【文章內(nèi)容簡介】 和單緩沖方式相比，雖然雙緩沖方式能進一步提高 CPU和外設的并行程度，并能使輸入設備和輸出設備并行工作， 但是在實際系統(tǒng)中很少采用這一方式 ，這是因為在計算機系統(tǒng)中的外設很多，又有大量的輸入和輸出，同時雙緩沖很難匹配設備和 CPU的處理速度。因此現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中一般使用循環(huán)緩沖或緩沖池結構。 2022/2/17 50 循環(huán)緩沖 循環(huán)緩沖技術是在主存中分配一組大小相等的存儲 區(qū)作為緩沖區(qū)，并將這些緩沖區(qū)鏈接起來，每個緩 沖區(qū)中有一個指向下一個緩沖的指針，最后一個緩 沖區(qū)的指針指向第一個緩沖區(qū)，這樣 n個緩沖區(qū)就 成了一個環(huán)形。此外，系統(tǒng)中有個緩沖區(qū)鏈首指針 指向第一個緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖區(qū)結構如圖所示。 2022/2/17 51 圖 循環(huán)緩沖區(qū)結構 2022/2/17 52 (1)Getbuf過程 (2)Releasebuf過程 2022/2/17 53 緩沖池 ?從自由主存中分配一組緩沖區(qū)即可構成緩沖池。 1．緩沖池的組成 緩沖池中的緩沖區(qū)一般有以下三種類型：空閑緩沖區(qū)、裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)和裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。 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) 2022/2/17 54 緩沖區(qū)隊列 2022/2/17 55 緩沖區(qū)可以在收容輸入、提取輸入、收容輸出和提取輸出四種方式下工作。 2．緩沖區(qū)的工作方式 2022/2/17 56 圖 緩沖池的工作緩沖區(qū) 返回首頁 2022/2/17 57 I/O軟件 P177 概 述 I/O軟件的總體設計目標是高效率和通用性。 要做到高效性，就是要確保 I/O設備與 CPU的 并發(fā)性，以提高資源的利用率； 要做到通用性，是指盡可能地提供簡單抽象、 清晰而統(tǒng)一的接口，采用統(tǒng)一標準的方法， 來管理所有的設備以及所需的 I/O操作。 2022/2/17 58 本節(jié)主要內(nèi)容： I/O軟件的設計目標和原則 中斷處理程序 設備驅(qū)動程序 設備獨立性軟件 用戶層的 I/O軟件 2022/2/17 59 本節(jié)學習目標： 了解 I/O軟件的設計目標； 了解中斷處理程序的處理過程； 了解設備驅(qū)動程序的處理過程； 熟練掌握設備獨立性的概念； 返回 2022/2/17 60 I/O軟件的設計目標和原則 1)與具體設備無關 2）統(tǒng)一命名 3）對錯誤的處理 4）緩沖技術 5）設備的分配和釋放 6） I/O控制方式 2022/2/17 61 I/O軟件中各層次及其功能如下所述： （ 1）用戶層軟件 （ 2）設備獨立性軟件 （ 3）設備驅(qū)動程序 （ 4）中斷處理程序 用戶層軟件 設備獨立性軟件 設備驅(qū)動程序 中斷處理程序 硬件 I/O應答 執(zhí)行 I/O操作 2022/2/17 62 中斷處理程序的處理過程如下： 1．喚醒被阻塞的驅(qū)動程序進程 2．保護被中斷進程的現(xiàn)場 3．分析中斷原因、轉(zhuǎn)入相應的設備中斷處理程序 4．進行中斷處理 5．恢復被中斷進程的現(xiàn)場 中斷處理程序 2022/2/17 63 設備驅(qū)動程序 功能 （ 1）將接收到的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求。 主要任務：接收上層軟件發(fā)來的抽象 I/O要求， 在把它轉(zhuǎn)換為具體要求后，發(fā)送給設備控制器， 啟動設備去執(zhí)行；也將設備控制器發(fā)來的信號 傳送給上層軟件。 2022/2/17 64 （ 3）發(fā)出 I/O命令，啟動分配到的 I/O設備，完成指定的 I/O操作 （ 5）對于設置有通道的計算機系統(tǒng)，驅(qū)動程序還應能夠根據(jù)用戶的 I/O請求，自動地構成通道程序。 （ 4）及時響應由控制器或通道發(fā)來的中斷請求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應的中斷處理程序進行處理。 （ 2）檢查用戶 I/O請求的合法性，了解 I/O設備的狀態(tài)，傳遞有關參數(shù)，設置設備的工作方式。 2022/2/17 65 (1)為每一類設備設置一個進程，專門用于執(zhí)行 這類設備的 I/O操作。 （ 2）在整個系統(tǒng)中設置一個 I/O進程，專門用 于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設備的 I/O操作。 （ 3）不設置專門的設備處理進程，而只為各 類設備設置相應的設備處理程序（模塊），供 用戶進程或系統(tǒng)進程調(diào)用。 2022/2/17 66 （ 1）驅(qū)動程序主要是指在請求 I/O的進程與設備控制器之間的一個通信和轉(zhuǎn)換程序。 （ 3）驅(qū)動程序與 I/O設備所采用的 I/O控制方式 緊密相關。 （ 2）驅(qū)動程序與設備控制器和 I/O設備的硬件特 性緊密相關，因而對不同類型的設備應配置不同 的驅(qū)動程序。 2022/2/17 67 （ 4）驅(qū)動程序的基本部分已經(jīng)固化，放在ROM中。 （ 5）驅(qū)動程序應允許可重入。 （ 6）驅(qū)動程序不允許系統(tǒng)調(diào)用。 2022/2/17 68 4. 設備驅(qū)動程序的處理過程 具體如下 : . I/O請求的合法性 不同的設備有 不同 的設備驅(qū)動程序，但設備驅(qū)動 程序大都可分為兩部分，除有能驅(qū)動 I/O設備工作 的驅(qū)動程序外，還有設備中斷處理 I/O完成后的工 作程序。 2022/2/17 69 I/O設備 2022/2/17 70 設備獨立性軟件 也稱設備無關性，其基本含義是： 應用程序獨立于具體 使用的物理設備 。 在應用程序中，使用 邏輯設備 名稱來請求使用某設備； 而系統(tǒng)在實際執(zhí)行時，是使用 物理設備名 。 2022/2/17 71 好處： 1)設備分配時的靈活性 2)易于實現(xiàn) I/O重定向 所謂 I/O重定向，是指用于 I/O操作的設備可以 更換，即重定向，而不必改變應用程序。 2022/2/17 72 設備獨立性軟件的主要功能： （ 1）執(zhí)行所有設備的公有操作。 包括：對獨立設備的分配與回收； 將邏輯設備名映射為物理設備名，進一步可以找 到相應物理設備的驅(qū)動程序； 對設備進行保護，禁止用戶直接訪問設備； 緩沖管理； 差錯控制； 提供獨立于設備的邏輯塊 （ 2）向用戶層（或文件層）軟件提供統(tǒng)一接口 2022/2/17 73 1)邏輯設備表 LUT 邏輯設備名 物理設備名 驅(qū)動程序入口地址 /dev/tty /dev/print 3 5