【正文】 對(duì)于共享設(shè)備，分配策略所考慮的是組織合理的訪問(wèn)序列，經(jīng)獲得較好的平均響應(yīng)時(shí)間。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備分配程序? 在整個(gè)系統(tǒng)中，有一張系統(tǒng)設(shè)備表（ SDT）， 用于記錄系統(tǒng)中全部設(shè)備的信息。 216。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備轉(zhuǎn)換表? 對(duì)設(shè)備的請(qǐng)求最終要轉(zhuǎn)換成對(duì)設(shè)備的 I/O操作，系統(tǒng)可以通過(guò)操作碼檢索 “設(shè)備轉(zhuǎn)換表 ”找到相應(yīng)的設(shè)備地址。? （ 2）設(shè)備屬性。邏輯設(shè)備是實(shí)際物理設(shè)備屬性的抽象，它并不限于某個(gè)具體設(shè)備。這種分配方式不安全，因?yàn)樗赡芫邆?“請(qǐng)求和保持 ”條件，從而可能造成系統(tǒng)死鎖。但是這些進(jìn)程對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)需進(jìn)行合理的調(diào)度。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備分配的策略(1)根據(jù)設(shè)備的固有屬性而采取的策略? 獨(dú)享方式? 提取輸入：當(dāng)計(jì)算進(jìn)程需輸入數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用 Getbuf(inq)， 從 inq隊(duì)首摘下一緩沖區(qū)，作為提取輸入緩沖區(qū) sin,從中提取數(shù)據(jù)，然后調(diào)用 Putbuf(emq,sin),將該緩沖區(qū)掛在空緩沖隊(duì)列 emq上。Signal(RS(type))。?Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 ?Procedure/*從 type的隊(duì)首摘下一緩沖區(qū)*/? 隊(duì)首指針 F(inq)、 隊(duì)尾指針 L(inq)? 輸出隊(duì)列 outq:為了提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛使用公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個(gè)進(jìn)程共享。? 當(dāng)對(duì)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入和提取的速度基本相匹配時(shí)，采用雙緩沖可使兩者并行工作，獲得較好的效果。? 系統(tǒng)處理一塊數(shù)據(jù)的時(shí)間可粗略地認(rèn)為： MAX(C， T)。但是對(duì)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入和提取是串行工作的。軟緩沖：在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)空間，用作緩沖區(qū)Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 緩沖區(qū)管理? 單緩沖? 在 UNIX中將以上對(duì)各類設(shè)備處理相同的部分集中起來(lái)，形成中斷總控程序，每當(dāng)要進(jìn)行中斷處理時(shí)，都要首先進(jìn)入中斷總控程序，再按需要轉(zhuǎn)入不同的設(shè)備處理程序。? 傳送必要的參數(shù)，如傳送的字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)在主存的首址等。? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是硬件相關(guān)的，不同類型的設(shè)備應(yīng)設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)程序。foraPrinting（ 比如，打印機(jī)）? 5)serveofI/OwithbetweenBufferingrequestprovidesubsystemofmuchforI/Otimers（ 在 UNIX中， ioct1掩蓋了 I/O設(shè)備（象時(shí)鐘和計(jì)時(shí)器）之間區(qū)別）Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Blockingoddusedcurrentwidelyworkhaveediting（ 頂層的函數(shù)庫(kù)允許行編輯）Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Networkports（ 字符設(shè)備包括鍵盤(pán)，鼠標(biāo)和串口設(shè)備）– Commandsfileread,and（ 4）按資源分配角度分? 虛設(shè)備：在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備，常用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛設(shè)備對(duì)于這類設(shè)備的處理程序由用戶提供，并將其納入系統(tǒng)，由系統(tǒng)代替用戶實(shí)施管理。? 硬件層實(shí)現(xiàn)物理 I／ O的操作 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O設(shè)備的分類 writerandomaccess（ 順序或隨機(jī)設(shè)備）– Sharablekernel（ 設(shè)備驅(qū)動(dòng)層對(duì)核心隱藏了 I/O控制器的不同細(xì)節(jié)）? Devicesclasses（ I/O子系統(tǒng)設(shè)備行為精簡(jiǎn)成幾個(gè)常用的類別）? DevicedriverInterface（ 應(yīng)用程序 I/O接口）? I/O? （ 4）通道程序結(jié)束位 R0， 表示通道程序是否結(jié)束。? 