【正文】 類型，采用一定的分配算法，選擇一條數(shù)據(jù)通路 設(shè)備獨(dú)立性? 字符編碼的獨(dú)立性? 設(shè)備處理的一致性Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備管理的目標(biāo)和任務(wù)1，按照用戶的請(qǐng)求，控制設(shè)備的各種操作，完成 I/O設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交換（包括設(shè)備分配與回收；設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；設(shè)備中斷處理；緩沖區(qū)管理），最終完成用戶的 I/O請(qǐng)求：（ 1）設(shè)備分配與回收? 并行性、均衡性（使設(shè)備充分忙碌） Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備管理的目標(biāo)和任務(wù)4，保證在多道程序環(huán)境下，當(dāng)多個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)使用設(shè)備時(shí)，按一定策略分配和管理各種設(shè)備，使系統(tǒng)能有條不紊的工作 I/OOperations（ 轉(zhuǎn)換 I/O請(qǐng)求為硬件操作）? Performance（ 性能）Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O系統(tǒng)概述 但進(jìn)程切換多，系統(tǒng)開銷大具有通道的 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)I/O通道 1I/O通道 2控制器控制器控制器控制器設(shè)備設(shè)備主機(jī) I/O系統(tǒng)Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備與控制器之間的接口 控制信號(hào)線：用于設(shè)備控制器向設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)。設(shè)備控制器的基本功能? 接收和識(shí)別 CPU命令：需控制寄存器 (存放接收的命令和參數(shù) )、命令譯碼器。 通道可以執(zhí)行通道程序以字節(jié)為單位交叉?zhèn)鬏敚?dāng)一臺(tái)傳送一個(gè)字節(jié)后，立即轉(zhuǎn)去為另一臺(tái)傳送字節(jié) Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O通道? 數(shù)組選擇通道? 是以數(shù)組方式工作的，即每次傳送一批數(shù)據(jù)，故傳送速度很高。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 單通道 I/O系統(tǒng)“瓶頸 ”問題：通道不足，造成整個(gè)系統(tǒng)吞吐量下降。? VESA（ VideoElectronicStandardAssociation） :32位， 132MBPS,為486機(jī)器設(shè)計(jì)，能連接的設(shè)備數(shù)僅為 2—4 臺(tái)，控制器中無緩沖。SCSI設(shè)備控制器的智能化 I/OModel） 模型為基礎(chǔ)， WDM包含一套通用的I/O服務(wù)和二進(jìn)制兼容的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序? USB支持同步數(shù)據(jù)傳輸方式和異步數(shù)據(jù)傳輸方式，其數(shù)據(jù)傳輸率有低速 1．5Mbps和全速 12Mbps兩種，比標(biāo)準(zhǔn)串口快 100倍，比標(biāo)準(zhǔn)并口快 10倍? USB可以主動(dòng)為外部設(shè)備提供電源，允許外部設(shè)備快速連接，具有即插即用的功能? 允許外部設(shè)備的熱插拔 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O(daisyinstructionsI/O（ 決定設(shè)備的狀態(tài)）– mandready（ 等待命令）– Busy（ 忙）– Error（ 錯(cuò)誤）? BusywaithostcontrollerThethathostregisterregister.mandreadynoticesthereadsbyte,andtheindicatebusySilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 程序 I/O方式：忙 — 等待方式? CPU向控制器發(fā)出一條 I/O指令啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，要同時(shí)把狀態(tài)寄存器中的忙 /閑標(biāo)志 busy置為 1，然后便不斷地循環(huán)測(cè)試 busy， 當(dāng) busy=0時(shí)，表示設(shè)備已將數(shù)據(jù)送入控制器的寄存器中，于是 CPU將數(shù)據(jù)取出，送入指定內(nèi)存單元，便完成了一個(gè)字符的 I/O。提高了系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量。device（ CPU的中斷需要有 I/O設(shè)備的觸發(fā) interruptortousedAccess） 控制方式。DMA可以強(qiáng)迫 CPU暫時(shí)延遲其他操作，獲取一個(gè)總線周期（周期竊?。㏒ilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 DMA控制器的組成 從而使磁盤設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送不需要 CPU介入，因而減輕了CPU負(fù)擔(dān)? 