ch-4设备管理ppt课件

1、第第4 4章章 设备管理设备管理1.2.3.本章讲述内容：本章讲述内容：4. 完成一个完成一个I/O恳求的步骤；恳求的步骤；如何管理和分配系统中的设备如何管理和分配系统中的设备 ；数据传输的各种控制方式；数据传输的各种控制方式；设备管理中常用的假设干技术设备管理中常用的假设干技术 。4.1 概述概述4.1.1 计算机设备的分类计算机设备的分类1、按设备从属关系、按设备从属关系 1系统设备：键盘、显示器、打印机系统设备：键盘、显示器、打印机 2用户设备：用户设备：o2、 按设备分配特性按设备分配特性o1独享设备：打印机独享设备：打印机o2共享设备：磁盘共享设备：磁盘o3虚拟设备：虚拟设备：SPO

2、OLing技术技术o3、按设备的任务特性、按设备的任务特性o1输入输入/输出设备：键盘输出设备：键盘o2存储设备：磁盘存储设备：磁盘柱面柱面扇区扇区磁臂磁臂磁头磁头物理地址方式：物理地址方式： 磁头号盘面号磁头号盘面号 磁道号柱面号磁道号柱面号 扇区号扇区号一次访盘恳求：一次访盘恳求：读读/ /写，磁盘地址设备号，柱面号，磁写，磁盘地址设备号，柱面号，磁头号，扇区号，内存地址源头号，扇区号，内存地址源/ /目目4.1.2 设备管理的目的和功能设备管理的目的和功能1、设备管理的目的、设备管理的目的提高外设的利用率提高外设的利用率为用户提供便利、一致的运用界面为用户提供便利、一致的运用界面2、设备

3、管理的功能、设备管理的功能1提供一组提供一组I/O命令命令2进展设备的分配与回收进展设备的分配与回收3对缓冲区管理对缓冲区管理4实现真正的实现真正的I/O操作操作4.2 输入、输出的处置步骤输入、输出的处置步骤设备驱动程序设备驱动程序初始化并启动初始化并启动I/O完成真正的完成真正的I/O前往输入前往输入/输出管理程序输出管理程序设备中断处置程序设备中断处置程序维护中断现场维护中断现场传送数据传送数据恢复现场恢复现场调用设备驱动程序调用设备驱动程序用户进程程序用户进程程序 Read(input,buffer);Buffer(缓冲区缓冲区) 输入输入/输出管理程序输出管理程序阻塞调用进程阻塞调用

4、进程验证验证I/O恳求恳求调用设备驱动程序调用设备驱动程序校验设备形状校验设备形状激活调用进程激活调用进程发出发出I/O恳求恳求4.3 设备的分配与调度算法设备的分配与调度算法o4.3.1 管理设备时的数据构造管理设备时的数据构造o1.设备控制块：记录每一台设备的根本信息设备控制块：记录每一台设备的根本信息DCB1DCBiDCBn设备标识设备标识设备类型设备类型设备状态设备状态设备请求队列指针设备请求队列指针设备驱动程序起址设备驱动程序起址其他其他o2.系统设备表：整个系一致张系统设备表：整个系一致张表目表目1表目表目i表目表目n设备标识设备标识设备类型设备类型设备设备DCT指针指针4.3.2

5、 独享设备的分配独享设备的分配独享设备：排他性设备。键盘，磁带机，打印机。独享设备：排他性设备。键盘，磁带机，打印机。 静态分配静态分配绝对号：设备的内部编号绝对号：设备的内部编号相对号：用户对设备的编号设备类，相对号相对号：用户对设备的编号设备类，相对号设备类设备类拥有设拥有设备台数备台数现存现存台数台数设备表设备表地地 址址输入机输入机42打印机打印机20绝对号绝对号状态状态使用情使用情况况占用作占用作业名业名相对号相对号001好好已分配已分配Job1002002好好空闲空闲003好好空闲空闲004好好已分配已分配Job2001绝对号绝对号状态状态使用情使用情况况占用作占用作业名业名相对号

