【文章內(nèi)容簡介】 Putbuf(emp,sin) Getbuf(emq) Putbuf(outq,hout) Getbuf(outq) Putbuf(emq,sout) 1. hin=getbuf(emq)； putbuf(inq,hin) 2. sin=getbuf(inq)；計算； putbuf(emq,sin) 3. hout=getbuf(emq)； putbuf(outq, hout) 4. sout=getbuf(outq)；輸出； putbuf(emq,sout) 緩沖區(qū)管理 ? 無緩沖時問題分析 ? 設備直接向進程地址空間傳送數(shù)據(jù)。如用戶從磁帶中讀數(shù)據(jù)塊的操作。 ? 忙等待方式 。浪費大量 CPU時間； ? 阻塞方式 。進程阻塞在設備的 I/O請求隊列中。 ? 不能將進程全部換出，還可能出現(xiàn)單進程死鎖。（進程在等待 I/O操作結果之前被換出，等待 I/O事件，而 I/O操作也被阻塞，等待該進程被換入。） I/O 軟 件 ? 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 I/O軟件的設計目標和原則 ? 從系統(tǒng)的觀點考慮 ? 采用多種技術和措施，解決由于外部設備與CPU速度不匹配所引起的問題，提高主機和外設的并行工作能力，提高系統(tǒng)效率。 ? 從用戶的觀點考慮 ? 設法消除或屏蔽設備硬件內(nèi)部的低級處理過程，提供一個簡便、易用、抽象的邏輯設備接口，保證用戶安全、方便地使用各類設備。 I/O軟件的設計目標和原則 ? 目標 ? 與具體設備無關 ? 為了提高 OS的可移植性和易適應性， I/O軟件應負責屏蔽設備的具體細節(jié)，向高層軟件提供抽象的邏輯設備，并完成邏輯設備與具體物理設備的映射。 ? 統(tǒng)一命名 ? 在系統(tǒng)中對各類設備采取預先設計的、統(tǒng)一的邏輯名稱進行命名，所有軟件都以邏輯名稱訪問設備。 I/O軟件的設計目標和原則 ? 目標 ? 對錯誤的處理 ? 盡可能在接近硬件的層面處理，在低層軟件能夠解決的錯誤就不讓高層軟件感知，只有低層軟件解決不了的錯誤才通知高層軟件解決。 ? 對緩沖區(qū)的管理 ? 由于 CPU與設備之間的速度差異，無論是塊設備還是字符設備，都需要使用緩沖技術。 ? 對于不同類型的設備，其緩沖區(qū) (塊 )的大小是不一樣的， I/O軟件應能屏蔽這種差異。 I/O軟件的設計目標和原則 ? 目標 ? 設備的分配和釋放 ? 對于獨占設備和共享設備帶來的許多問題， I/O軟件必須能夠同時進行妥善的解決。 ? I/O控制方式 ? 針對具有不同傳輸速率的設備，綜合系統(tǒng)效率和系統(tǒng)代價等因素，合理選擇 I/O控制方式，以提高系統(tǒng)的利用率。 ? 為方便用戶， I/O軟件也應屏蔽這種差異，向高層軟件提供統(tǒng)一的操作接口。 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩I / O 緩 緩緩 緩 I / O 緩 緩 緩 緩 緩 緩 I / O 緩 S p o o l i n g緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 I / O 緩 緩I / O 緩 緩 I/O軟件的設計目標和原則 實現(xiàn)與用戶交互的接口。用戶可直接調(diào)用在 I/O操作有關的庫函數(shù)，對設備進行操作。 實現(xiàn)與設備驅(qū)動器的統(tǒng)一接口、設備命名、設備的保護以及分配與釋放等，同時為設備管理和數(shù)據(jù)傳送提供必要的存儲空間。 與硬件直接相關，負責實現(xiàn)系統(tǒng)對設備發(fā)出的操作指令，驅(qū)動 I/O設備工作。 保存被中斷進程的 CPU環(huán)境，轉入相應的中斷處理程序進行處理，處理完后再恢復被中斷進程的現(xiàn)場后返回到被中斷進程。 ? I/O軟件的層次式結構 中斷處理程序 ? I/O中斷處理程序 ? 系統(tǒng)為每類設備設置一個 I/O中斷處理程序，它們的入口地址被存放在內(nèi)存的固定單元中， 稱為中斷向量。 ? 當設備完成一次 I/O操作時，發(fā)出中斷信號，CPU接受中斷信號，暫?，F(xiàn)行進程的執(zhí)行，根據(jù)中斷向量轉到相應的 I/O中斷處理程序。 ? I/O中斷處理程序的基本工作 ? 保留現(xiàn)行進程的執(zhí)行現(xiàn)場； ? 通知等待該 I/O操作完成的進程； ? 最終轉入進程調(diào)度程序進行重新調(diào)度。 中斷處理程序 ? 工作步驟 ? 喚醒被阻塞的驅(qū)動 (程序 )進程 ? 保護被中斷進程的 CPU環(huán)境 ? 轉入相應的設備處理程序 ? 中斷處理 ? 