《os09设备管理》PPT课件

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1、第五章设备管理着重于管理的软件部分－设备驱动程序和中断处理程序种类繁多的I/O设备以信息交换的单位分类块设备字符设备按设备的共享属性分类独占设备共享设备虚拟设备I/O系统中的基本概念总线（ISA、PCI、SCSI、USB）端口设备控制器一个典型的PCI总线系统PC机的I/O指令与I/O空间IN指令将外部I/O设备的数据传入到AL、AX或EAX。OUT指令传送AL、AX或EAX的数据到外部的I/O设备。IBMPC用16位端口地址访问它的I/O空间。PC的I/O空间放在I/O端口为0000H－03FFH的地方，但也有些适配

2、卡使用的I/O地址可能超过03FFH。IBMPC机提供了外部设备的抽象接口，并将其固化在BIOS（基本输入/输出系统）中。常用输入/输出设备端口设备控制器在对设备的操作中，需要持续地注意设备地状态。如果软件想要直接控制设备，需要在操作中不间断地监控设备的详细操作状态。这种监控大多是简单地观察状态、提供详细命令、修正小的错误等。这就是设备控制器要做的第二件事（将设备连接到总线是第一件事）接口设计的目标就是使软件能操作设备（经由控制器），并能使其行为与设备同步。…busydone错误码…busydone00空闲01完成10

3、工作11未定义逻辑状态数据0命令数据1数据n-1……概念化的设备控制器接口I/O控制方式在CPU和设备之间完成数据交换，主要有三种方式轮询中断DMA应用程序内I/O与CPU的交迭执行应用程序员希望单个的进程（线程）具有串行执行语义：……read(dev_ID,“%d”,x);y=f(x);读指令必须在下一条指令执行前完成。从进程的角度看，虚拟机要等候设备完成I/O操作后才能执行赋值语句。多个线程间I/O与CPU的交迭执行无论何时一个单线程执行I/O操作，它会将CPU让给另一个线程执行。使用轮询的直接I/O由CPU负责确

4、定I/O操作何时完成，并在机器主存与设备控制器数据寄存器间进行数据传送。CPU在向控制器发出一条I/O命令后，同时置busy位为1，然后CPU不断地循环检测busy位，直至busy位为0空闲：软件可以放置一个命令到命令寄存器，激活设备。新的I/O命令的出现会引起控制器将busy设为1（工作），并开始工作。利用数据寄存器完成数据的输入和输出，进程通过检查状态寄存器来检测操作状态。当I/O操作完成后（成功或失败），设备控制器清除busy标志位，而置done标志位（完成）。当完成读操作后，设备会将数据拷贝到数据寄存器；当完成

5、写操作后，数据会从控制器的数据寄存器拷贝到设备中。如果在写操作后，设备的标志位均为0，那么就可以写新数据到控制器的数据寄存器；如果是从设备读数据，软件从控制器读取数据后，控制器清done位，表明设备空闲。read(device,…)数据读函数写函数设备控制器命令状态数据硬件接口系统接口1、应用进程请求读操作2、设备驱动程序查询状态寄存器，确定设备是否空闲；如果设备忙，则驱动程序循环等待知道设备空闲。3、驱动程序把输入命令存入控制器命令寄存器，启动设备（设置状态位）。4、驱动程序通过反复读取状态寄存器的值等待设备操作完成

6、。5、驱动程序拷贝控制器数据寄存器的内容到用户进程地址空间。中断I/O中断请求（由设备与CPU的中断连线）中断向量定位中断请求到对应的中断处理程序中断优先级可屏蔽中断与不可屏蔽中断中断处理程序负责处理中断请求中断机制可以用于实现异常系统调用中断处理程序可以分为两个部分TophalfBottomhalfDMAI/O中断驱动I/O是以字节为单位进程I/O，DMA允许以较大的数据块为单位传输。DMA控制器数据交换是在设备与内存间直接完成，无需CPU中转。I/O系统一方面，I/O设备种类繁多，另一方面，I/O系统必须为用户提供

7、简单、一致的I/O接口解决问题的方法是，操作系统隐藏或抽象大多数设备操作的细节，为用户提供几种的设备类型的访问块设备字符设备时钟I/O设备管理器抽象设备管理器被分为两部分设备无关部分（设备管理的基础设施）设备管理中的数据结构缓冲区管理（buffering、caching）spooling（独占设备的共享技术）错误处理访问控制设备相关部分设备驱动程序设备管理器的基础设施基础设施使得OS可以提供一组公共的设备接口系统调用，并将对公共接口的调用转换到特定的设备驱动函数。是设备管理器的设备无关部分缓冲缓冲区可以缓和CPU和I/

8、O设备间的速度不匹配的矛盾；减少CPU的中断频率，提高CPU和I/O设备间的并行能力。单缓冲双缓冲循环缓冲缓冲池专有缓冲区设备分配当进程通过系统调用使用I/O设备时，设备分配程序按照一定的策略，将设备分配给请求用户。设备分配的数据结构分配策略（相关属性、算法、安全性分配）设备分配是设备无关的。设备独立性应用程序独立于具体使用的物理