【正文】 緩沖區(qū) 1 用戶區(qū) 緩沖區(qū) 2 緩沖區(qū) N （ Circular Buffer ） 2 ? 循環(huán)緩沖的組織 1空 2空 3空 4滿 5滿 6滿 空緩沖隊(duì)列頭指針 E 有數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列頭指針 F （ Circular Buffer ） 3 ? 進(jìn)程同步 （ 1）無空緩沖： E+1=F,輸入進(jìn)程阻塞，計(jì)算進(jìn)程在消耗一個(gè)緩沖后喚醒它。 此時(shí) OS可以從緩沖區(qū) A中提取數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū) ， 最后由 CPU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 。 事實(shí)上 ， 凡在數(shù)據(jù)的到達(dá)速率與其離去速率不同的地方 ， 都可設(shè)置緩沖 ， 以緩和它們之間速度不匹配的矛盾 。通道路徑可以分為并行通道路徑和串行通道路徑，右邊部分為串行通道路徑，左邊部分則為并發(fā)通道路徑，分別連接不同速度的輸入 /輸出設(shè)備。 I/O通道控制方式 6 （ 3）通道程序完成輸入 /輸出，啟動(dòng)輸入 /輸出設(shè)備，執(zhí)行完成。 所以這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率 ， 又能獲得令人滿意的通道利用率 。一個(gè)子通道完成一個(gè)字節(jié)的傳送后，立即讓出字節(jié)多路通道（主通道），給另一個(gè)子通道使用。 通道技術(shù)可以進(jìn)一步減少 CPU的干預(yù) ， 即把對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)塊為單位的讀 （ 或?qū)?） 的干預(yù) ， 減少到對(duì)一組數(shù)據(jù)塊為單位的讀（ 或?qū)?） 的有關(guān)的控制和管理的干預(yù) 。 4． 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 。 DMA(Direct Memory Access )控制方式 中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式雖然大大提高了主機(jī)的利用率 ， 但是它以字（ 節(jié) ） 為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 ， 每完成一個(gè)字 （ 節(jié) ） 的傳送 ， 控制器便要向 CPU請(qǐng)求一次中斷 （ 做保存現(xiàn)場(chǎng)信息 ， 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等工作 ） ， 仍然占用了 CPU的許多時(shí)間 。 中斷控制 (Interruptdriven I/O)方式 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，對(duì) I/O設(shè)備的控制，廣泛地采用中斷驅(qū)動(dòng)方式，即當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)某個(gè) I/O設(shè)備時(shí)，便由 CPU向相應(yīng)的設(shè)備控制器發(fā)出一條 I/O命令，然后立即返回繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)。 Intel 8086/8088，分配給輸入 /輸出端口的地址空間為 64K，即：0000H～ 0FFFFH，只能用 IN和 OUT指令對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。 ? 控制器端口和內(nèi)存進(jìn)行統(tǒng)一地編址 。 ? 識(shí)別設(shè)備地址 ：系統(tǒng)中的每一個(gè)設(shè)備都有一個(gè)地址 ,設(shè)備控制器能夠識(shí)別所控制設(shè)備的地址。 設(shè)備管理的目標(biāo)和功能 2 ? 虛擬設(shè)備。 設(shè)備管理的目標(biāo)和功能 1 2. 設(shè)備管理功能 ? 設(shè)備分配。 ? 虛擬設(shè)備： 指通過虛擬技術(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 。它屬于無結(jié)構(gòu)設(shè)備。 典型的設(shè)備有行式打印機(jī) 、 激光打印機(jī)等； ? 高速設(shè)備： 指?jìng)鬏斔俾试跀?shù)百千個(gè)字節(jié)至數(shù)兆字節(jié)的設(shè)備 。 ? 熟悉 設(shè)備處理程序的功能和處理方式， 熟悉 設(shè)備處理程序的處理過程。設(shè)備管理包括各種設(shè)備分配、緩沖區(qū)管理和實(shí)際物理 I／ O設(shè)備操作，通過管理達(dá)到提高設(shè)備利用率和方便用戶。 ? 