第7章-設(shè)備管理-wenkub
2023-03-13 20:48:30 本頁(yè)面
【正文】 結(jié)束時(shí)要求 CPU進(jìn)行中斷處理 大大減少了 CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù) ? 中斷方式的數(shù)據(jù)傳送是由 CPU控制完成的 DMA方式則是在 DMA控制器的控制下不經(jīng)過(guò) CPU控制完成的 I/O控制方式 4. 通道方式 通道：獨(dú)立于 CPU的專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入 /輸出傳輸工作的處理機(jī)，對(duì)外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，代替 CPU對(duì)輸入 /輸出操作進(jìn)行控制，從而使輸入 /輸出操作可與 CPU并行操作。 即當(dāng) CPU向設(shè)備控制器發(fā)出 I/O指令時(shí) ， 設(shè)備處理程序應(yīng)啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行 I/O操作 ， 并能對(duì)設(shè)備發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求作出及時(shí)的響應(yīng)和處理 。 按照設(shè)備類(lèi)型和相應(yīng)的分配算法決定將 I/O設(shè)備分配給哪一個(gè)要求使用該設(shè)備的進(jìn)程。 傳輸速度慢。 （ 2） 共享設(shè)備 指在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)的設(shè)備，多個(gè)進(jìn)程以交叉的方式來(lái)使用設(shè)備，其資源利用率高，如硬盤(pán)。 例如：鍵盤(pán)， CRT I/O設(shè)備分類(lèi) I/O設(shè)備分類(lèi) （ 1）獨(dú)占設(shè)備 指在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶（進(jìn)程）訪問(wèn)的設(shè)備。 （ 2） 中速設(shè)備 指?jìng)鬏斔俾蕿槊棵腌姅?shù)千個(gè)字節(jié)至數(shù)萬(wàn)個(gè)字節(jié)的設(shè)備 ， 如針式打印機(jī) 、 激光打印機(jī)等 。如鍵盤(pán) 、 顯示器 、 打印機(jī)等 。 （ 2） 用戶設(shè)備 指操作系統(tǒng)生成時(shí)未登記入系統(tǒng)的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 。 （ 3）高速設(shè)備 指?jìng)鬏斔俾蕿閿?shù)兆字節(jié)的設(shè)備，如磁帶機(jī)、磁盤(pán)機(jī)、光盤(pán)機(jī)等。也就是在某個(gè)用戶（進(jìn)程）對(duì) 設(shè)備的一次使用過(guò)程（包含多次 I/O操作）中，不允許其他用戶（進(jìn)程）使用該設(shè)備。 （ 3）虛擬設(shè)備 指通過(guò)虛擬技術(shù)將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變換為若干臺(tái)供多個(gè)用戶（進(jìn)程）共享的邏輯設(shè)備。 （ 2）塊設(shè)備 以塊（如 512B）為單位傳送數(shù)據(jù)，如磁盤(pán)。凡未分配到所需設(shè)備的進(jìn)程被放入一個(gè)等待隊(duì)列。 （ 3）實(shí)現(xiàn)其他功能。 引入通道的目的： 為了使 CPU從 I/O事務(wù)中解脫出來(lái)，同時(shí)為了提高 CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行工作能力 數(shù)據(jù)傳送的方向、長(zhǎng)度、內(nèi)存地址等都由通道控制。 I/O緩沖 引入 I/O緩沖的目的： (1) 改善 CPU與 I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾 (2) 減少對(duì) CPU的中斷頻率 ， 放寬對(duì)中斷響應(yīng)時(shí)間的限制 (3) 減少訪問(wèn) I/O設(shè)備 （ 如磁盤(pán) ） 的次數(shù) (4) 提高 CPU與 I/O設(shè)備之間的并行性 I/O緩沖 I/O緩沖的實(shí)現(xiàn)方式： (1) 硬件緩沖 I/O設(shè)備或控制器內(nèi)部設(shè)置的純硬件緩沖區(qū) (2) 軟件緩沖 為 I/O在內(nèi)存開(kāi)辟的緩沖區(qū)，由軟件來(lái)管理 容量大，使用靈活 下面要講的是 OS采用的 I/O緩沖技術(shù)。即進(jìn)程發(fā)出 I/O命令后阻塞，若在開(kāi)始 I/O操作之前被換出，則 I/O操作也會(huì)阻塞，以等待該進(jìn)程被換入。 設(shè)備分配 1. 與設(shè)備分配有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 設(shè)備類(lèi)表 系統(tǒng)中擁有 1張?jiān)O(shè)備類(lèi)表 每類(lèi)設(shè)備對(duì)應(yīng)于表中一欄 ， 包括內(nèi)容有：設(shè)備類(lèi) 、 總臺(tái)數(shù) 、空閑臺(tái)數(shù) 、 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序入口和設(shè)備表起始地址等 。 