计算机操作系统原理 ch8 设备管理课件.ppt

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1、第八章设备管理概述I/O控制方式缓冲技术设备分配I/O进程控制设备驱动程序磁盘存储器管理概述1设备的分类2设备管理的目标3设备管理的功能和任务4设备管理数据结构1设备的分类1、按传输速率分低速设备：每秒几个到数百字节。如Modem中速设备：每秒数千到数万字节。如打印机高速设备：每秒数百K到数兆。如磁盘、磁带2、按信息交换的单位分类字符设备：I/O传输的单位是字节，如打印机、modem等。特征：速率较低、中断驱动。块设备：I/O传输的单位是块，如磁盘、磁带。特征：速率高（几兆）、可随机访问任一块、DMA方式驱动。3.按资源管理方式分类独占型设备：在任一段时间内最多有一个进程占用它，字符设

2、备及磁带机属独占型设备。即临界资源。共享型设备：多个进程对它的访问可以交叉进行，除磁带机外的块设备属共享设备虚拟设备：在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚拟设备2设备管理的目标（1）、设备独立性所谓设备独立性：用户在编制程序时，使用逻辑设备名，由系统实现从逻辑设备到物理设备（实际设备）的转换。用户能独立于具体物理设备而方便的使用设备。两种类型的设备独立性独立于同一类设备中的某台具体设备。如果一个系统中有若干台相同的设备，用户编程时不指定使用哪一个具体的设备，而仅说明要使用哪一类设备，系统根据当前这一类设备的具体状况给用户分配一

3、台具体的设备。用户不用关心他所使用的到底是哪一台设备。独立于不同类型的设备。例如有一程序要求输入信息，可以从各种不同类型的输入设备上给程序输入数据，则称该程序是独立于不同类型的输入设备的。又如在MS-DOS系统中，程序的I/O操作不必指出在哪台设备上进行，一般情况下是从键盘上输入数据，而在显示器上输出数据。但用户可以做一次联机操作命令Ctrl+P，则输出数据可以在打印机上打印出来。（2）、提高设备利用率提高设备的使用效率是操作系统设备管理的重要目标。为达到此目标除了要合理分配和使用外部设备外，还应努力提高设备同CPU的并行程度。与此有关的技术有：通道技术和缓冲技术。（3）、设备的统一管

4、理外设的种类繁多，特性各异，主要差别反映在以下几个方面：速度：不同的设备处理和传递信息的速度差别甚大，如键盘每秒钟只能处理几个或几十个字符，而磁盘的处理速度可达几十MB/S传递单位：有的设备以字符为单位传递信息，如键盘。有的以字符块为单位传递信息，如磁盘。操作方法和特性：各种设备都有自己的特性和操作方法，如卡片机中的卡片不能倒退，磁带机可反绕，磁盘可随机存取。出错条件：各种设备的出错条件不同，有的可能产生奇偶错，打印机可能产生无纸错等。设备管理程序力图隐蔽上述各种设备的差别，向用户提供统一的设备使用接口，这会给系统的设计带来困难，但方便了用户。如UNIX系统把外设作为特别文件处理，把设

5、备看作文件，用操作文件的方法来操作设备，这极大地方便了用户。这种设备管理方法无疑是个重大的突破。3设备管理的功能和任务设备管理是对计算机输入输出系统的管理，是操作系统中最具多样性和复杂性的部分。其主要任务是：(1)选择和分配输入输出设备以进行数据传输操作；(2)控制输入输出设备和CPU（或内存）之间交换数据；(3)为用户提供友好的透明接口，把用户和设备硬件特性分开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备，系统按用户要求控制设备工作。另外，这个接口还为新增加的用户设备提供一个和系统核心相连接的入口，以便用户开发新的设备管理程序；(4)提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程

6、之间的并行操作度，以使操作系统获得最佳效率。为了完成上述主要任务，设备管理程序一般要提供下述功能：(1)提供和进程管理系统的接口。当进程要求设备资源时，该接口将进程要求转达给设备管理程序；(2)进行设备分配。按照设备类型和相应的分配算法把设备和其他有关的硬件分配给请求该设备的进程，并把未分配到所请求设备或其他有关硬件的进程放入等待队列；(3)实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作。这需要有相应的硬件支持。除了装有控制状态寄存器、数据缓冲寄存器等的控制器之外，对应于不同的输入输出(I/O)控制方式，还需要有DMA通道等硬件。从而，在设备分配程序根据进程要求分配了设备、控制器和通道（

7、或DMA）等硬件之后，通道（或DMA）将自动完成设备和内存之间的数据传送工作，从而完成并行操作的任务。在没有通道（或DMA）的系统里，则由设备管理程序利用中断技术来完成上述并行操作；(4)进行缓冲区管理。一般来说，CPU的执行速度和访问内存速度都比较高，而外部设备的数据流通速度则低得多（例如键盘），为了减少外部设备和内存与CPU之间的数据速度不匹配的问题，系统中一般设有缓冲区（器）来暂放数据。设备管理程序负责进行缓冲区分配、释放及有关的管理工作