操作系統(tǒng)講義-第五章設(shè)備管理(存儲版)
【正文】 2年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 40 設(shè)備分配 ? SPOOLING系統(tǒng)的組成 （ 1）輸入井和輸出井； （ 2）輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)； （ 3）輸入進(jìn)程 SPi和輸出進(jìn)程 SPo。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 37 設(shè)備分配 2. 設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素 ? 設(shè)備分配算法 （ 1）先來先服務(wù)：根據(jù)諸進(jìn)程對某設(shè)備提出請求的先后順序。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 33 I/O軟件 4. 設(shè)備獨(dú)立性 ? 設(shè)備分配時(shí)的靈活性 當(dāng)程序（進(jìn)程）以物理設(shè)備名稱來請求指定設(shè)備時(shí)，如果設(shè)備已經(jīng)分配或正在檢修，則會阻塞進(jìn)程；如果采用邏輯設(shè)備名稱來訪問，系統(tǒng)會給它分配另一臺設(shè)備。 ? 設(shè)備獨(dú)立性軟件： 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動器的統(tǒng)一接口、設(shè)備命名、保護(hù)以及設(shè)備的分配和釋放。 用 戶 程 序 收容輸入 緩沖池 hin sout sin hout 提取輸出 收容輸出 收容輸出提取輸入 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 26 I/O軟件 1. I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 ? 與具體設(shè)備無關(guān) I/O軟件應(yīng)該屏蔽設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，其功能不受具體 I/O設(shè)備的影響。 Wait(MS(type))。 (a) (b) 8位緩沖寄存器 送內(nèi)存 (c) 8位緩沖寄存器 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 22 緩沖管理 2. 單緩沖和雙緩沖 ? 單緩沖 凡是數(shù)據(jù)到達(dá)速率與其離去速率不同的地方，都可以設(shè)置緩沖區(qū)。 ? DMA方式的優(yōu)點(diǎn) 較之中斷驅(qū)動方式，成百倍地減少了 CPU對 I/O的干預(yù)，進(jìn)一步提高了 CPU和 I/O設(shè)備的并行操作度。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 12 I/O系統(tǒng) 3. I/O通道 ? 瓶頸問題 存儲器 通道 1 通道 2 控制器 1 控制器 2 控制器 3 控制器 4 設(shè)備 1 設(shè)備 2 設(shè)備 3 設(shè)備 4 設(shè)備 5 設(shè)備 6 設(shè)備 7 存儲器 通道 1 通道 2 控制器 1 控制器 4 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 13 I/O系統(tǒng) 4. 總線系統(tǒng) ? ISA和 EISA總線 ? ISA總線： 1984年推出的 80286型微機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，帶寬 8位，最高傳輸速率 2Mb/s。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 6 I/O系統(tǒng) 1. I/O設(shè)備 ? 按信息交換的單位可以分成： ? 塊設(shè)備，如磁盤； ? 字符設(shè)備，如打印機(jī)。2022年 2月 5日 操作系統(tǒng)講義 1 第 五章 設(shè)備管理 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 2 主要內(nèi)容 I/O系統(tǒng) I/O控制方式 緩沖管理 I/O軟件 設(shè)備分配 磁盤存儲器的管理 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 3 設(shè)備管理概述 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，除了需要一個(gè)或多個(gè)處理機(jī)，一個(gè)或多個(gè)存儲器模塊外，還需要用于實(shí)現(xiàn)信息輸入、輸出和存儲的設(shè)備。 ? 按傳輸速率可以分成： ? 低速設(shè)備：每秒幾個(gè)字節(jié)到數(shù)百個(gè)字節(jié)，如鍵盤，鼠標(biāo)； ? 中速設(shè)備：每秒數(shù)千個(gè)字節(jié)到數(shù)十萬個(gè)字節(jié)，如打印機(jī)； ? 高速設(shè)備，每秒數(shù)十萬字節(jié)到千兆字節(jié)，如磁帶機(jī)，磁盤機(jī)。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 11 I/O系統(tǒng) 3. I/O通道 ? 通道的類型 ? 字節(jié)多路通道： 按字節(jié)交叉方式工作的通道，其數(shù)量在幾十到數(shù)百個(gè)，每個(gè)子通道連接一臺 I/O設(shè)備，并控制該設(shè)備的 I/O操作； ? 數(shù)組選擇通道： 字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備，這推動了按數(shù)組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道，這種通道可以連接多臺高速設(shè)備，但是它只含有一個(gè)分配型紫銅刀，一段時(shí)間只能控制一臺設(shè)備，所以通道利用率仍然很低； ? 數(shù)組多路通道： 將數(shù)組選擇通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道分時(shí)并行操作的有點(diǎn)結(jié)合形成，既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人滿意的通道利用率。 3. 直接存儲器訪問（ DMA） I/O控制方式 ? DMA方式的特點(diǎn) ? 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊； ? 所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的，或者相反； ? 僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時(shí)，才需 CPU干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的。 ? 減少對 CPU的中斷頻率，放寬對 CPU中斷響應(yīng)時(shí)間的限制 ? 提高 CPU和 I/O設(shè)備之間的并行性 緩沖的引入可顯著地提高 CPU和 I/O設(shè)備間的并行操作讀，提高系統(tǒng)的吞吐量和設(shè)備的利用率。 ? Getbuf過程和 Putbuf過程 Procedure Getbuf(type) begin Wait(RS(type))。 end 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 25 緩沖管理 4. 緩沖池 ? 緩沖區(qū)的工作方式 （ 1）收容輸入：當(dāng)輸入進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用 Getbuf（ emq）過程，把空緩沖隊(duì)列 emq的隊(duì)首摘下一空緩沖區(qū)，作為收容輸入的工作緩沖區(qū) hin，裝滿后調(diào)用 Putbuf（ inq， hin），將緩沖區(qū)掛在輸入隊(duì)列 inq上； （ 2）提取輸入：計(jì)算進(jìn)程需要數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用 Getbuf（ inq）過程，從輸入隊(duì)列 inq隊(duì)首取得一個(gè)緩沖區(qū)，作為提取輸入的緩沖區(qū)； （ 3）收容輸出：計(jì)算進(jìn)程需要輸出數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用 Getbuf（ emq）過程從空緩沖區(qū)emq的隊(duì)首取得空緩沖區(qū)； （ 4）提取輸出：由輸出進(jìn)程調(diào)用 Getbuf（ outq）過程，從輸出隊(duì)列隊(duì)首取得一裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，作為提取輸出工作緩沖區(qū) sout。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 27 I/O軟件 1. I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 ? 用戶層軟件： 實(shí)現(xiàn)和用戶交互的接口。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 32 I/O軟件 3. 設(shè)備驅(qū)動程序 ? 設(shè)備驅(qū)動程序的處理過程 1）將抽象的要求轉(zhuǎn)換為具體要求； 2）檢查 I/O請求的合法性； 3）讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)； 4）傳送必要的參數(shù)； 5）工作方式的設(shè)置； 6）啟動 I/O設(shè)備。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 3
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