【文章內(nèi)容簡介】 IO(TEST I/O)：用以檢查 I/O操作是否完成 ， 建立相應(yīng)的條件碼 。 HIO(HALT I/O)：強行停止通道和 I/O設(shè)備正在執(zhí)行的操作 。 TCH(TEST CHANNEL)：測試通道，根據(jù)對通道測試的結(jié)果建立相應(yīng)的條件碼。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 2. CPU和通道間的通訊 中央處 理機用戶進(jìn) 程 操作系 統(tǒng)進(jìn)程 i系統(tǒng)調(diào) 用( I / O 請求)??保護(hù)進(jìn) 程 i 的現(xiàn)場組織通 道程序存 C A W 到固定 單元執(zhí)行 S I O 指令檢查條 件碼啟動 成功進(jìn)程i 阻塞重新調(diào) 度進(jìn)程 j 運行進(jìn)程 j?中斷進(jìn) 程 j保護(hù)現(xiàn) 場分析中 斷事件處理I / O 中斷激活進(jìn) 程i重新調(diào) 度通道判斷狀 態(tài)形成條件 碼執(zhí)行通 道程序控制設(shè) 備操作執(zhí)行情 況登記在 C S W 中出現(xiàn)中 斷事件C S W 送固定 單元通道號 、設(shè)備號送入特 定寄存器設(shè)備和設(shè)備控 制器執(zhí)行規(guī)定操作圖 CPU啟動通道的工作流程 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) I/O系統(tǒng)的軟件組織 I/O軟件設(shè)計的目標(biāo) I/O軟件設(shè)計的第一個目標(biāo)是設(shè)備無關(guān)性 。 其含義就是使程序員寫出的軟件無需任何修改便能讀出軟盤 、 硬盤以及 CDROM等不同設(shè)備上的文件 ， 而與具體設(shè)備無關(guān) 。 例如 ， 用戶可以簡單地輸入如下命令： sortinputoutput 就能夠從各種設(shè)備上獲得輸入 ， 包括軟盤 、 硬盤或鍵盤 ，同時將輸出送到各種不同的設(shè)備上 ， 例如 ， 軟盤 、 硬盤甚至是屏幕 。 不同設(shè)備之間的差異由操作系統(tǒng)去處理 ， 操作系統(tǒng)會調(diào)用不同的設(shè)備驅(qū)動程序來真正地將輸入數(shù)據(jù)寫到輸出設(shè)備上 。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) I/O軟件設(shè)計的第二個目標(biāo)是錯誤處理。 I/O軟件設(shè)計的第三個目標(biāo)是同步 /異步傳輸。 I/O軟件設(shè)計的第四個目標(biāo)是必須能處理獨占設(shè)備和共享設(shè)備的 I/O操作。 為實現(xiàn)以上四個目標(biāo) ， I/O系統(tǒng)應(yīng)組織成以下四個層次： (1) 中斷處理程序； (2) 設(shè)備驅(qū)動程序； (3) 與設(shè)備無關(guān)的 I/O軟件； (4) 用戶空間的 I/O軟件。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 中斷處理程序位于 I/O系統(tǒng)的最低層 。 當(dāng)進(jìn)程需要進(jìn)行I/O操作時 ， 操作系統(tǒng)應(yīng)將該進(jìn)程掛起 ， 即進(jìn)入阻塞 ， 直至I/O操作結(jié)束并發(fā)生中斷 。 當(dāng)中斷發(fā)生時 ， 中斷處理程序執(zhí)行相應(yīng)的操作 ， 以解除相應(yīng)進(jìn)程的阻塞狀態(tài) 。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 設(shè)備驅(qū)動程序 設(shè)備驅(qū)動程序包括了所有與設(shè)備有關(guān)的代碼 。 每一個設(shè)備驅(qū)動程序只處理一種設(shè)備或者一類密切相關(guān)的設(shè)備 。 設(shè)備驅(qū)動程序的功能是從與設(shè)備無關(guān)的軟件中接收抽象的請求 ， 并執(zhí)行該請求 。 例如 ， 讀磁盤上的第 n塊 。 如果請求到來時 ， 驅(qū)動程序空閑 ， 則它立即執(zhí)行該請求； 但如果它正在處理另一請求 ， 則它將該請求掛在一個等待隊列中 。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 執(zhí)行一條 I/O請求的第一步 ， 是將該請求轉(zhuǎn)換成更具體的形式 。 例如 ， 對磁盤驅(qū)動程序 ， 它包括：計算所請求的塊 n的物理地址 ， 檢查驅(qū)動電機是否在轉(zhuǎn) ， 檢測存取臂是否定位在正確的柱面 。 總之 ， 它必須確定需要哪些控制器命令以及命令的執(zhí)行次序 。 一旦決定應(yīng)向控制器發(fā)送什么命令 ， 驅(qū)動程序就向控制器中的設(shè)備寄存器寫入這些命令 。 某些控制器一次只能處理一條命令， 另一些則可以接收一串命令并自動進(jìn)行處理。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 與設(shè)備無關(guān)的 I/O軟件 現(xiàn)以塊設(shè)備為例 ， 與設(shè)備無關(guān)的 I/O軟件的主要功能包括： (1) 設(shè)備命名。 (2) 設(shè)備保護(hù)。 (3) 與設(shè)備無關(guān)的塊大小。 (4) 數(shù)據(jù)緩沖。 (5) 數(shù)據(jù)塊的分配。 (6) 對獨占設(shè)備的分配與釋放。 (7) 錯誤處理。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 用戶空間的 I/O軟件 盡管大部分 I/O軟件屬于操作系統(tǒng) ， 但是也有一小部分是與用戶程序鏈接在一起的庫例程 ， 甚至是在核心外運行的完整程序 。 系統(tǒng)調(diào)用 ， 包括 I/O系統(tǒng)調(diào)用 ， 通常是庫例程調(diào)用 。 在如下 C語句： count=write(fd， buffer， nbyte)； 中 ， 所調(diào)用的庫函數(shù) write( )將與用戶程序鏈接在一起 ， 并包含在運行時的二進(jìn)制代碼中 。 這一類庫例程顯然也是 I/O系統(tǒng)的一部分 。 標(biāo)準(zhǔn) I/O庫包含相當(dāng)多涉及 I/O的庫例程 ， 它們作為用戶程序的一部分運行 。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) I/O系統(tǒng)軟件的層次結(jié)構(gòu) 圖 I/O系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 用戶進(jìn) 程設(shè)備無 關(guān)軟件設(shè)備驅(qū) 動程序中斷處 理程序硬件層次 I / O 應(yīng)答 I / O 功能進(jìn)行 I / O 調(diào)用； 格 式 化 I / O ；S p o o l i n g命名，保護(hù)，阻塞，緩沖，分配建立設(shè) 備寄存器；檢查狀 態(tài)當(dāng) I / O 結(jié)束時 ，喚醒驅(qū) 動程序執(zhí)行 I / O 操作I / O 請 求第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 緩 沖 技 術(shù) 單緩沖 圖 (a) 無緩沖； (b) 單緩沖 用戶進(jìn) 程 操作系 統(tǒng)I / O 設(shè)備( a )用戶進(jìn) 程 操作系 統(tǒng)I / O 設(shè)備( b )第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 雙緩沖 圖 雙緩沖 用戶進(jìn) 程I / O 設(shè)備AB第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 緩沖池 1. 緩沖池的組成 對于既可用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池 ， 其中至少應(yīng)包含以下三種類型的緩沖區(qū)： ① 空閑緩沖區(qū)； ② 裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)； ③ 裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) 。 為了管理方便 ，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個隊列 。 于是 ， 可形成以下三個隊列： (1) 空緩沖區(qū)隊列 emq： 由空緩沖區(qū)所鏈成的隊列； (2) 輸入隊列 inq： 由裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊列； (3) 輸出隊列 outq： 由裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊列。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 除了上述三個隊列外 ， 還應(yīng)具有四種工作緩沖區(qū)： (1) 用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)； (2) 用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)； (3) 用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)； (4)用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 2. 緩沖池管理的基本操作 對緩沖池管理提供兩個基本操作 (過程 )： (1) getbuf(type)：用于從 type所指定的隊列的隊首 ， 摘下一個緩沖區(qū)； (2) putbuf(type， number)：用于將用參數(shù) number所指示的緩沖區(qū) ， 掛在 type隊列上 。 第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 3. 緩沖池的工作方式 圖 緩沖池的工作方式 收容輸 入h i ns o u t提取輸 出s i nh o u t緩沖池收容輸 出提取輸 入用戶程序第六章 輸入 /輸出系統(tǒng) 預(yù)先讀與延遲寫 1. 預(yù)先讀 操作系統(tǒng)讀塊設(shè)備時 ， 一般通過同步方式把一指定的數(shù)據(jù)塊讀入緩沖區(qū) ， 此時用戶進(jìn)程不得不進(jìn)入阻塞狀態(tài) ， 等待數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束 。 為了加快進(jìn)程的推進(jìn)速度 ， 提高 CPU和塊設(shè)備工作的并行