具體內(nèi)容如下： 與設(shè)備分配有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 設(shè)備控制塊 DCB（設(shè)備控制表 DCT） 記錄本設(shè)備的使用情況。 考慮的因素： ? I/O設(shè)備的固有屬性 ? I/O設(shè)備 的分配算法 ? 設(shè)備分配的安全性 ? 與設(shè)備的無(wú)關(guān)性 設(shè)備分配策略 （ 1）獨(dú)占設(shè)備的分配 所謂獨(dú)占式共享使用設(shè)備是以一次設(shè)備使用過(guò)程（包含多次 I/O操作）為單位使用設(shè)備 在申請(qǐng)?jiān)O(shè)備時(shí)，如果設(shè)備空閑，就將其獨(dú)占，不再允許其他進(jìn)程申請(qǐng)使用，一直等到該設(shè)備被釋放，才允許被其他進(jìn)程申請(qǐng)使用 考慮效率問(wèn)題，并且避免由于不合理的分配策略造成死鎖 靜態(tài)分配： 在進(jìn)程運(yùn)行前 , 完成設(shè)備分配；運(yùn)行結(jié)束時(shí)，收回設(shè)備 缺點(diǎn)：設(shè)備利用率低 動(dòng)態(tài)分配： 在進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)用戶提出設(shè)備要求時(shí)，進(jìn)行分配，一旦停止使用立即收回 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備利用率高；缺點(diǎn)：分配策略不好時(shí) , 產(chǎn)生死鎖 設(shè)備分配策略 （ 2）分時(shí)式共享設(shè)備的分配 所謂分時(shí)式共享就是以一次 I/O操作為單位分時(shí)使用設(shè)備，不同進(jìn)程的 I/O操作請(qǐng)求以排隊(duì)方式分時(shí)地占用設(shè)備進(jìn)行 I/O 由于同時(shí)有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)，且訪問(wèn)頻繁，因此要考慮多個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求到達(dá)時(shí)服務(wù)的順序，使平均服務(wù)時(shí)間越短越好 （ 3）以 SPOOLing方式使用外設(shè) SPOOLing 技術(shù)是在批處理操作系統(tǒng)時(shí)代引入的，即所謂假脫機(jī)輸入 /輸出技術(shù)。 設(shè)備分配與設(shè)備處理 二、設(shè)備處理 1. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 每類(lèi)設(shè)備對(duì)應(yīng) 1個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，以控制 I/O傳輸 任務(wù)： 主要負(fù)責(zé)接收和分析從設(shè)備分配轉(zhuǎn)來(lái)的信息，把用戶 I/O請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為具體要求后，發(fā)送給設(shè)備控制器，啟動(dòng)設(shè)備執(zhí)行。 設(shè)備獨(dú)立性 設(shè)備獨(dú)立性的實(shí)現(xiàn)方法： （ 1）引入邏輯設(shè)備 由 OS管理一個(gè)邏輯設(shè)備映射表，記錄邏輯設(shè)備對(duì)應(yīng)的物理設(shè)備。 目的：為了解決 CPU和 I/O設(shè)備的速度不匹配。 方法： OS利用 2個(gè)進(jìn)程分別模擬脫機(jī) I/O時(shí)外圍機(jī)的功能： 其中一個(gè)進(jìn)程負(fù)責(zé)將輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送到磁盤(pán)； 另一個(gè)進(jìn)程負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從磁盤(pán)傳送到輸出設(shè)備。 輸入井和輸出井可分別看作是對(duì)輸入設(shè)備 （ 如讀卡機(jī) ） 和輸出設(shè)備 （ 如打印機(jī) ） 的虛擬或者模擬 。 SPOOLing系統(tǒng)的組成 SPOOLing技術(shù) 3. SPOOLing技術(shù)的基本思想 是一種虛擬技術(shù) 是 OS協(xié)調(diào)并發(fā) I/O（主要用于輸出）的一種技術(shù) 用來(lái)把一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備改造成為可共享的虛擬設(shè)備，使得每個(gè)進(jìn)程都以為是獨(dú)占一臺(tái)設(shè)備 打印機(jī)的共享： 實(shí)際上系統(tǒng)并沒(méi)有很多打印機(jī)，只不過(guò)是磁盤(pán)的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū) 實(shí)現(xiàn)方法： 1）創(chuàng)建一個(gè)守護(hù)進(jìn)程（ daemon）、一個(gè)打印目錄 spooling； 2）某個(gè)進(jìn)程要打印文件時(shí)，首先生成要打印的文件，將文件放入 spooling目錄下，形成一個(gè)請(qǐng)求打印隊(duì)列； 3）統(tǒng)一由 daemon負(fù)責(zé)在打
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