计算机操作系统(汤小丹第三版)第5章 设备管理

1、第1、5章设备管理，5.1 I/O系统5.2 I/O控制方法5.3缓冲区管理5.4 I/O软件5.5设备分配5.6磁盘存储管理，第2、5章设备管理，*完成用户I/O请求，分配I/O设备，主要任务：中速设备，如线打印机、激光打印机等；高速设备，如磁带驱动器、磁盘驱动器、光盘机等。(1)按设备的使用特征对存储设备I/o设备分类，5，(4)按设备的共享属性对专有设备共享设备虚拟设备，1，I/o设备类型，(3)按信息交换单元对块设备分类，用于存储信息的块单元，结构用于数据输入和输出的文字设备(Character Device)。6，Data Rate of Typical Devices，7，2，设备

2、与控制器之间的接口，图5-1设备与控制器之间的接口，*数据信号：*控制信号：*状态信号：8，5.1.2设备控制器，1，*方法：让CPU在通道中处理最初处理的某些I/O操作。*本质：特殊处理器。*差异：命令类型为单个，没有自己的内存。11，2、通道类型、*字节多路：*阵列选择通道：*阵列多路：*用于连接低速度多个I/O设备的通道。*用于连接多个高速度I/O设备的通道，在一段时间内仅允许与一个通道进行数据交换。*用于连接多个高速度I/O设备的通道，多个通道程序允许分时并行操作，从而允许多个高速设备并行运行。12，2，通道类型，图5-3字节多路复用器工作原理，13，3，“瓶颈”问题，图5-4单通道I

3、/O系统，14，图5-5多通道I/O系统，3，“瓶颈(6)多种型号(7)兼容(8)预留扩展空间(9)经济实惠，高效(10)未来可扩展性，PCI:peripheral component interconnect外围设备互连总线，110，2，I/O控制方法，*程序I/O方法：*中断驱动程序：* DMA方法：* I/O通道控制方法：*通道，通道程序，通道命令，19，5.2.1程序I只有数据块传输的开始和结束需要CPU干预。进一步提高CPU和I/O设备的并行操作级别。23，2，DMA控制器配置，图5-8 DMA控制器配置，dr: data register DC: data counter，mar:

4、memory address register Cr:command anald同时运行三个CPU、通道和I/O设备，进一步提高了整个系统的资源利用率。通道程序由一系列通道命令(即通道命令)组成。通道命令通常包括操作码、内存地址、计数、通道程序终止位p、记录终止标志r等。2，通道程序，27，2，通道程序，程序的最后命令，已处理记录的最后命令，28，5.3缓冲管理，5.3.1缓冲引入，缓解CPU和I/O设备之间的速度不匹配。(2)降低CPU的中断频率，缓解对CPU中断响应时间的限制。(3)提高CPU和I/O设备之间的并行处理能力。缓冲技术：在空间上改变时间，仅当设备使用不平衡时才能平稳运行。29

5、，unbuffered Buffer in user space Buffer in kernel Double Buffer，followed by in the kernel，copying to user space，30，图5(2) Releasebuf流程。3，流程同步，Nexti指针跟随nexttg指针。(2) nexttg指针跟随Nexti指针。，36，5.3.4缓冲池(Buffer Pool)，1，缓冲池配置填充了空(空闲)缓冲输入数据的缓冲区输出数据，(1)空缓冲队列emq (2)输入队列inq (3)输出队列outq，wait(MS(type)B(编号):=take buf

6、(类型)；信号(ms(类型)；End，procedure putbuf (type，number)begin wait(ms(type)；Addbuf(类型，编号)；信号(ms(类型)；signal(RS(type)；End，RS:resource semaphore ms:mutex semaphore，38，3，缓冲区的工作原理，图5-15缓冲区的工作原理，(1)输入空缓冲队列emq (2)(三)统一命名；(4)错误处理；(5)缓冲技术；(六)设备的分配和释放；(7)I/O控制方法；40，5.4.1 I/O软件的设计目标和原则，2，系统层，图5-16 I/O系统的层次和功能，41，5.4.

7、1 I/O软件的设计目标和原则，2，系统层，I/O系统层和1、设备驱动程序的功能、2、设备处理方法、3、设备驱动程序的特性、驱动程序主要表示请求I/O的进程和设备控制器之间的通信和转换过程。46，4，设备驱动程序处理过程，(1)将抽象要求转换为特定要求，(2)验证I/o请求的合法性，(3)读取并验证设备的状态，(4)设置必需的参数传输(5)设置操作方式(6)启动I/o设备，5.4.3设备驱动程序(2)引入逻辑设备和物理设备：应用程序使用逻辑设备名称请求特定类型的设备。系统实际运行时使用物理设备名称。(3)系统具有将逻辑设备名称转换为物理设备名称的功能。(4)设备分配灵活，I/O重定向容易。48

8、，without a standard driver interface，with a standard driver interface，5.4.4 device independent software，1，device将逻辑设备名称映射到物理设备名称。保护设备。缓冲区管理，提高I/O效率；错误控制。(2)为用户层(或文件层)软件提供统一接口，50，3，逻辑设备名称到物理设备名称的映射，图5-18逻辑设备表(LUT)，51，5.5设备分配，5.5.1设备分配的数据结构，1，设备控制表display(2)共享设备。(3)虚拟设备。2，设备分配算法，第一个服务。(2)优先顺序高的人优先。3，设

9、备分配中的安全，(1)安全分配方法，(2)不安全分配方法，55，5.5.3独占设备分配过程，1，默认设备分配过程，(1)设备分配，(2)分配控制器，(3)分配通道，2，(1)缓解CPU的高速度和I/O设备的低速矛盾。(2)使用这两个程序模拟脱机I/o时的外围设备控制功能。(3)此时，外围设备操作与CPU处理数据同时进行。1，SPOOLing，57，2，SPOOLing系统的配置，图5-22 SPOOLing系统的配置，58，3，共享打印机，59，4，SPOOLing系统的特性，(1) I/O(2)将专有设备转换为共享设备；(3)实现了虚拟设备功能。60，5.6磁盘存储管理、磁盘管理的主要任务：

10、*分配文件所需的存储空间，使其“自我拥有”；*合理配置文件访问以加快文件访问速度、提高磁盘存储空间利用率、*加快磁盘I/O和提高文件系统性能、*采取必要的冗馀措施以确保文件系统的可靠性。61，5.6.1磁盘性能简述，62，5.6.1磁盘性能简述，1，数据的组织和格式，63，5.6.1磁盘性能简述，1，数据的组织和格式，64，1，数据的组织和格式，图5-24磁盘的格式，65，2，但是成本太高，主要用于大容量磁盘。(2)移动磁头磁盘的每个风扇面只有一个磁头，移动磁臂可以访问该磁盘的所有磁道，移动磁头只能串行读取/写入，I/O速度慢。但是结构简单，广泛应用于中小型磁盘设备。66，3，磁盘访问时间，(1)寻道时间Ts，(2)旋转延迟Tr，(3)传输时间T