操作系统-设备管理课件.ppt

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1、第5章设备管理首先回顾操作系统的总体构架，定位设备管理所处地位然后学习设备管理的基本原理最后了解LINUX设备管理实例操作系统整体结构操作系统的基本组织结构进程与资源管理文件管理存储管理设备管理处理机主存设备操作系统计算机硬件Linux文件系统设备管理引言输入/输出硬件输入/输出软件LINUX输入/输出系统概述小结引言硬件设备与控制软件之间的联系：设备—控制器—内存映射地址—处理机驱动程序—I/O管理程序—文件系统—用户的I/O请求设备管理的主要任务设备分配实现数据传输提供用户使用接口提高并行操作度设备管理程序提供的功能为进程管理提供

2、接口（将进程的请求转给设备管理）实施设备分配（设备分类、调度算法、等待队列）实现设备之间以及设备与CPU之间并行操作（DMA、通道）缓冲区管理输入/输出硬件电子设备设备分类字符设备块设备设备控制器DMA存储器直接存取通道图形控制器监控器处理机存储控制器缓存内存SCSI控制器IDE磁盘控制器扩展总线内部接口键盘串口并口磁盘磁盘磁盘磁盘SCSI总线PCI总线扩展总线图5.1典型的PC总线结构内核的输入/出结构PCI系统示意图PC系统结构与PCI总线典型的PC总线结构磁带磁带格式磁带头部反光片磁带尾部反光片记录记录IRGIRG块记录格式记录

3、1记录2记录3记录4IRGIRG800字节磁盘扇区磁道单磁盘片表面的划分旋转方向读/写磁头臂移动方向移动头磁盘示意图磁盘设备结构两种输入/输出模式输入输出设备特点Intel奔腾处理器中断向量表输入/输出软件输入/输出软件的作用数据传送控制方式程序直接控制方式中断方式DMA方式通道控制方式中断处理过程驱动程序所处地位与设备无关的I/O软件（文件系统功能）用户层的输入/输出软件（使用read/write）设备分配缓冲区管理I/O进程控制输入/输出软件的作用使用I/O系统调用：格式化I/O执行I/O操作命名、保护、阻塞、缓冲、分配设备I/O

4、结束时，唤醒设备服务子程序设置设备寄存器、检测状态4-用户进程3-设备无关软件2-设备驱动程序硬件设备服务子程序1-中断处理程序I/O请求I/O应答输入/输出请求的提交周期程序直接控制方式否外围设备做接收或发送数据准备接收到start命令标志触发器置“done”等待CPU来的下条指令准备完毕？是否CPU发start命令等待执行下条指令开始数据传送设备标志触发器为done”？是(a)(b)中断控制方式的传送结构I/O控制器1I/O控制器nI/O设备1I/O设备n地址线数据线控制线intCPU内存start启动位中断位信号线控制状态寄存器

5、数据缓冲寄存器中断控制方式的处理过程接收到CPU发来的start指令准备数据并将其置入缓冲寄存器缓冲寄存器满吗？控制器发中断信号向设备发start指令将中断允许位置1调度程序调度其他进程其他进程执行收到中断信号了吗？中断处理被中断进程执行否否是设备CPU完成了吗？中断驱动的输入/出周期DMADMA控制器CPU内存I/O设备数据中断位启动位控制状态寄存器数据缓冲寄存器内存地址寄存器传送字节数寄存器DMA方式的传送结构startintDMA传输步骤DMA方式的数据传送处理过程否CPU发start命令内存地址内存始址寄存器传送字节数字节

6、计数器允许中断位与启动位置1当前进程被阻塞，调度程序调度其他进程运行被调度的进程执行接收到中断信号吗？是转中断处理设备启动设备准备数据DMA控制器接收到start指令缓冲寄存器内容入内存改变传送字节数计数器与内存地址寄存器内容否传送字节数＝0？吗？数据数据缓冲寄存器发中断信号停止I/O操作是I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器字节多路通道选择通道成组多路通道磁盘磁盘磁带磁带终端终端终端CPU内存总线通道方式的数据传送结构通道控制方式的描述过程从CPU执行指令的角度来描述对通道的控制方式

7、：Channelcontrolprocedure:repeatIR←M[pc]pc←pc+1execute(IR)ifrequireaccessingwithI/ODevicethenCommand(I/Ooperation，AddressofI/Odevice，channel)fiifI/ODoneInteruptthenCallInterruptprocessingcontrolfiuntilmachinehaltInterruptprocessingcontrolprocedure中断处理过程关中断保存被中断程序的现场分析中断

8、原因转中断处理子程序执行中断处理子程序恢复现场开中断返回中断点用户进程请求设备服务的流程用户进程文件系统设备驱动程序设备控制器设备本身用户进程设备无关软件设备驱动程序硬件设备服务子程序中断处理程序I/O请求I/O应答设备