《操作系统设备管理》PPT课件

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1、第七章I/O设备管理§7.1I/O设备§7.2数据传送控制方式§7.3设备分配§7.4缓冲管理§7.5I/O处理过程§7.1I/O设备OS设备管理中的设备指外部设备，包括输入设备与输出设备，即除主机（CPU+内存）之外的所有设备。I/O性能经常成为整个系统性能的瓶颈，CPU性能并不等于系统性能，CPU性能越高，与I/O差距越大。OS庞大复杂的原因之一就是外设资源多而杂，种类繁多，结构各异，I/O数据信号类型不同，速度差异很大。§7.1I/O设备在多道程序环境中，设备管理把着眼点放在：设备的有效使用设备和CPU的并行工

2、作让用户方便使用设备一、计算机设备的分类§7.1I/O设备基于设备的工作特性：外部存储设备（长期保存信息，可随时访问，如磁盘、磁带）输入/输出设备（字符设备，以单个字符为单位存储、传输信息，如显示器、键盘、打印机等）§7.1I/O设备基于设备的从属关系：—系统设备（一般是标准设备）（OS生成时就配置在系统中的标准设备，如：键盘、鼠标、显示器、终端、打印机等）—用户设备（一般为非标准设备）（设备的处理程序由用户提供，需另外安装，如：扫描仪、A-D/D-A转换设备等）§7.1I/O设备基于设备的分配特性：—独享设备（使用

3、具有排它性，低速I/O设备）—共享设备（可由多个用户程序交替使用，如硬盘）—虚拟设备(模拟独占设备为共享设备，即将慢速的独占设备经软件技术改造成为多个进程可以共享的设备，典型如SPOOLing技术）§7.1I/O设备基于信息组织和处理的方式：—字符设备（信息以字符为单位来组织和分配的；系统中大部分均属此类，如打印机、键盘、显示器等；特点是速度慢，也称慢速设备）—块设备（信息以块为单位来组织和分配的；如磁盘、磁带等；特点是速度快，也称快速设备）二、设备管理的目标与功能§7.1I/O设备1.设备管理目标：提高系统资源利用

4、率多道程序环境下，资源数总是少于进程数。需合理分配设备资源，并使外设与外设、外设与CPU并行工作，使设备尽可能处于忙碌状态。方便用户使用对于各种各样的外设，为用户提供便利、统一的使用界面。OS把各种外设的物理特性隐藏起来，把各种外设的具体操作方式隐藏起来，由OS面对；而让用户面对的是使用方便的设备，这样就可使用户摆脱繁琐的编程负担。§7.1I/O设备2.设备管理的功能：提供用户接口：提供一组I/O命令，即用户使用外设的接口，用户在程序中通过这些命令使用外设。进行设备的分配与回收：OS中I/O管理程序负责接受用户使用外

5、设的请求、分配设备、回收设备。实现真正的I/O操作：OS依据用户的请求，通过具体的设备驱动程序，启动外设，进行实际的I/O操作；操作完毕就通知用户进程，由设备中断服务程序完成善后工作。其它功能：管理缓冲区，CPU与I/O设备通过缓冲区传送数据，以解决高速CPU与慢速外设之间矛盾。OS有专门软件管理缓冲区的分配与回收。§7.2数据传送控制方式计算机系统的输入/输出，实质是进行数据的输入/输出，即数据的传输。数据传输：I/O设备←→内存I/O设备←→CPU数据传输方式有四种：程序直接控制方式中断控制方式DMA方式通道控制

6、方式§7.2数据传送控制方式一、设备控制器I/O设备一般由机械部分与电子部分构成，把这两部分分开处理，通过接插件、电缆相连。机械部分即设备本身电子部分即设备控制器（适配器、接口卡）每种I/O设备都要通过设备控制器与CPU相连。设备控制器是CPU与I/O设备间的接口，处于CPU与外设之间。§7.2数据传送控制方式系统总线CPU内存磁盘控制器打印机控制器HD打印机…微机的I/O设备通过总线与CPU连接设备控制器§7.2数据传送控制方式设备控制器通过自己内部的寄存器与CPU通信数据寄存器数据传输的缓冲状态寄存器存放外设的状

7、态，供CPU测试控制寄存器存放CPU发出的操作命令与参数OS把命令以及参数写入控制寄存器，外设据此实现I/O设备控制器接受命令后，就独立于CPU去完成命令指定的任务。§7.2数据传送控制方式外设接受了CPU的I/O命令，随后即独立于CPU进行I/O操作，这时外设与CPU并行，即在外设I/O的同时，CPU在运行其它进程。外设完成所要求的I/O任务后，要通知CPU。早期采用“被动式”，控制器设置一个完成标志，等待CPU来查询，即程序直接控制方式。现在采用“主动式”，即通过中断方式主动通知CPU，让CPU来进行处理，即中断

8、控制方式。直接存储器存取方式（DMA）和通道控制方式也是基于中断的主动型的数据传输控制方式。§7.2数据传送控制方式二、程序直接控制方式向控制器发读命令读控制器状态检查状态从控制器中读入字向存储器中写字传送完成？出错未就绪未完成完成下条指令CPU→I/OI/O→CPUI/O→CPUCPU→内存就绪以读为例，说明程序直接控制I/O方式§7.2数据