销。 设备的打开与释放。 设备的读/写操作 设备的控制操作。 设备的中断或轮询处理。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1(3)设备驱动程序的处理过程设备驱

26、动程序的处理过程 将抽象要求转换为具体要求将抽象要求转换为具体要求 2. 检查检查I/O请求的合法性请求的合法性 3. 读出和检查设备的状态读出和检查设备的状态 4. 传送必要的参数传送必要的参数 5. 工作方式的设置工作方式的设置 6. 启动启动I/O设备设备 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.3.1 I/O5.3.1 I/O软件的目标软件的目标5.3.2 I/O5.3.2 I/O中断处理程序中断处理程序5.3.3 I/O5.3.3 I/O设备驱动程序设备驱动程序5.3.4 5.3.4 与设备无关的与设备无关的I/O

27、I/O软件软件5.3.5 5.3.5 用户空间的用户空间的I/OI/O软件软件计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 1. 设备独立性设备独立性(Device Independence)的概念的概念 为了提高OS的可适应性和可扩展性，在现代OS中都毫无例外地实现了设备独立性，也称为设备无关性。 其基本含义是： 应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备这两个概念。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 在实现了设备独立性的功

28、能后， 可带来以下两方面的好处。 1) 设备分配时的灵活性 2) 易于实现I/O重定向 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要12. 设备独立性软件设备独立性软件 1) 执行所有设备的公有操作 对独立设备的分配与回收； 将逻辑设备名映射为物理设备名； 对设备进行保护； 缓冲管理； 差错控制。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要12) 向用户层向用户层(或文件层或文件层)软件提供统一接口软件提供统一接口 无论何种设备， 它们向用户所提供的接口应该是相同的。 例如，

29、 对各种设备的读操作，在应用程序中都使用read; 而对各种设备的写操作，也都使用write。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要13. 逻辑设备名到物理设备名映射的实现逻辑设备名到物理设备名映射的实现 逻辑设备表（三项）2) LUT的设置问题（两种）系统中只有一张LUT每个用户有一张LUT逻辑设备表 逻辑设备名物理设备名驱动程序入口地址/dev/tty/dev/printer3510242046逻辑设备名/dev/tty/dev/printer系统设备表指针35(a)(b)计算机操作系统计算机操作系统 Operating

30、System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.3.1 I/O5.3.1 I/O软件的目标软件的目标5.3.2 I/O5.3.2 I/O中断处理程序中断处理程序5.3.3 I/O5.3.3 I/O设备驱动程序设备驱动程序5.3.4 5.3.4 与设备无关的与设备无关的I/OI/O软件软件5.3.5 5.3.5 用户空间的用户空间的I/OI/O软件软件计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 尽管大部分I/O软件在操作系统中，但用户空间也有一小部分，通常它们以库函数的形式出现，甚至是在核心外运行的完整程序。例如用户编写

31、的C程序中可以使用标准I/O 库函数，经编译以后，用户程序就和相应的库函数链接在一起了，然后装入内存运行。而库函数代码中要使用系统调用（其中包括I/O系统调用），经过系统调用进入操作系统，为用户提供相应的服务。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 1. SPOOLing 为了缓和CPU的高速性与I/O设备低速性间的矛盾而引入了脱机输入、 脱机输出技术。 该技术是利用专门的外围控制机， 将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；或者相反。事实上， 当系统中引入了多道程序技术后，完全可以利用其中的一道程序，来模拟脱机输入时的外

32、围控制机功能，把低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，把数据从磁盘传送到低速输出设备上。这样，便可在主机的直接控制下，实现脱机输入、 输出功能。 此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行， 我们把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，或称为假脱机操作。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要12. SPOOLing系统的组成系统的组成 SPOOLing系统的组成 计算机操作