當(dāng)采用 DMA時(shí)，除向控制器提供要讀塊的磁盤地址外，還要向控制器提供兩個(gè)信息：要讀塊送往內(nèi)存的起始地址和要傳送的字節(jié)數(shù)Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Directlargetransfer（ 繞過 CPU來在 I/O設(shè)備和內(nèi)存之間直接傳輸數(shù)據(jù)）Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Six通道技術(shù)可以進(jìn)一步減少 中斷，并且通道停止工作。 encapsulatedifferencesmanyofInterface（ 應(yīng)用程序 I/O接口）kernelKernel I/O subsystemSCSI DevicedriverKeyboard Device driver Mouse Devicedriver…… PCI busDevicedriverFloppyDevicedriverATAPIDevicedriverSCSI DevicecontrollerKeyboard Device controllerMouse Devicecontroller…… PCI busDevicecontrollerFloppyDevicecontrollerATAPIDevicecontrollersoftwarehardwaredevice A kernel I/O structureSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O軟件的分層及各層功能 字符設(shè)備（ CharacterDevice）： 指以數(shù)據(jù)塊為單位來組織和傳送數(shù)據(jù)信息的設(shè)備。? 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)訪問的設(shè)備。（實(shí)例： SPOOLing技術(shù)，利用虛設(shè)備技術(shù) —— 用硬盤模擬輸入輸出設(shè)備）（ 5）從程序使用角度分? 邏輯設(shè)備、物理設(shè)備 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O設(shè)備的分類（ 6）按數(shù)據(jù)傳輸率分? 低速設(shè)備：指?jìng)鬏斔俾蕿槊棵腌妿讉€(gè)字節(jié)到數(shù)百個(gè)字節(jié)的設(shè)備。devices（ 命令包括讀，寫，搜尋）– Rawdeviceslayeredfromandworkstreams,time,periodicI/OI/O阻塞和非阻塞 I/O? Blocking（ 阻塞 — 進(jìn)程掛起直到 I/O完成）– Easyinterface,viaorwhilewhenrelatedperdevicedatawithsizeaforrequestfor檢查用戶 I/O請(qǐng)求的合法性，了解 I/O設(shè)備的狀態(tài)，設(shè)置工作方式。? 驅(qū)動(dòng)程序的一部分需用匯編語(yǔ)言編寫 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 中斷處理程序的處理過程? 在設(shè)備控制器控制下， I/O設(shè)備完成了 I/O操作后，控制器（或通道）便向 CPU發(fā)出一中斷請(qǐng)求， CPU響應(yīng)后便轉(zhuǎn)向中斷處理程序，中斷處理程序大致包含以下幾步：– 必須去喚醒阻塞的驅(qū)動(dòng)（程序）進(jìn)程。– 進(jìn)行中斷處理，判別此次 I/O完成是正常結(jié)束中斷還是異常結(jié)束中斷，分別作相應(yīng)處理。由于打印機(jī)的速度跟不上 CPU， 而使得 CPU長(zhǎng)時(shí)間的等待。 通常， M遠(yuǎn)小于 T或 CSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 單緩沖（ Single Buffer ）緩沖區(qū) 用戶區(qū)輸入 T傳送 MI/O設(shè)備操作系統(tǒng) 用戶進(jìn)程 計(jì)算 CSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 雙緩沖（ Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 雙緩沖（ Double Buffer ）緩沖區(qū) A用戶區(qū)緩沖區(qū) B輸入 T 傳送 MI/O設(shè)備操作系統(tǒng)用戶進(jìn)程 計(jì)算 CSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 循環(huán)緩沖（ 我們可以將多個(gè)緩沖區(qū)組織成循環(huán)隊(duì)列的形式Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 循環(huán)緩沖 （ Circular Buffer ） ……緩沖區(qū) 1用戶區(qū)緩沖區(qū) 2緩沖區(qū) N輸入 T 傳送 MI/O設(shè)備操作系統(tǒng) 用戶進(jìn)程Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 循環(huán)緩沖? 組成：多個(gè)緩沖區(qū)，多個(gè)指針? 緩沖區(qū)：空緩沖區(qū) R， 裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) G， 現(xiàn)行工作緩沖區(qū) C(計(jì)算進(jìn)程正在使用的 )? 