6、相对号005好好已分配已分配Job1001006好好已分配已分配Job30024.3.3 共享磁盘的调度共享磁盘的调度o完成过程由三个动作组成：完成过程由三个动作组成：o查找时间：磁头挪动定位到指定磁道查找时间：磁头挪动定位到指定磁道o等待时间：等待指定扇区旋转到磁头下等待时间：等待指定扇区旋转到磁头下o传输时间：数据在磁盘与内存之间的实践传传输时间：数据在磁盘与内存之间的实践传输输磁盘的调度磁盘的调度o磁盘是可被多个进程共享的设备。当有多个磁盘是可被多个进程共享的设备。当有多个进程都恳求访问磁盘时，访问的磁道位置不进程都恳求访问磁盘时，访问的磁道位置不一样。一样。o如何在公平情况下缩短寻道时

7、间？如何在公平情况下缩短寻道时间？磁盘磁盘调度算法。调度算法。o先来先效力、最短寻道时间优先、扫描算法、先来先效力、最短寻道时间优先、扫描算法、循环扫描算法等。循环扫描算法等。 磁盘移臂调度算法磁盘移臂调度算法 1. 1. 先来先效力先来先效力 (FCFS)(FCFS)最简单的磁盘调度算法。最简单的磁盘调度算法。根据进程恳求访问磁盘的先后次序进展调度。根据进程恳求访问磁盘的先后次序进展调度。优点优点: :公平、简单，且每个进程的恳求都能依次公平、简单，且每个进程的恳求都能依次得四处置，不会出现某进程的恳求长期得不得四处置，不会出现某进程的恳求长期得不到满足的情况。到满足的情况。由于未对寻道进展

8、优化，致使平均寻道时间能由于未对寻道进展优化，致使平均寻道时间能够较长。够较长。6568492810017016048194从110#磁道开始访问的磁道号移动距离(磁道数)4531921727010112146050100150200FCFS调度算法l磁头挪动的磁道数：磁头挪动的磁道数：45+3+19+21+72+70+10+112+146=49845+3+19+21+72+70+10+112+146=4982. 2. 最短寻道时间优先最短寻道时间优先(SSTF)(SSTF)SSTFSSTF算法选择这样的进程，其要求访问的磁算法选择这样的进程，其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道间隔最近，使得

9、道与当前磁头所在的磁道间隔最近，使得每次的寻道时间最短。每次的寻道时间最短。但不能保证平均寻道时间最短。但不能保证平均寻道时间最短。1006865494828160170194从110#磁道开始访问的磁道号移动距离(磁道数)10323161201321024050100150200SSTF调度算法l磁头挪动的磁道数：磁头挪动的磁道数：10+32+3+16+1+20+132+10+24=24810+32+3+16+1+20+132+10+24=2483. 3. 扫描算法扫描算法(SCAN)(SCAN)扫描算法不仅要思索欲访问的磁道与当前扫描算法不仅要思索欲访问的磁道与当前磁道的间隔，更优先思索的

10、是磁头的当磁道的间隔，更优先思索的是磁头的当前挪动方向。前挪动方向。1601701941006865494828从110#磁道开始访问的磁道号移动距离(磁道数)5010249432316120050100150200SCAN调度算法l磁头挪动的磁道数：磁头挪动的磁道数：50+10+24+94+32+3+16+1+20=25050+10+24+94+32+3+16+1+20=2504. 4. 单向扫描调度算法单向扫描调度算法( CSCAN)( CSCAN)SCANSCAN存在的问题：当磁头刚从里向外挪动存在的问题：当磁头刚从里向外挪动过某一磁道时，恰有一进程恳求访问此过某一磁道时，恰有一进程恳求

