操作系统设备管理1

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1、第五章操作系统设备管理訾小超本章主要内容：概述设备管理的目标设备的类型设备和OS的通信方式设备管理和分配设备维护设备分配设备管理的向上接口磁盘调度Linux的设备管理21、概述1-1、为何要引入设备管理设备千差万别，即使同类设备也会存在实现细节和接口方面的区别。如果让使用者（应用程序）直接操纵设备。会加重应用程序设计者的负担。应用程序依赖于具体的设备，应用程序的移植性比较差。设备利用率低。根源：无法实现设备共享对一些低速设备，难以协调处理器和外设的速率不匹配问题31-2、操作系统设备管理的要求和目标为用户提供方便、统一的设备使用界面。

2、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。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：缓冲区、预读、缓写等手段。设备管理要实现这些缓冲区的建立、分配、释放与回收。41-3、设备管理和使用的软件层次关系底层通信（中断处理）：实现软件和硬件设备的通信。设备驱动：接受来自上层的抽象操作请求，并负责操作的具体实施。主要组成：与设备打交道的软件部分。共享支持、缓冲区支持等。对用户层的形式上统一的I/O接口：每个I/O调用接口对应具体的设备抽象操作。使用设备的用户级程序：通过调用所提供的接口来实现对设备的使用或控制

3、。51-4、设备的类型设备种类比较多，每种的特征差别很大。分类方式不一，可以从多个角度进行分类。设备外在功能（使用者的角度）：输入设备输出设备存储设备……设备的数据传输方式上（设备研制者）：块设备字符设备流设备6设备的存在形式上（OS角度）：物理设备逻辑设备设备的使用形式（使用和OS管理角度）：共享设备独占设备72、设备和OS间的通信控制方式2-1、通信的硬件原理：I/O设备组成：机械部件（实施部件）：具体实现设备的操作。电子部件（接口部件）：又叫设备控制器，直接外接用于控制和数据通信的电缆线。操作系统与控制器直接打交道，发送操作命令

4、，或收发数据。控制器接收OS发来的操作指令，控制机械部件完成相应操作。8设备控制器的接口特征简单的通信接口只要通过一根信号线的高低电平就能通信。对复杂的设备，可能很多字节的内容需要访问（设置或查询），总的来讲分为两类：控制类：一般称为控制寄存器。OS通过设置控制寄存器，向设备发出操作指令。或通过查询控制寄存器来获知设备的工作状态。数据类：一般称为数据寄存器。OS通过设置数据寄存器传出控制参数，或进行数据I/O。数据寄存器可能包含多个。9为每位或每个控制寄存器提供一根或一组信号线（太多的信号线）直接相连是不现实的。为兼容CPU的体系结构

5、，出现地址的概念。把所有寄存器统一进行编址，一般而言这种编址是连续的（假定0---50字节）。访问时：将设备的控制器与系统总线相连先发地址信号，然后访问对应的寄存器。10设备的I/O地址设备内部的I/O编址：局限于单个设备整个系统I/O编址：需要把单个设备的I/O编址映射到系统全局编址。一般利用偏移映射即可与内存统一编址：同一般的内存访问操作。与内存分开编址：需要使用专门的I/O指令访问设备控制器的寄存器在设备接入之后，需要分配合适的I/O地址。设备内部的I/O地址要映射到所分配的I/O地址上。112-2、通信控制方式的类型询问（轮询

6、）方式：询问方式又称程序直接控制方式。OS发出操作指令（设置控制寄存器）后，设备控制器收到指令控制设备机械部件开始工作，工作完成之后设置设备控制寄存器的相应状态位。OS检查设备控制寄存器的状态位，才能确定硬件操作是否完成。为了确定操作是否完成，需要不断进行询问。12中断方式：中断控制器引入后，外围设备有了反映其状态的硬件基础。在操作完成之后，设备控制器在设置设备控制寄存器的相应状态位的同时，还要中断控制器发送信号。中断控制器向CPU发送中断信号CPU收到中断信号后，调用相应的处理程序：检查设备控制寄存器的状态位，进行相应处理。中断方式

7、消除了程序查询方式的忙式测试，提高了CPU资源的利用率。13中断控制器支持的中断数量有限，每个进行了编号。设备接入系统后，需要分配中断号。一般情况下，多个设备不能共享同一中断号。中断是重要的资源，设备在接入到系统中，需要分配合适的中断编号。没有合适的中断编号设备就不能正常工作。14DMA方式：主存和I/O设备之间设计自动化的数据通路，在主存和I/O设备之间成块传送数据过程中，不需要CPU干预。I/O设备能直接与主存交换数据而不占用CPU，CPU资源的利用率再次得到提高。DMA不仅设有中断机构，而且，还增加了DMA传输控制机构。若出现D

8、MA与CPU同时经总线访问主存，CPU把总线占有权周期性让给DMA。DMA方式线路简单，价格低廉，但功能较差（只能实现单块数据传输），不能满足复杂的I／O要求。系统中支持DMA的设备数量是有限的，一般为四个。设备接入系统