北航操作系统课件-8.设备管理

计算机操作助教 赵玉 性复 外设管 方便使，协调对设备的并发外设管提供设备分配和释放：使用设备、控制器设备 和控制：包括并 和差错处理I/O缓冲和调度：目标是提高 效率 I/O系统I/O微型机I/O主机I/O Maincomponentsof Chipset:PentiumHandlesSouthbridge:PCIDiskUSBSerialInterrupt I/O设类传输速度：低速、中速信息交换单位：块设备和字符设备(网络共享属性：独占设备、共享设备、虚拟设设备与控制信 控制设接收设备组与设I/O逻 Howdoestheprocessoractuallytalkto

ProcessorMemory

Otheror

InterruptCPUinteractswithacanbereadandwrittenMaycontainmemoryforqueuesorbit-mapped

(port

Region:Regardlessofthecomplexityoftheconnectionsandbuses,accessesregistersintwoI/Oinstructions:in/out–Examplefromthe architecture:outMemorymappedI/O:load/store–Registers/memoryappearinphysicaladdress plishedwithloadandstore I/O通字节多数组选数组多瓶颈 I/O控制程序控制I/O(programmed中断驱动方式(interrupt-driven直 方式(DMA,DirectMemory 缺点：在外设进行数据处理时，CPU PentiumProcessorEvent-Vector 方式(DMA,DirectMemoryAccess)由程序设置DMA控制器中的若干寄存器值（如内存CP /优点：执行一个通道程序可以完成几组I/O操作 LifeCycleofAnI/OKernelI/ODeviceDeviceBottom缓冲技原匹配CPU减少对CPU提高CPU和I/O 环形缓冲(circular（ 缓冲区缓冲区空闲输出 Bufferininemptyemptyoutout 收容提取收容提取 由于外这里有1)2)通过一个虚拟设备把外设与应用进程隔开，只由拟设备来使用 设备控制表(DCT,DeviceControlTable)：每个 系统设备表(SDT,SystemDeviceTable)：系统内 DCT指针：指向相应设备的设备 设备固设备分设备分 独共独享共享虚拟 先来先优先级 安全分不安全 设备分易于实现I/O I/O的层UserLogicalUserLogicalDeviceScheduling&Control(Device 逻辑设LUT系统用户 基本设分配改增加 利用假脱机技术(SPOOLing,SimultaneousPeripheralOperationOnLine,称为虚拟设备技术)可把独享引程序）来完成对设备的I/O操作。无需使用I/O SPOOLing ActualApplicationApplication I/IIO的虚拟I//。 由 。如：Windows中，式 需15用户可以时候由 干。 为每类整个系统一个I/O不设专 将抽象检查I/O发出I/O响应中构成通 I/O进程驱动程序与I/O设备的特性紧密与I/O与硬件 将抽象检查I/O读出和传送必方式启动I/O 唤醒被保存转入设进行中恢复被 UNIX的设备 硬件控制缓冲区管理文件子系统逻辑I/O硬件控制缓冲区管理文件子系统逻辑I/O设备I/O调度与控制字符设备块设备设备驱动程序硬件硬件 I/O多路while((n=read(STDIN_FILENO,buf,BUFSIZ))>if(write(STDOUT_FILENO,buf,n)!=err_sys(“write select(intmaxfdpl,fd_set*readfds,fd_set*writefds,*exceptfds,structtimeval 按设备I/O的不同情况，UNIX系统的I/O分成2(模块间直接进行数据交有缓存I/O(BufferedI/O)：有缓存I/O要经过系统的缓冲区管理机构；它分成系统缓冲区(systembuffercaches)和字符队列(characterqueues)两种。 缓冲与外设数据块相对应；每个缓存块由分立的两部分后者用于存放数据（长度 字节 字节）缓冲控制块：也称为缓冲首部(bufferheader逻辑设备号，物理块号，缓冲区状态（如空闲、延 缓冲区空闲缓冲队列(Freelist)设备缓冲区队列(Devicelist)，其中有缓存 缓存 缓冲区外设 缓冲区间（（O）OO） (CharacterQueue)，它不同于块设备缓冲区的多次读写，

字符设空闲 NI设设备开关设备驱动的 准操作序 中的各函数 序 。 openclosereadopenclosereadwrite opencloseread缓缓冲区管字符字符设备驱动程中断处理程字符设备开关块设备驱动程中断处理程块设备开关中断中断向中断向 流的结构：上行流(upstream

件

NT的I/OI/O子系统：实现文件化的I/O函数；NTI/O系统提供通常异步I/O：应用进程在发出I/O请求后，不需等待I/O，可继续其它映射文件I/O 快速I/O：不通过I/O管理器，直接向驱动程序发出I/O求 硬件抽象层I/O例程：驱动程序与硬件平 动程序硬件设备，驱动程序都是进行高级I/O请 文件系统