中南大学数学院计算机操作系统第五章课件设备管理

《中南大学数学院计算机操作系统第五章课件设备管理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1第五章设备管理25.1引言有关外设的驱动、控制、分配等技术问题都统一由设备管理程序负责。5.1.1设备的概念和分类（1）按功能分类，可以分为输入设备、输出设备、存储设备、供电设备、网络设备等。（2）从设备的数据组织方式分类，可以分为块设备和字符设备。（3）从设备的管理模式分类，可以分为物理设备和逻辑设备。（4）从设备的资源属性分类，可以分为独占设备、共享设备和虚拟设备。35.1.2I/O设备控制与驱动I/O设备的控制和驱动技术包括了硬件控制驱动技术和驱动软件。前者是I/O设备厂商设计建立的与设备密切相关的技术。后者涉及系统所有I/O处理的软件。I/O驱动软件是操作系统的一部分。随着操作系

2、统的发展，使I/O驱动软件成为一种带有标准接口的可选型的软件，操作系统内核中只保留与设备无关的那部分软件，而将与设备有关的驱动软件作为一种可装卸的程序，可以按照系统配置的需求进行配置。操作系统中的I/O驱动软件一般分为几个层次，如中断处理程序、设备驱动程序、操作系统I/O原语和用户级软件。45.1.3设备管理的设计要求和任务为用户提供方便、统一的设备使用界面提高外部设备利用率，尽量提高并行程度实现程序与设备的无关性系统与设备间的协调主要是速度上的协调，通常要解决快速的处理器与慢速的I/O设备之间的操作匹配的问题，在操作系统中采用缓冲区的方式来缓解这个矛盾，设备管理要实现这些缓冲区的建立、分

3、配、释放与回收。55.2操作系统与中断处理5.2.1中断的基本概念中断请求（硬件）中断响应（硬件）查找中断源、保护现场（软、硬件）系统继续运行中断处理子程序（软件）中断返回、恢复现场（软件）65.2.2中断的类型中断机构处理外部设备的I/O中断。陷入机构处理指令的陷入（自陷）和由于软、硬件故障或错误造成的陷入。系统调用是UNIX操作系统面向在用户的程序的界面。在汇编级上，系统调用使用trap指令。I/O中断时钟中断系统请求中断报警中断程序错误中断机器错误中断7UNIX中的系统调用与进程管理和控制有关的系统调用fork、exit、wait、signal、kill。semget、semop、s

4、emctl。与文件系统有关的系统调用creat、open、close、read、write。远程进程通信socket、connect其它系统调用times85.2.3中断的响应和实现过程每当执行完一条指令，检测有无中断请求。不同的中断类型规定了不同的优先级，中断嵌套。根据中断源找出相应的中断处理程序入口地址，以便转去执行。中断矢量存放中断处理程序的地址。保护现场，指令断点，运行参数和条件，现运行程序状态寄存器PS的内容以及累加器或通用寄存器的内容和标记中断屏蔽。95.2.4中断处理程序和驱动程序UNIX把设备作为一种虚拟的文件对待，每个设备有一个象文件名那样的名字，可以对它象一个文件那样存

5、取在UNIX系统中，将设备分成两类：块设备和字符设备。核心与驱动程序的接口是由块设备开关表和字符设备开关表描述的105.2.5中断的返回与恢复UNIX的中断处理都是在核心态下进行的。如果中断前处理机状态为核心态，则在执行完设备处理子程序后就恢复现场，然后用中断返回指令回到中断前状态，继续执行被中断的操作系统程序。如果中断前为用户态，则在执行完设备处理子程序后，先要检查标志runrun是否设置。115.3操作系统与时钟系统在计算机系统中可分为三类时钟：系统时钟(systemclock)、日历时钟(timeofdayclock)实时时钟(realtimeclock)5.3.1时钟的概念系统时钟

6、主要用于控制系统处理器执行指令的速率。日历时钟产生一个精确的时间计数，程序对此进行转换，给出与日历相符的日期和时间。实时时钟每秒提供若干个时钟中断，提醒处理器有重要的事情要做。125.3.2UNIX系统中的时钟管理每隔20ms处理的工作如下：计算当前进程在用户态或核心态下的累计运行时间，将u.u_utime++或u.u_stime++。当前运行进程p_cpu加1。处理延时启动终端打印机的工作。clock若发现延迟时间到了，则重新启动对应的输出驱动程序。每秒一次处理的工作如下：日历时钟变量time加1。所有进程的内存或对换区的驻留时间p_time++，所有目前未运行进程的p_cpu除以2。1

7、35.4操作系统对I/O的控制5.4.1I/O设备的资源分配I/O地址进行正确的I/O地址设置I/O中断请求争用剩余的中断请求号，也会产生冲突。DMA数据传输通道对争用同一个DMA通道的I/O设备需要进行协调和重新配置。I/O缓冲区这个系统资源也是I/O设备争用的。145.4.2I/O通道技术I/O通道是一种硬件设施，带有专用处理器的、有很强I/O处理功能的智能部件。可以独立地完成系统处理器交付的I/O操作任务，通道具有