现代操作系统专题5

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1、I/O管理现代操作系统专题之五•计算机外部设备在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（存储设备、I/O输入/输出系统设备）•存储设备：用来存放各种信息的设备称为存储设备，例如，软盘、硬盘、光盘和磁带等；•I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备电子科技大学计算机学院，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。罗蕾•在现代计算机系统中有些设备既可以做存储设备，也可以做I/O设备，例如，软盘、硬盘等I/O设备I/O管理ò计算机外部设备种类繁多，特性各异，主要表òI/O管理就是设备管理，它是操作系统的现在以下几个方面：一个重要的组成部分，负责管理系统中–速度（Dat

2、arate）：不同的外部设备的传所有的外部设备输速度的差别相当大，如键盘的传输速度不过几十，上百个字符，而磁盘的传输速度则òI/O管理是OS设计中最凌乱的部分是60万字节/每秒òI/O管理最关键的问题是性能–传输单位（Unitoftransfer）：–有的设备的传输单位是字节，如键盘、打印机、显示器；–有的传输单位是字符块，如软盘、硬盘、磁带等；–有的传输单位是位，如个人计算机中的串口I/O设备I/O设备分类–控制的复杂度（ComplexityofControl）：ò1．按传输速率分类各有不同，OS的I/O控制模块不同•低速设备：指传输速率为每秒钟几个字节到数–容许的操作（操作特性

3、）：设备完成的操作种百个字节的设备。典型的设备有键盘、鼠标、类各不相同，如打印机只允许写操作，键盘只能做语音的输入等；读操作，而磁盘既可读，也可写。•中速设备：指传输速率在每秒钟数千个字节至–数据表示（DataRepresentation）：不同的数十千个字节的设备。典型的设备有行式打印设备使用不同的数据编码方案、包括字符代码和奇机、激光打印机等；偶约定的差异•高速设备：指传输速率在数百千个字节至数兆–错误条件（ErrorConditions）：不同的设字节的设备。典型的设备有磁带机、磁盘机、备，其出错条件也不相同，即数据传输失败的原因光盘机等。各种各样，如打印机有缺纸错，磁盘I/

4、O有奇偶校验错等。1I/O设备分类I/O设备分类ò2．按信息交换的单位分类ò2．按信息交换的单位分类•块设备（BlockDevice）：指以数据块为单位•字符设备（CharacterDevice）：指以单个字来组织和传送数据信息的设备。这类设备用于符为单位来传送数据信息的设备。这类设备一存储信息，有磁盘和磁带等。它属于有结构设般用于数据的输入和输出，有交互式终端、打备。典型的块设备是磁盘，每个盘块的大小为印机等。它属于无结构设备。512B～4KB，磁盘设备的基本特征是：•字符设备的基本特征是：•①传输速率较高，通常每秒钟为几兆位；•①传输速率较低；•②它是可寻址的，即可随机地读/写

5、任意一•②不可寻址，即不能指定输入时的源地址或块；输出时的目标地址；•③磁盘设备的I/O采用DMA方式。•③字符设备的I／O常采用中断驱动方式。I/O设备分类操作系统设计目标ò3．按资源分配的角度分类•独占设备：指在一段时间内只允许一个用户（进程）ò在设计I/O管理时，有两个最重要的目标：效访问的设备，大多数低速的I/O设备，如用户终端、打率和通用性印机等属于这类设备。因为独占设备属于临界资源，所以多个并发进程必须互斥地进行访问。ò效率（efficiency）：•共享设备：指在一段时间内允许多个进程同时访问的V提高设备的利用率：应尽量提高CPU与I/O设设备。显然，共享设备必须是可

6、寻址的和可随机访问备之间的并行操作程度，主要利用的技术有：的设备。典型的共享设备是磁盘。共享设备不仅可以中断技术、DMA技术、通道技术、缓冲技术。获得良好的设备利用率，而且是实现文件系统和数据库系统的物质基础。V目前最为关注的领域是磁盘I/O•虚拟设备：指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户（进程）共享的逻辑设备。一般可以利用假脱机技术（SPOOLing技术）实现虚拟设备。操作系统设计目标操作系统设计目标ò通用性（generality）：ò通用性（generality）：•为用户提供方便、统一的界面。V是OS管理I/O设备和I/O操作所需要的•所谓方便，是指用户能独立于

7、具体设备V采用一种层次化的、模块化的方法设计I/O的复杂物理特性之外而方便地使用设备。功能•所谓统一，是指对不同的设备尽量使用V使用户进程和操作系统高层可通过一些通用统一的操作方式，例如各种字符设备用的功能，如：读、写、打开、关闭、锁定、一种I/O操作方式。这就要求用户操作的解锁等来查看I/O设备是简便的逻辑设备，而具体的I/O物理设备由操作系统去实现，这种性能常常被称为设备的独立性。2设备管理功能设备管理功能ò设备分配ò设备控制设备控制包括设备的驱动、完成和故障中断