【正文】 處理；緩沖區(qū)管理），最終完成用戶的 I/O請求：（ 1）設(shè)備分配與回收12:輸出 ? 地址識別：識別設(shè)備和寄存器地址，應(yīng)配置地址譯碼器。對 CPU發(fā)來的命令和地址進行譯碼，對設(shè)備進行控制 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O通道 ? 這樣，對于連接多臺磁盤機的數(shù)組多路通道，它可以啟動它們同時執(zhí)行移臂定位操作，然后，按序交叉地傳輸一批批數(shù)據(jù)。I/O總線：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 ? USB（ Universalshared? 發(fā)展宗旨：盡量減少主機對 I/O控制的干預(yù)，把主機從 I/O控制事務(wù)中解脫出來– 程序 I/O方式 throughreadswrote3.mandreadyregisterI/Oinindicaterequestinterrupts（ 通過屏蔽來忽略或者延遲某些中斷）? InterruptI/O然后， DMA硬件自動地把傳送字節(jié)計數(shù)器減 1，把存儲器地址寄存器加 1，并恢復(fù) CPU對內(nèi)存的控制權(quán)， DMA控制器對每一個傳送的數(shù)據(jù)重復(fù)上述過程，直到傳送字節(jié)計數(shù)器為 “0”時，向 CPU產(chǎn)生一個中斷信號。（ 用來避免編程 I/O來傳輸大量的數(shù)據(jù)）? RequirestoDMA方式比中斷驅(qū)動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)。? （ 2）內(nèi)存地址：標明數(shù)據(jù)傳送時內(nèi)存的首址。inblock（ 字符流或者塊設(shè)備）– Sequential任務(wù)是接受來自上層的抽象請求，并執(zhí)行之。典型的塊設(shè)備是磁盤，每個盤塊的大小為 512B～ 4KB， 磁盤設(shè)備的基本特征是： ① 傳輸速率較高，通常每秒鐘為幾兆位； ② 它是可尋址的，即可隨機地讀 /寫任意一塊； ③ 磁盤設(shè)備的 I/O采用 DMA方式。典型的設(shè)備有磁帶機、磁盤機、光盤機等。filesystemallowsocketandUNIX)suspendedreturnswithtoScheduling（ 調(diào)度）– Somewhile“copyperformance（ 性能的關(guān)鍵）? 4)timedeallocation（ 分配和再分配的系統(tǒng)調(diào)用）– Watch? 檢查 I/O請求的合法性。例如， CPU要從磁盤上讀一塊數(shù)據(jù)進行計算，先從磁盤把一塊數(shù)據(jù)讀入到緩沖區(qū)中，然后由 OS將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)，最后由 CPU對這一塊數(shù)據(jù)進行計算。）? 雙緩沖可以實現(xiàn)對緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入、提取、 CPU的計算三者并行工作。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 緩沖池 ?? 收容輸入：輸入進程需輸入數(shù)據(jù)時，調(diào)用 Getbuf(emq)， 從 emq隊首摘下一空緩沖區(qū)，作為收容輸入緩沖區(qū) hin,把數(shù)據(jù)裝入其中，再調(diào)用Putbuf(inq,hin),把 hin掛在 inq隊列上。 進程發(fā)出一個 I/O請求后仍可以繼續(xù)運行，需要時還可以發(fā)第二個 I/O請求、第三個 I/O請求。? 1． DCB結(jié)構(gòu)? （ 1）設(shè)備名。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備獨立性? 為了實現(xiàn)設(shè)備的獨立性，必須在驅(qū)動程序之上設(shè)置一層軟件，稱為設(shè)備獨立性軟件，其主要功能有以下兩個方面：216。? 系統(tǒng)為每一個設(shè)備都配置了一張設(shè)備控制表（ DCT）， 用于記錄該設(shè)備的情況。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備獨立性? 使用邏輯設(shè)備名是操作系統(tǒng)對用戶程序的設(shè)備獨立性的具體支持。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 當(dāng)它運行時不保持任何設(shè)備資源，打破了產(chǎn)生死鎖一個必要條件 ——“ 請求和保持 ”，所以這種分配方式是安全的。獨享方式是指將一個設(shè)備分配給某進程后，便一直由它獨占，直至該進程完成或釋放該設(shè)備為止，系統(tǒng)才能將該設(shè)備分配給其它進程使用。為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個隊列，于是就形成三個隊列：空緩沖區(qū)隊列、輸入緩沖區(qū)隊列和輸出緩沖區(qū)隊列。? 兩臺機器之間進行數(shù)據(jù)通信時，若設(shè)置單緩沖，則只能進行單向通信；若為雙緩沖，則可雙向通信。緩沖池：分析中斷原因，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備中斷處理程序。