通道相當(dāng)于一個(gè)功能簡(jiǎn)單的處理機(jī)，包含通道指令（空操作，讀操作，寫(xiě)操作，控制，轉(zhuǎn)移操作），并可執(zhí)行用這些指令編寫(xiě)的通道程序 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O通道控制方式2，工作原理? CPU： 執(zhí)行用戶程序，當(dāng)遇到 I/O請(qǐng)求時(shí)，可根據(jù)該請(qǐng)求生成通道程序放入內(nèi)存（也可事先編好放入內(nèi)存），并給出該通道程序的首地址，之后執(zhí)行 “啟動(dòng)I/O”指令，啟動(dòng)通道工作? 通道：接收到 “啟動(dòng) I/O”指令后，取出通道程序的首地址，并根據(jù)首地址取出第一條指令，同時(shí)向 CPU發(fā)回答信號(hào)， 使 CPU可繼續(xù)執(zhí)行其他程序，而通道則開(kāi)始執(zhí)行通道程序，完成傳輸工作（通道程序完成實(shí)際 I/O， 啟動(dòng) I/O設(shè)備，執(zhí)行完畢后 ,如果還有下一條指令，則繼續(xù)執(zhí)行 ,而當(dāng)我們需要一次去讀多個(gè)離散的數(shù)據(jù)塊且將它們分別傳送到不同的內(nèi)存區(qū)域，或者相反時(shí)，則需由 CPU分別發(fā)出多條 I/O指令及進(jìn)行多次中斷處理，才能完成。DMAdevicecontroller（ 需要 DMA控制器）? Bypassesprogrammed? 把輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存起始地址及要傳送的字節(jié)數(shù)送入 DMA控制器的內(nèi)存地址寄存器 MAR和字節(jié)計(jì)數(shù)器 DC? 中斷允許位和啟動(dòng)位置成 1，啟動(dòng)設(shè)備? 發(fā)出傳輸要求的進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)? 執(zhí)行指令被暫時(shí)掛起，進(jìn)程調(diào)度其他進(jìn)程占據(jù) CPU? 輸入設(shè)備不斷竊取 CPU工作周期，數(shù)據(jù)不斷寫(xiě)入內(nèi)存? 每當(dāng)傳送一個(gè)字節(jié)后，字節(jié)計(jì)數(shù)器 DC減 1? 當(dāng) DC=0， 傳送完畢，控制器發(fā)出中斷信號(hào)? CPU接到中斷信號(hào)轉(zhuǎn)入中斷處理程序處理? 中斷處理結(jié)束， CPU返回原進(jìn)程或切換到新的進(jìn)程 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 CPU向控制器發(fā)出啟動(dòng) DMA通知和有關(guān)參數(shù)控制器向內(nèi)存發(fā)出詢問(wèn)請(qǐng)求訪問(wèn)內(nèi)存（讀、寫(xiě)）計(jì)數(shù)器減 1結(jié)束否發(fā)中斷YNDMA的實(shí)現(xiàn)流程Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 DMA工作示例（以硬盤(pán)為例）CPU提供：被讀取塊磁盤(pán)地址、目標(biāo)存儲(chǔ)地址、待讀取字節(jié)數(shù)整塊數(shù)據(jù)讀進(jìn)緩沖區(qū)核準(zhǔn)校驗(yàn)控制器按照指定存儲(chǔ)器地址，把第一個(gè)字節(jié)送入主存，然后，按指定字節(jié)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送每當(dāng)傳送一個(gè)字節(jié)后，字節(jié)計(jì)數(shù)器值減 1，直到字節(jié)計(jì)數(shù)器等于 0此時(shí)，控制器引發(fā)中斷，通知操作系統(tǒng)，操作完成Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 不用 DMA時(shí)，磁盤(pán)如何讀? 首先，控制器從磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器串行地一位一位地讀數(shù)據(jù)，將其放入控制器的內(nèi)部緩沖區(qū)中? 其次，它做和校驗(yàn)計(jì)算，以核實(shí)沒(méi)有讀錯(cuò)誤發(fā)生? 然后控制器產(chǎn)生一個(gè)中斷。? DMA特點(diǎn)：以塊為數(shù)據(jù)傳輸單位；在設(shè)備和內(nèi)存之間直接傳送數(shù)據(jù)；僅在傳送完一個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，才需 CPU干預(yù)，而數(shù)據(jù)的傳送是在 DMA控制器的控制下完成的。這種方式對(duì)于高速的塊設(shè)備的 I/O控制顯然是不適合。unmaskable（ 某些中斷不可屏蔽）? Interrupttointerrupts（ 中斷處理例程接收中斷）? Maskabletriggered這樣， CPU和 I/O設(shè)備并行操作。itsucceeded,andstatusthethetosees5.isWhenhostintoinbusyport,coordinatingI/Ostateusedaccess)（ 總線：菊花鏈或者共享總線）– Controllerdevices（ 難以置信的 I/O設(shè)備種類）? CommonBus） 通用串行總線，是一種連接 I/O串行設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)? 沖破了計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)歷史局限性：– 由于 I/O設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)不一致和有限的接口數(shù)量已無(wú)法滿足各種應(yīng)用迫切需要– 設(shè)備控制器可將新型高速 I/O? EISA總線： (ExtendedISA):32位， 32Mbps， 連接 12臺(tái)外設(shè)? 局部總線：將多媒體卡、高速 LAN網(wǎng)卡、高性能圖形卡等從 ISA總線上摘下來(lái)，再通過(guò)局部總線直接接到 CPU總線上，使之與高速 CPU總線相匹配。 主要連接以字節(jié)為單位的低速 I/O設(shè)備，如打印機(jī)，終端。