1990年，為了適應(yīng)多媒體、高質(zhì)量圖形處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，推出了適合處理器為 80486類計(jì)算機(jī)的 VESA（ Video Electronic Standard Association）總線，帶寬增加到 132Mb/s。這類設(shè)備用于存儲(chǔ)信息，有磁盤和磁帶等。 因?yàn)楠?dú)占設(shè)備屬于臨界資源 ， 所以多個(gè)并發(fā)進(jìn)程必須互斥地進(jìn)行訪問 。 為此 ， 應(yīng)盡量提高 CPU與 I/O設(shè)備之間的并行操作程度 ， 主要利用的技術(shù)有：中斷技術(shù) 、 DMA技術(shù) 、 通道技術(shù) 、 緩沖技術(shù) 。 為了解決 CPU與 I/O之間速度不匹配的矛盾，在它們之間配置了緩沖區(qū)。機(jī)械部分為通常意義上的輸入 /輸出設(shè)備本身的硬件組成和結(jié)構(gòu)，如打印機(jī)、掃描儀等，電子部分為設(shè)備控制器，也稱為適配器。設(shè)備控制器的組成如圖 ，設(shè)備控制器由控制 /狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、與處理機(jī)接口、與設(shè)備接口等構(gòu)成。缺點(diǎn)是對(duì)輸入 /輸出端口操作的指令需要占用內(nèi)存空間。 I/O的控制方式發(fā)展的目標(biāo)是盡量 減少主 機(jī)對(duì) I/O控制的干預(yù) 。例如，在輸入時(shí)，當(dāng)設(shè)備控制器收到 CPU發(fā)來的讀命令后，便準(zhǔn)備接收從相應(yīng)輸入設(shè)備送來的數(shù)據(jù)。 該方式的特點(diǎn)是： 1． 它作為高速的外圍設(shè)備與內(nèi)存之間成批的數(shù)據(jù)交換 ， 但是不對(duì)數(shù)據(jù)再做加工處理 ， 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊 ， I/O操作的類型比較簡(jiǎn)單 。 I/O通道控制方式 1． I/O通道控制方式的引入 雖然 DMA方式比中斷驅(qū)動(dòng)方式已顯著地減少了 CPU的干預(yù) ， 即由以字 （ 節(jié) ） 為單位的干預(yù)減少到以數(shù)據(jù)塊為單位的干預(yù) 。通道程序是由一系列的通道指令（或稱為通道命令）所構(gòu)成。 即當(dāng)某臺(tái)設(shè)備一旦占用了該通道 ， 就被它獨(dú)占 ， 直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道為止 。命令格式一般包括操作碼、數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)存地址、特征位、計(jì)數(shù)器。 （ 6）處理器接收中斷信號(hào)，從通道的 CSW中取得有關(guān)信息，決定下一步做什么。 緩沖的引入 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 例如一個(gè)程序 ， 它時(shí)而進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算而沒有輸出 ， 時(shí)而又陣發(fā)性把輸出送到打印機(jī) 。 3．提高 CPU和 I／ O設(shè)備之間的并行性 緩沖的引入可顯著提高 CPU和設(shè)備的并行操作程度，提高系統(tǒng)的吞吐量和設(shè)備的利用率。 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 。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。 addbuf(type,bufnum)。 2. 保護(hù)被中斷進(jìn)程的 CPU現(xiàn)場(chǎng) 。 1．設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序包括所有與設(shè)備相關(guān)的代碼，因此，每個(gè)設(shè)備都有自己專用的驅(qū)動(dòng)程序。 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與輸入 /輸出控制方式緊密相關(guān)。 ⑥ 啟動(dòng) I/O設(shè)備 ， 并檢查啟動(dòng)是否成功 ， 如成功則將控制返回給 I/O控制系統(tǒng) ， 在 I/O設(shè)備忙于傳送數(shù)據(jù)時(shí) ， 該用戶進(jìn)程把自己阻塞 ， 直至中斷到來才將它喚醒 ， 而 CPU可干別的事 。如果打印機(jī)缺紙出錯(cuò)，打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序通過系統(tǒng)通知用戶處理，處理好后可繼續(xù)運(yùn)行。 與設(shè)備無關(guān)的操作系統(tǒng)軟件 1 邏輯設(shè)備表（ logical unit table） 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的邏輯名到物理名的映射。 