如采用中斷驅(qū)動方式和 DMA方式的驅(qū)動程序是不同的。callsonejusttransferstoreservicesruns（用戶界面，數(shù)據(jù)拷貝（對 I/O緩沖））– Implementedneeds（ 在某些場合沒有效率）? NonblockingNonblockingtimings,FIFOs,interface（ 從塊設(shè)備和字符設(shè)備變化而來，有獨自的接口）? Unixget, put（ 命令有 get,put)– Librariesseek目的：將慢速的獨占設(shè)備改造成多個用戶可共享的設(shè)備，提高設(shè)備的利用率塊設(shè)備（ BlockI/Oincalls發(fā) I/Omemoryfor當(dāng) CPU不需要系統(tǒng)總線時可以使用總線– alsoignore? 可見，在 I/O設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時， CPU無需干預(yù)，直到 I/O完成才去進行中斷處理。thebit,clearsthecontrollercontrollerdataoutThe1.device（ 忙等待循環(huán)等待設(shè)備的 I/O操作）Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 Polling（ 輪詢）? Eg,the（ 設(shè)備的尋址方式）– Direct（ 端口）– Bus（ 2）總線的分類（非本課程范圍） 設(shè)備控制器與設(shè)備的接口： I/O邏輯根據(jù) CPU發(fā)來的地址信號，選擇一個設(shè)備接口。 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備控制器（ 1） 因此增加一級 I/O通道，以替代 CPU與各設(shè)備控制器進行通信，實現(xiàn)對它們的控制。Hardware邏輯設(shè)備與物理設(shè)備、屏蔽硬件細節(jié)（設(shè)備的物理細節(jié)，錯誤處理，不同I/O的差異性）3，充分利用各種技術(shù)（通道，中斷，緩沖等）提高 CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行工作能力，充分利用資源，提高資源利用率 使用戶擺脫繁瑣的編程負擔(dān)（ 2）建立統(tǒng)一的獨立于設(shè)備的接口（ 3）完成設(shè)備驅(qū)動程序，實現(xiàn)真正的 I/O操作（ 4）處理外部設(shè)備的中斷處理（ 5）管理 I/O緩沖區(qū) Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備管理的目標和任務(wù)I/O狀態(tài)信號線：用于傳送設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)信號。其中數(shù)據(jù)線通常與數(shù)據(jù)寄存器和控制 /狀態(tài)寄存器相連。當(dāng)一個通道程序控制某臺設(shè)備傳送一個字節(jié)后，通道硬件就控制轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個通道程序，控制另一臺設(shè)備傳送信息。（ 1）總線的基本概念： I/OI/Oaddresses,forfollows:byte4.registerclearsI/O具體的 I/O工作則由控制器去完成。receivespriority（ 以優(yōu)先級為基礎(chǔ)）– SomeSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 直接存儲器訪問（ DMA） I/O控制方式 avoidI/OSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O通道控制方式? 例如，當(dāng) CPU要完成一組相關(guān)的 I/O操作及有關(guān)控制時，只需向 I/O通道發(fā)出一條 I/O指令，并給出通道程序的首址和要訪問的 I/O設(shè)備，通道接到該指令后，通過執(zhí)行通道程序便可自動完成 CPU指定的 I/O任務(wù)。I/Ofromor字符設(shè)備的基本特征是： ① 傳輸速率較低； ② 不可尋址，即不能指定輸入時的源地址或輸出時的目標地址； ③ 字符設(shè)備的 I／ O常采用中斷驅(qū)動方式。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 I/O設(shè)備的分類includeserialtovarytimeandunderstand（ 容易使用和理解）– InsufficientI/O)（ 迅速的返回讀寫的字節(jié)數(shù)）? AsynchronousSubsystem（ 核心 I/O子系統(tǒng)）? Kernelsfairness（ 某些操作系統(tǒng)嘗試著公平）? 2)copecopycantoSilberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備驅(qū)動程序的特點? 設(shè)備驅(qū)動程序?qū)儆诘图壍南到y(tǒng)例程，主要指在請求 I/O的進程與設(shè)備控制器之間的一個通信的轉(zhuǎn)換程序。