（ 1）定義：通道是獨(dú)立于 CPU的專門(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。? 差錯(cuò)控制：進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，保證輸入數(shù)據(jù)的正確性。 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備控制器 微機(jī) I/O系統(tǒng)多采用總線 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 。RequestsI/OSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備管理—— 完成用戶的 I/O請(qǐng)求，提高 I/O速率、改善 I/O設(shè)備的利用率Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備管理一、設(shè)備管理的目標(biāo)和任務(wù)二、 I/O系統(tǒng)概述三、 I/O控制方式四、緩沖管理五、設(shè)備分配六、設(shè)備處理Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備管理的目標(biāo)和功能? 1．設(shè)備管理的目標(biāo)? 2，向用戶提供使用外部設(shè)備的方便接口， Systems(I/O系統(tǒng)）? I/OtoCPU性能越高，與 I/O差距越大：彌補(bǔ)：更多的進(jìn)程CPU 存儲(chǔ)器 磁盤(pán)控制器 打印機(jī)控制器 其他控制器……磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器總線型 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 因?yàn)榕渲玫?I/O設(shè)備較多，若用一條總線直接與 CPU通訊，會(huì)使總線和CPU的負(fù)擔(dān)太重。? 又叫適配器，在小型和微型機(jī)中，它常采用印刷電路卡插入計(jì)算機(jī)中（接口），? 完成設(shè)備與主機(jī)間的連接和通訊? 控制器卡上通常有一個(gè)插座，通過(guò)電纜與設(shè)備相連? 控制器和設(shè)備之間的接口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，它符合 ANSI、 IEEE或 ISO這樣的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備控制器（ 2）設(shè)備控制器的組成 一旦 CPU發(fā)出指令，啟動(dòng)通道，則通道獨(dú)立于 CPU工作。 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種子系統(tǒng)，如 CPU、 內(nèi)存、 I/O設(shè)備等之間，構(gòu)建公用的信號(hào)或數(shù)據(jù)傳輸通道，這種可共享連接的傳輸通道稱為總線。而打印機(jī)、 MODEM、 CDROM等仍掛在 ISA總線上。設(shè)備增加到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中– 傳統(tǒng)的 I/O設(shè)備的接口無(wú)法滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與多媒體應(yīng)用的需求? USB以 WDM（ Windowsconcepts（ 基本概念）– Port(hostbyoffromwithbit2.thethesetstheset,itThethegetdevice.mandreadyregisterclearsis直至 I/O工作完成，控制器通過(guò)控制線向 CPU發(fā)送一中斷信號(hào)，由 CPU檢查輸入過(guò)程是否正確，若正確，則通過(guò)控制器和數(shù)據(jù)線取走數(shù)據(jù)，寫(xiě)入指定的內(nèi)存單元。bytodispatchmechanism為了進(jìn)一步減少CPU對(duì) I/O的干預(yù)，引入了直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（ Direct? DMA能夠通過(guò)系統(tǒng)總線代替 CPU管理數(shù)據(jù)的存入或取出– ? CPU響應(yīng)中斷，控制轉(zhuǎn)給操作系統(tǒng)。I/OCPUandtransfer(通過(guò)六步來(lái)完成 DMA傳輸 )Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 DMA方式與中斷方式的主要區(qū)別? 中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存器滿后，發(fā)中斷請(qǐng)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Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O通道控制方式? 由于 DMA每次只能執(zhí)行一條 I/O指令，不能滿足復(fù)雜的 I/O操作要求。否則表示傳輸完成）? 當(dāng)通道傳輸完成最后一條指令時(shí)，向 CPU systemlayervaryoronly（ 讀寫(xiě)，只讀，只寫(xiě)）Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Application（ 1）按使用特性分：? 存儲(chǔ)型設(shè)備? 輸入型設(shè)備（外設(shè) ?主機(jī)）? 輸出型設(shè)備（主機(jī) ?外設(shè)）? 輸入輸出型設(shè)備（交互型設(shè)備）Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O設(shè)備的分類（ 2）按數(shù)據(jù)組織分（如 A/D， D/A轉(zhuǎn)換器， CAD所用專用設(shè)備） Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O設(shè)備的分類 （ 4）按資源分配角度分? 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，大多數(shù)低速的 I/O設(shè)備，如用戶終