33、系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要13. 共享打印机共享打印机 共享打印机技术已被广泛地用于多用户系统和局域网络中。 当用户进程请求打印输出时， SPOOLing系统同意为它打印输出， 但并不真正立即把打印机分配给该用户进程， 而只为它做两件事： 由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区， 并将要打印的数据送入其中； 输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，并将用户的打印要求填入其中， 再将该表挂到请求打印队列上。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1

34、4. SPOOLing系统的特点系统的特点 提高了I/O的速度。 (2) 将独占设备改造为共享设备。 (3) 实现了虚拟设备功能。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1应用进程应用进程设备无关设备无关中断处理程序中断处理程序设备控制器设备控制器命令命令状态状态数据数据系统接口系统接口硬件接口硬件接口设备管理的层次结构设备管理的层次结构文件文件管理器管理器设备驱动程序设备驱动程序I/O 请求请求I/O 应答应答进行进行I I / / O O 调用调用格式化格式化I I / / O OSPOOLINGSPOOLING命名命名保护

35、保护阻塞阻塞缓冲缓冲分配分配建立设备寄存器建立设备寄存器检查状态检查状态控制设备控制设备执行执行I/O 操作操作当当 I/ O结束时结束时， 唤醒驱动程序唤醒驱动程序操作系统原理操作系统原理 Operating System 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.4.1 5.4.1 缓冲的引入缓冲的引入5.4.2 5.4.2 单缓冲单缓冲5.4.3 5.4.3 双缓冲双缓冲5.4.4 5.4.4 循环缓冲循环缓冲5.3.5 5.3.5 缓冲池缓冲池计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备

36、管理概要操作系统设备管理概要1 在设备管理中，引入缓冲区的主要原因主要原因： 缓冲有硬缓冲硬缓冲和软缓冲软缓冲之分计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.4.1 5.4.1 缓冲的引入缓冲的引入5.4.2 5.4.2 单缓冲单缓冲5.4.3 5.4.3 双缓冲双缓冲5.4.4 5.4.4 循环缓冲循环缓冲5.3.5 5.3.5 缓冲池缓冲池计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概

37、要操作系统设备管理概要15.4.1 5.4.1 缓冲的引入缓冲的引入5.4.2 5.4.2 单缓冲单缓冲5.4.3 5.4.3 双缓冲双缓冲5.4.4 5.4.4 循环缓冲循环缓冲5.3.5 5.3.5 缓冲池缓冲池计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.4.1 5.4.1 缓冲的引入缓冲的引入5.4.2 5.4.2 单缓冲单缓冲5.4.3 5.4.3 双缓冲双缓冲5.4.4 5.4.4 循环缓冲循环缓冲5.3.5 5.

38、3.5 缓冲池缓冲池计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 循环缓冲的组成循环缓冲的组成计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.4.1 5.4.1 缓冲的引入缓冲的引入5.4.2 5.4.2 单缓冲单缓冲5.4.3 5.4.3 双缓冲双缓冲5.4.4

39、 5.4.4 循环缓冲循环缓冲5.3.5 5.3.5 缓冲池缓冲池计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 Getbuf过程和过程和Putbuf过程过程 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1Procedure Putbuf(type, number)计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1

40、缓冲区的工作方式缓冲区的工作方式操作系统原理操作系统原理 Operating System 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 在计算机系统中，设备、控制器和通道等资源是有限的，并不是每个进程随时都可以得到这些资源。在多道程序环境下，系统中的设备供所有进程使用，为防止诸进程对系统资源的无序使用，系统规定设备由系统统一分配，以提高设备利用率并避免死锁。每当进程向系统提出I/O请求时，只要是可能的和安全的，设备分配程序便把设备分配给它，必要时还可能要分配控制器和通道，分配的顺序是：分配设备、分配控制器、分配通道。 计算机操作系

41、统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.5.1 5.5.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构5.5.2 5.5.2 设备独立性设备独立性5.5.3 5.5.3 设备分配技术设备分配技术计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要11. 设备控制表设备控制表DCT 设备控制表 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要12. 控制器控制表、控制器控制表、 通道控制表和系统设备表通道控制表和系统设备表 COCT、