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 中斷處理程序的處理過程Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 緩沖區(qū)設(shè)置硬緩沖：在設(shè)備中設(shè)置緩沖區(qū)，由硬件實現(xiàn) 此時 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對數(shù)據(jù)進行計算。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 緩沖池?當(dāng)系統(tǒng)配置較多的設(shè)備時，使用專用緩沖區(qū)就要消耗大量的內(nèi)存空間，且其利用率不高。Begin? B(number):=Takebuf(type)。End? Wait(MS(type))。在分配設(shè)備時還必須考慮系統(tǒng)的安全性，避免發(fā)生死鎖現(xiàn)象。引入邏輯設(shè)備和物理設(shè)備兩個概念。它存放要求使用該設(shè)備的隊列的首指針。 每個表的具體內(nèi)容如下圖所示。對于虛擬設(shè)備，分配的并不是物理設(shè)備，而是外存中的一個存儲區(qū)。 向用戶層（或文件層）軟件提供統(tǒng)一的接口。它描述設(shè)備的特性和類型。Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 ? 例如 ,當(dāng)一個進程 P1發(fā)出第一個 I/O請求，占有了資源 1后，在繼續(xù)向前推進時，又要申請資源 2；此時，進程 P2卻占有了資源 2，在繼續(xù)向前推進時，又要申請資源 1，從而造成系統(tǒng)死鎖。?虛擬方式虛擬方式是指通過高速的共享設(shè)備，把一臺慢速的以獨占方式工作的物理設(shè)備改造成若干臺虛擬的同類邏輯設(shè)備，這就需要引入 SPOOLing技術(shù)。 Wait(RS(type))。隊首指針 F(outq)、 隊尾指針 L(outq)? 四種工作緩沖區(qū)：用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)、用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)、用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)、用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)。但是如果兩者的速度相差甚遠時，雙緩沖的效果就不夠理想了。 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 緩沖管理? 緩沖的引入 :? 凡是數(shù)據(jù)到達和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術(shù)– 緩和 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾– 減少對 CPU的中斷頻率，放寬對 CPU中斷響應(yīng)時間的限制。? 工作方式的設(shè)置，如利用 RS232接口進行異步通信前應(yīng)先設(shè)置波特率、奇偶校驗方式、停止位、數(shù)據(jù)字節(jié)長度等 deadlock（ 小心死鎖）Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 ? 各類設(shè)備的差別：– 數(shù)據(jù)傳輸率– 應(yīng)用– 控制的復(fù)雜性– 傳輸單位– 數(shù)據(jù)表示– 出錯條件 Silberschatz, Galvin, and Gagne ?1999 設(shè)備處理? 設(shè)備處理程序又稱設(shè)備驅(qū)動程序，它是 I/O進程與設(shè)備控制器之間的通信程序。DeviceholdSubsystem（ 核心 I/O子系統(tǒng)）? 3)devices（ 緩沖 — 當(dāng)設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的時候，暫時存放在內(nèi)存中）– Toorderingsignalsbytesaspletedaspectstime,protocolDevices（ 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）? VaryingaccessCharacter（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? 獨占設(shè)備：指在一段時間內(nèi)只允許一個用戶（進程）訪問的設(shè)備，大多數(shù)低速的 I/O設(shè)備，如用戶終端、打印機等屬于這類設(shè)備。（ 1）按使用特性分：? 存儲型設(shè)備? 輸入型設(shè)備（外設(shè) ?主機）? 輸出型設(shè)備（主機 ?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orlayer 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。transfer(通過六步來完成 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)中斷請求， CPU進行中斷處理CPU? CPU響應(yīng)中斷，控制轉(zhuǎn)給操作系統(tǒng)。為了進一步減少CPU對 I/O的干預(yù)，引入了直接存儲器訪問（ Directdispatchbyisregisterdevice