11、访问此磁道，这时该进程必需等待，待磁头从磁道，这时该进程必需等待，待磁头从里向外、然后再从外向里扫描完一切要里向外、然后再从外向里扫描完一切要访问的磁道后，才处置该进程的恳求，访问的磁道后，才处置该进程的恳求，致使该进程的恳求被严重地推迟。致使该进程的恳求被严重地推迟。 1601701942848496568100从110#磁道开始访问的磁道号移动距离(磁道数)5010249432316120050100150200CSCAN调度算法l磁头挪动的磁道数：磁头挪动的磁道数：50+10+24+94+32+3+16+1+20=25050+10+24+94+32+3+16+1+20=250例题例题P9

12、9o例例4-1o例例4-24.4 数据传输的方式数据传输的方式o4.4.1 设备控制器设备控制器oI/O设备包括一个机械部件和一个电子部件。设备包括一个机械部件和一个电子部件。o电子部件称为设备控制器或适配器，在电子部件称为设备控制器或适配器，在PC中，中，经常是插入主板扩展槽的印刷电路板；经常是插入主板扩展槽的印刷电路板；o机械部件那么是设备本身。机械部件那么是设备本身。磁盘打印机内 存控制器CPU控制器控制器单总线构造的I/O系统构造实例 设备控制器组成设备控制器组成控控制制逻逻辑辑电电路路CPU控制存放器控制存放器形状存放器形状存放器数据存放器数据存放器外外部部设设备备控控制制器器与与设

13、设备备接接口口数据数据形状形状控制控制4.4.2 程序循环测试方式程序循环测试方式o设备控制器设备控制器o 数据存放器数据存放器o 形状存放器形状存放器oCPUo 启动输入启动输入/输出指令，输出指令，starto 测试设备控制器中形状存放器内容的指令，测试设备控制器中形状存放器内容的指令，testo数据传输方式数据传输方式o 用户进程运用用户进程运用start指令启动设备，不断执指令启动设备，不断执行行test指令，测试设备的形状存放器。完成操指令，测试设备的形状存放器。完成操作，停顿测试。作，停顿测试。4.4.3 中断方式中断方式o中断：使中断：使CPU暂时中止正在执行的程序而转暂时中止正

14、在执行的程序而转去处置特殊事件的操作。去处置特殊事件的操作。CPU内存储器内存储器打印机控制器打印机控制器启动位启动位 中断允许位中断允许位形状存放器形状存放器数据存放器数据存放器系统总线系统总线特点：特点： CPU启动设备后，不用忙着查询启动设备后，不用忙着查询I/O预备情况，预备情况，CPU和和I/O设备可实现部分并行。设备可实现部分并行。 I/O操作包括：启动设备，数据传输，操作包括：启动设备，数据传输，I/O管理管理及善后处置。及善后处置。 数据存放器满，控制器发送中断恳求，一次数数据存放器满，控制器发送中断恳求，一次数据传输能够要发生多次中断。据传输能够要发生多次中断。4.4.4 直

15、接存储器存取方式直接存储器存取方式DMA：直接存储器存取：直接存储器存取Direct Memory Access适用于高速适用于高速I/O设备设备CPU内存储器内存储器磁盘控制器磁盘控制器启动位启动位 中断允许位中断允许位形状存放器形状存放器地址存放器地址存放器计计数数数据存放器数据存放器字节计数器字节计数器磁盘驱动器磁盘驱动器DMA控制器控制器 系统总线系统总线特点特点1DMA控制器是在获得总线控制权的情况下控制器是在获得总线控制权的情况下直接与内存储器进展数据交换，直接与内存储器进展数据交换，CPU不介入不介入数据传输的任何事宜数据传输的任何事宜2DMA方式下，设备与内存储器之间进展的方式

16、下，设备与内存储器之间进展的是成批数据传输是成批数据传输3DMA方式传输时，方式传输时，CPU不得运用总线，不得运用总线，无并行任务问题无并行任务问题4DMA方式下，方式下，CPU只作启动和蔼后处置只作启动和蔼后处置任务，数据传输和任务，数据传输和I/O管理均管理均DMA担任。担任。4.4.5 通道方式通道方式o通道：独立于通道：独立于CPU的，专门用于输入输出的处置机。的，专门用于输入输出的处置机。o通道命令字：通道自行的指令通道命令字：通道自行的指令o通道程序：通道命令字构成，通道执行，规定设备通道程序：通道命令字构成，通道执行，规定设备自行的操作和顺序。自行的操作和顺序。o通道地址字：通