與設(shè)備無關(guān)的操作系統(tǒng)軟件 2 3．設(shè)備獨(dú)立性軟件為用戶使用設(shè)備提供了統(tǒng)一操作，通過限制操作的權(quán)限達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的 有了設(shè)備獨(dú)立性軟件，無論何種設(shè)備，都可以向用戶輸入 /輸出程序?qū)犹峁┙y(tǒng)一的接口。 2． spooling程序技術(shù) （ 1） spooling程序技術(shù)定義 脫機(jī)輸入 /輸出是通過外圍控制機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的輸入 /輸出，輸入 /輸出不需要主機(jī)的參與，使得主機(jī)的處理與輸入 /輸出過程并行進(jìn)行，提高了系統(tǒng)的效率，特別是處理器的效率。操作系統(tǒng)通過預(yù)輸入表和緩輸出表管理輸入作業(yè)和輸出作業(yè)。為解決該問題，大多數(shù)操作系統(tǒng)都為打印機(jī)創(chuàng)建了一個(gè)特殊的守護(hù)進(jìn)程，由守護(hù)進(jìn)程從輸出井中取出用戶作業(yè)進(jìn)行打印。 1． 根據(jù)設(shè)備的固有屬性而采取的策略 ? 獨(dú)享方式： 獨(dú)享方式是指將一個(gè)設(shè)備分配給某進(jìn)程后 ， 便一直由它獨(dú)占 ， 直至該進(jìn)程完成或釋放該設(shè)備為止 ， 系統(tǒng)才能將該設(shè)備分配給其它進(jìn)程使用 。 ? 優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先 ：對(duì)優(yōu)先權(quán)高的進(jìn)程所提出的 I/O請(qǐng)求賦予高優(yōu)先權(quán)，在形成設(shè)備隊(duì)列時(shí)，將優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程排在設(shè)備隊(duì)列前面，先得到分配。 設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 設(shè)備分配程序是負(fù)責(zé)向?qū)ο到y(tǒng)提出 I/O請(qǐng)求的進(jìn)程分配設(shè)備 ， 及其相應(yīng)的控制器和通道 。 ? 設(shè)備狀態(tài) ：當(dāng)設(shè)備自身處于“忙”狀態(tài)時(shí)，將設(shè)備的忙標(biāo)志置“ l” 。 為了獲得設(shè)備的獨(dú)立性 ， 進(jìn)程應(yīng)用邏輯設(shè)備名請(qǐng)求 I/O。 敘述設(shè)備分配的步驟。 此時(shí)對(duì)多個(gè)控制器和通道的分配 ， 必須查找所有的控制器和通道 ， 才能決定是否將該進(jìn)程掛起 。此時(shí)，在 DCT中應(yīng)設(shè)置多個(gè)控制器表指針。 每個(gè)設(shè)備占一個(gè)表目 ，其中包括設(shè)備類型 、 設(shè)備標(biāo)識(shí)符 、 設(shè)備控制表指針及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的入口地址等表項(xiàng) 。 但是這種分配算法使得 CPU與 I/O設(shè)備串行工作 ， 設(shè)備的利用率比較低 。但是這些進(jìn)程對(duì)設(shè)備的訪問需進(jìn)行合理的調(diào)度。 ? 實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能 實(shí)現(xiàn)了將獨(dú)占設(shè)備變換為若干個(gè)對(duì)應(yīng)的邏輯設(shè)備。 用戶級(jí)輸入 /輸出軟件 4 （ 3）應(yīng)用 spooling技術(shù)實(shí)現(xiàn)共享打印機(jī) 打印機(jī)屬于獨(dú)享設(shè)備，但利用 spooling技術(shù)，可將它改造為一臺(tái)可供多個(gè)用戶共享的設(shè)備，從而提高設(shè)備的利用率，方便用戶的使用。這樣的輸入 /輸出是在主機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)的脫機(jī)輸入/輸出，稱為 spooling（ simultaneaus periphernal operations online），也稱為假脫機(jī)。 4．實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性軟件的優(yōu)點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性軟件具有如下優(yōu)點(diǎn)。每當(dāng)用戶登錄時(shí)，便為用戶建立一個(gè)進(jìn)程，同時(shí)也為之建立一個(gè)邏輯設(shè)備表，并將該表放入進(jìn)程的進(jìn)程控制塊中，只需要查詢進(jìn)程控制塊即可實(shí)現(xiàn)邏輯名