42、 CHCT和SDT表 (c) 系统 设 备 表 SDT控制器标识符：controllerid控制器状态：忙/闲与控制器连接的通道表指针控制器队列的队首指针控制器队列的队尾指针通道标识符：channelid通道状态：忙/闲与通道连接的控制器表首址通道队列的队首指针通道队列的队尾指针(a) 控制器表 COCT(b) 通道表 CHCT表目 1表目 i设备类设备标识符DCT驱动程序入口计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.5.1 5.5.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构5.5.2 5.5.2 设备分配考虑的因素设备分配

43、考虑的因素5.5.3 5.5.3 设备分配技术设备分配技术计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要11. 设备的固有属性设备的固有属性 独享设备。（独占设备，设备不能充分利用） (2) 共享设备。（考虑先后次序） (3) 虚拟设备。 （考虑先后次序）计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要12. 设备分配算法设备分配算法 先来先服务。 (2) 优先级高者优先。 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要13

44、. 设备分配中的安全性设备分配中的安全性 安全分配方式 不安全分配方式 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.5.1 5.5.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构5.5.2 5.5.2 设备独立性设备独立性5.5.3 5.5.3 设备分配技术设备分配技术计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1计算机操作系统计算机操作系统 Operating Sy

45、stem 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要14.4.设备分配程序设备分配程序操作系统原理操作系统原理 Operating System 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要15.6.1 5.6.1 磁盘的物理性能磁盘的物理性能5.6.2 5.6.2 磁盘调度算法磁盘调度算法5.6.3 5.6.3 磁盘调度算法的比较磁盘调度算法的比较5.6.4 5.6.4 磁盘的错误处理磁盘的错误处理5.6.5 5.6.5 独立磁盘冗余阵列独立磁盘冗余阵列 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理

46、概要操作系统设备管理概要1磁盘磁盘 磁盘是一种直接存取存储设备，又叫随机存取存储设备。从不同的角度进行分类，可将磁盘分成硬盘和软盘；单片盘和多片盘；固定磁头和活动磁头等。磁盘读与写的速度相同，为了提高可靠性，可将若干磁盘组成阵列。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1磁盘的物理结构磁盘的物理结构计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要11. 数据的组织和格式数据的组织和格式 Gap102031292293Field GapField GapGap FieldGap

47、 FieldGap17741515201774151520IDDataIDDataGap1292293Field GapField1774151520IDDataSectorPhysical Sector 0Physical Sector 1Physical Sector 29BytesSynchByteTrack#Head#Sector#Bytes 1211CRC3SynchByteDataCRC15122600 Bytes/SectorGap磁盘的格式化 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要12. 2. 磁盘的类型磁盘的类

48、型 1) 固定头磁盘 2) 移动头磁盘 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要13. 3. 磁盘访问时间磁盘访问时间T Ta asnmTsrNbTtrNbrTTTTTstsa21R为磁盘的转速，N为一条磁道上的字节数，b是每次读写的字节数。计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要14.4.影响存取访问速度的几个因素影响存取访问速度的几个因素 循环排序循环排序例：考虑磁道保存4个记录的旋转型设备，假定收到四个I/O请求。 请求次序 记录号 （1） 读记录4 （2） 读记录3 （3） 读记录2 （4） 读记录1计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 例：信息在存储空间的排列方式会影响存取等待时间。考虑10个逻辑记录A，B，J被存于旋转型设备上，每道存放10个记录，安排如下： 物理块 逻辑纪录 1-10 A-J 处理10个记录的总时间(旋转速度20ms)： 214毫秒 计算机操作系统计算机操作系统 Operating System 操作系统设备管理概要操作系统设备管理概要1 每个记录重复记录在设备的多个区域，读相同的每个记录重复记录在设备的多个区域，读相同的数据，有几个交替地址，也称为多