指針：下一個(gè)空緩沖區(qū) Nexti， 下一個(gè)有數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) Nextg， 現(xiàn)行工作區(qū)Current Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 循環(huán)緩沖使用? Getbuf過程：對(duì)于計(jì)算進(jìn)程，把 Nextg所指的緩沖區(qū)提供給進(jìn)程使用，把Current指向該緩沖區(qū)，并把 Nextg移向下一個(gè) G緩沖區(qū)，對(duì)于輸入進(jìn)程，把Nexti所指的緩沖區(qū)提供給進(jìn)程使用，并把 Nexti移向下一個(gè) R緩沖區(qū)? Releasebuf過程 :當(dāng)輸入進(jìn)程釋放時(shí)，把釋放的緩沖區(qū)改為 G緩沖區(qū)，而計(jì)算進(jìn)程則把它釋放的緩沖區(qū)改為 R緩沖區(qū)。?空緩沖區(qū)隊(duì)列：由空緩沖區(qū)所鏈成的隊(duì)列。Getbuf(type)? ? /*將由 number指示的緩沖區(qū)掛在 type上 */?? 提取輸出：輸出進(jìn)程調(diào)用 Getbuf(outq),從 outq的隊(duì)首摘取一裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，作為提取輸出緩沖區(qū) sout， 數(shù)據(jù)提取完后，再調(diào)用 Putbuf(emq,sout)，將該緩沖區(qū)掛在空緩沖區(qū)的末尾。這種分配方式是對(duì)獨(dú)占設(shè)備采用的分配策略。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備分配算法 (與進(jìn)程的調(diào)度算法相似 )? 先來先服務(wù)：當(dāng)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)向某一設(shè)備提出 I/O請(qǐng)求時(shí)，該算法就根據(jù)對(duì)該設(shè)備提出請(qǐng)求的先后次序?qū)⑦@些進(jìn)程排列成一個(gè)設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列，設(shè)備分配程序把設(shè)備首先分配給隊(duì)首進(jìn)程。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。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備獨(dú)立性（ DeviceIndependence）? 為了提高 OS的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，目前幾乎所有的 OS都實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的獨(dú)立性（也稱為設(shè)備無關(guān)性）。它描述設(shè)備現(xiàn)行的狀態(tài)。設(shè)備獨(dú)立性帶來以下兩方面的好處：?設(shè)備分配時(shí)的靈活性：當(dāng)進(jìn)程以邏輯設(shè)備名請(qǐng)求某類設(shè)備時(shí)，如果一臺(tái)設(shè)備已經(jīng)分配給其它進(jìn)程或正在檢修，此時(shí)系統(tǒng)可以將其它幾臺(tái)相同的空閑設(shè)備中的任一臺(tái)分配給該進(jìn)程，只有當(dāng)此類設(shè)備全部被分配完時(shí)，進(jìn)程才會(huì)被阻塞。Unit? 分配通道：選擇一個(gè)與控制器相連的空閑通道 。系統(tǒng)為每一個(gè)控制器設(shè)置了一張用于記錄本控制器情況的控制器控制表 .Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備驅(qū)動(dòng) 程序的 統(tǒng) 一接口設(shè)備 命名設(shè)備 保 護(hù)提供一個(gè)與 設(shè)備 無關(guān)的 塊 大小緩 沖塊設(shè)備 的存 儲(chǔ) 分配獨(dú)占 設(shè)備 的分配和 釋 放錯(cuò)誤報(bào) 告設(shè)備獨(dú)立性軟件通常實(shí)現(xiàn)的功能Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備分配程序? 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。例如，要把輸出設(shè)備從終端改為打印機(jī)，則只需把邏輯設(shè)備表中的終端改為打印機(jī)即可。它反映現(xiàn)行設(shè)備在 I/O總線上的具體地址。設(shè)備控制塊（ DCB） Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備獨(dú)立性（ DeviceIndependence） 而對(duì)于優(yōu)先權(quán)相同的 I/O請(qǐng)求，則按先來先服務(wù)原則排隊(duì)分配。?共享方式? 在多道程序環(huán)境下，設(shè)備必須由系統(tǒng)分配。EndSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 hinsoutsinhout 用 戶 程 序收容輸入 提取輸入提取輸出 收容輸出緩沖池緩沖區(qū)的工作方式Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 緩沖區(qū)的工作方式 Signal(MS(type))。Begin?? ?輸出緩沖區(qū)隊(duì)列：由裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊(duì)列。? 當(dāng) Nextg追上 Nexti： 輸入進(jìn)程速度低于計(jì)算進(jìn)程，計(jì)算進(jìn)程應(yīng)阻塞，直到輸入進(jìn)程又裝滿某個(gè)緩沖區(qū)，將它喚醒。BufferBuffer緩