17、道程序存放在内存中的起始地址。通道地址字：通道程序存放在内存中的起始地址。CPU通道通道1通道通道2控制器控制器1控制器控制器2控制器控制器3控制器控制器4设备设备4-1设备设备4-0设备设备3-1设备设备3-0设备设备2-1设备设备2-0设备设备1-1设备设备1-0带有通道的带有通道的I/O构造图构造图中央处置器中央处置器用户程序用户程序操作系统操作系统维护进程维护进程j j现场现场组织组织CCWCCWCCWCCW首址送首址送CAWCAW发发SIOSIO分析条件码分析条件码出错进展处置出错进展处置启动胜利进程启动胜利进程j j等等待待选进程选进程K K运转运转维护进程维护进程K K现场现场分

18、析中断文件分析中断文件处置处置I/OI/O中断中断选择进程运转选择进程运转判别形状构成判别形状构成条件码条件码执行执行CCWCCW控制设备操作控制设备操作记录操作形状记录操作形状到到CSWCSW产生中断事件产生中断事件CSWCSW存入主存存入主存通道号、设备号通道号、设备号存入主存特定单存入主存特定单元元发发I/OI/O中断中断执行规定执行规定I/OI/O操作操作控制器和控制器和设备终了设备终了中断中断通道通道I/OI/O控制器和设备控制器和设备恳求恳求I/OI/O进程进程j j进程进程k k进程进程j j或或k k通道通道I/O过程过程特点特点 CPU对对I/O恳求只作启动和蔼后处置，输出输

19、恳求只作启动和蔼后处置，输出输出及数据传输全部由通道独立完成，出及数据传输全部由通道独立完成，CPU与与设备之间真正并行操作。设备之间真正并行操作。4.5 设备管理中的假设干技术设备管理中的假设干技术4.5.1 I/O缓冲技术缓冲技术缓冲：为了匹配缓冲：为了匹配CPU和设备之间的速度差别和设备之间的速度差别例：假定某打印机缓冲存储器大小例：假定某打印机缓冲存储器大小32KB，假设，假设打印打印64KB数据，数据，CPU将前将前32KB传送到缓冲传送到缓冲区后执行其他操作。打印完成，向区后执行其他操作。打印完成，向CPU发出发出中断，中断，CPU再传送后再传送后32KB。 假设没有中断和缓冲，假

20、设没有中断和缓冲，CPU必需等待打印机必需等待打印机打印完打印完1B才干继续传送下一字节。才干继续传送下一字节。缓冲实现方法缓冲实现方法采用专门硬件存放器：如数据存放器采用专门硬件存放器：如数据存放器硬件缓冲硬件缓冲在内存中开辟在内存中开辟n个内存单元个内存单元软件缓冲软件缓冲根据系统设置缓冲区的个数，可以分为单缓冲根据系统设置缓冲区的个数，可以分为单缓冲,双缓双缓冲，多缓冲和缓冲池冲，多缓冲和缓冲池1单缓冲单缓冲2双缓冲双缓冲消费者消费者缓冲区缓冲区消费者消费者消费者消费者消费者消费者缓冲区缓冲区1缓冲区缓冲区2o3多缓冲多缓冲o 系统为同类型的输入输出设备设置两个公系统为同类型的输入输出设备设置两个公共缓冲队列，一个用于输入，一个用于输出。共缓冲队列，一个用于输入，一个用于输出。o 4缓冲池缓冲池o 系统为同类型的输入输出设备设置一个公系统为同类型的输入输出设备设置一个公共缓冲队列，既用于输入也用于输出。共缓冲队列，既用于输入也用于输出。输入缓冲首指针输入缓冲首指针缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区输出缓冲首指针输出缓冲首指针缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区