io设备的多样性

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1、第13章I/O系统I/O设备的多样性Os管理和控制I/O操作和I/O设备。13.1I/O管理－概述外设管理目的提高效率：提高I/O访问效率，匹配CPU和多种不同处理速度的外设方便使用：方便用户使用，对不同类型的设备统一使用方法，协调对设备的并发使用方便控制：方便OS内部对设备的控制：增加和删除设备，适应新的设备类型外设管理功能提供设备使用的用户接口：命令接口和编程接口设备分配和释放：使用设备前，需要分配设备和相应的通道、控制器。设备的访问和控制：包括并发访问和差错处理（虚拟设备）。I/O缓冲和调度：目标是提高I/O访问效率按交互对象分类人机交互设备：视频显示设备、键盘、鼠标

2、、打印机与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘、磁带、传感器、控制器计算机间的通信设备：网卡、调制解调器按交互方向分类输入（可读）：键盘、扫描仪输出（可写）：显示设备、打印机输入/输出（可读写）：磁盘、网卡按外设特性分类使用特征：存储、输入/输出、终端数据传输率：低速(如键盘)、中速(如打印机)、高速(如网卡、磁盘)信息组织特征：单个字符或数据块字符设备(如打印机)：通常的输入输出型设备，以字符为单位存储、传输信息；不可寻址块设备(如磁盘)：以数据块为单位存储、传输信息。可寻址13.1I/O管理－外部设备类型和特征按资源分配角度分类独占设备在一段时间内只能有一个进程使用的设

3、备，一般为低速I/O设备。如打印机，磁带等。共享设备在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。如硬盘虚拟设备在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备（实例：SPOOLing技术）从程序使用角度分逻辑设备:用户程序中使用的设备物理设备：实际完成I/O操作的设备13.1I/O管理－外部设备类型和特征13.2I/O控制技术程序控制I/O（轮询）：CPU代表进程给I/O模块发送一个命令，CPU进入忙等待（输入输出完全由CPU控制）中断驱动I/O：CPU代表进程给I/O模块发送一

4、个命令，然后CPU继续执行后续指令;当I/O模块完成后，CPU被该模块（CPU和I/O设备可以共同工作）中断。直接存储器存取(DMA)：CPU给DMA模块发请求，只有当DMA将整个数据块传送结束后，CPU才被中断（数据在内存和外设之间传输时不需要CPU干预）。设备绝对号和相对号设备绝对号：计算机系统为每一台设备确定的编号，用来区分和识别设备；用户在编写程序时不能通过设备的绝对编号来使用设备设备类型号：操作系统为每类设备规定的一个编号设备相对号：用户自己规定的所用的同类设备中的第几台。如Unix中，rfd0和rfd1分别表示第1个和第2个软盘驱动器；设备绝对号和相对号设备的指

5、定方式设备绝对号设备类型号+设备相对号用户程序中提出使用设备的申请时，使用系统规定的设备类型号和用户自己规定的设备相对号，由操作系统进行地址转换，变成系统中的设备绝对号；I/O软件的设计目标：效率：大多数I/O设备慢，I/O操作一般是系统瓶颈，很大程度上影响系统的性能和吞吐量。因此要改善I/O的有效性，采用多道程序设计、交换。目前比较关注磁盘I/O。通用性：设备种类、特点和性能千差万别；要求能够以一种一致的方式来管理所有设备－一致的外部接口，很难做到通用，但希望能够用统一的方法处理所有设备，用一种层次化的，模块化的方法设计I/O功能。能够在低层例程中隐藏大部分设备I/O的细

6、节，使得用户进程和OS高层可以通过一些通用的功能，如读、写、打开、关闭等查看I/O设备。设备独立性。用户在编写使用软盘或硬盘上文件的程序时，无需为不同的设备类型而修改程序就可以使用统一命名。一个文件或一个设备的名字只应是一个简单的字符串或一个整数，不应依赖于设备13.3设备管理系统的组织设备独立性如果用户程序中直接使用真实的物理设备，那么会出现这样的问题：用户指定的设备因故障不能使用，或者该设备正忙于为其他进程服务，只有等待或者修改程序，重新指定设备。为了实现用户程序与物理设备的无关性，在用户程序中不要直接使用物理设备名（或者设备的物理地址），而只能使用逻辑设备名。逻辑设备

7、是实际物理设备的抽象，它不限于某类具体设备。逻辑设备究竟和哪一个具体的物理设备相对应，还要由系统根据当时的设备忙、闲情况来决定或者由系统管理员指定。I／O软件的基本思想是按分层的思想构成:较低层软件要使较高层软件独立于硬件的特性，较高层软件则要向用户提供一个友好的、清晰的、简单的、功能更强的接口13.3设备管理系统的组织13.3设备管理分层模型UserProcessLogicalI/ODeviceI/OScheduling&Control(DeviceDriver)HardwareCommunicationsArc