恢復被中斷進程的現(xiàn)場 中斷現(xiàn)場保護示意圖 P S W設 設 設 設 設P C ( N + 1 )設 設 設 設 設 R0Rn…設 設 設……設 設設 設設 設 設 設 設 設 設 設 設 設 設 P S WP C ( N + 1 )設 設 設 T T + M設 設 設YNN + 1R0Rn… 設 設 設 設 設 設設 設 設 設 設 設設 設 設 設 設 設 設C P U 設 設 設 設 設 設設 設 設 設 設 設 設 設 設設 設 設 設 設 設 設 設 設 設 設 設 設設 設 設 設設 設 設 設 設設 設 設 設設 設 設 設設 設 設 設… 設 設 設 設 設 設設 設 C P U 設 設 … 設 設 設 設 設 設 設設 設 設 設 設 設 設 設 設 設 設 設不同的設備中斷處理程序不同 中斷處理程序 I/O完成后，驅(qū)動程序必須檢查本次 I/O操作中是否發(fā)生了錯誤，并向上層軟件報告，最終向調(diào)用者報告本次 I/O的執(zhí)行情況 設備驅(qū)動程序 ? 設備處理程序 又稱為 設備驅(qū)動程序 ，是 I/O進程與設備控制器之間的通信程序 ? 功能 ? 接收 用戶的 I/O請求 命令和參數(shù) ， 并將命令中的抽象要求 轉換 為具體要求 （ I/O請求塊 ） 。 ? 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。 ? 發(fā)出 I/O命令并檢查設備狀態(tài)，空閑則啟動 I/O完成指定的操作，忙碌則 將請求者的請求塊掛 到相應設備的 I/O請求隊列。 ? 及時 響應 由控制器或通道發(fā)來的 中斷 請求并處理 ? 若計算機系統(tǒng)設置有通道，則驅(qū)動程序根據(jù)用戶的I/O請求， 自動地構成通道程序。 設備驅(qū)動程序 ? 注意 ? 每類設備有一個 I/O請求隊列 ， 在系統(tǒng)初始化時 ，將系統(tǒng)中所有設備的 I/O請求隊列置為空 。 ? 在系統(tǒng)初啟時 ， 系統(tǒng)為每類設備創(chuàng)建一個進程（ 其中的一種方式 ） ， 執(zhí)行程序就是該設備的設備驅(qū)動程序 。 由于系統(tǒng)初啟時 ， 相應的 I/O請求隊列為空 ， 則在該隊列上睡眠 。 ? 一旦有 I/O請求塊掛入，喚醒該設備驅(qū)動進程。它被調(diào)度到時，從隊列中取出一個 I/O請求塊，并按該塊的內(nèi)容執(zhí)行一次 I/O操作，發(fā)出 I/O完成（或出錯）中斷信號。然后，檢查請求隊，若為空，則進入睡眠狀態(tài)，否則，取下一個請求塊。 設備驅(qū)動程序 ? 設備處理方式 ? 在 整個系統(tǒng) 中設置 一個 I/O進程 ，統(tǒng)一負責所有設備的驅(qū)動工作。專門用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設備的 I/O操作。 ? 為每 一類設備 設置 一個進程 ，專門用于負責該類設備的驅(qū)動工作（ I/O操作） 。 ? 為 每臺 設備建立 一個 設備驅(qū)動進程，它們分別負責專門設備的驅(qū)動工作。同類設備的各驅(qū)動進程共享該類設備的設備驅(qū)動程序。 ? 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。 設備驅(qū)動程序 ? 設備驅(qū)動程序的特點 ? 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換程序 ? 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 ? 驅(qū)動程序與 I/O設備所采用的 I/O控制方式緊密相關 ? 由于驅(qū)動程序與硬件緊密相關， 因而其中的一部分必須用匯編語言書寫 ? 驅(qū)動程序應允許可重入。一個正在運行的驅(qū)動程序常會在一次調(diào)用完成前被再次調(diào)用。 ? 驅(qū)動程序不允許系統(tǒng)調(diào)用。 設備驅(qū)動程序 ? 設備驅(qū)動程序的處理過程 ? 將抽象要求轉換為具體要求。設置控制器中的寄存器。 ? 檢查 I/O請求的合法性。若請求的設備不支持本次的 I/O請求，認為是非法操作。 ? 讀出和檢查設備的狀態(tài) 。檢查設備是否空閑或就緒。 ? 傳送必要的參數(shù) 。如數(shù)據(jù)量、起始地址等 ? 設置工作方式。對于有多種工作方式的設備進行設置 ? 啟動 I/O設備。驅(qū)動進程將自己阻塞起來，直到中斷到來時將其喚醒 設備獨立性軟件 ? 設備獨立性 (Device Independence)的概念 ? 又稱為設備無關性。 ? 基本含義是 : 應用程序獨立于具體使用的物理設備。 ? 實現(xiàn)方式 ? 通過邏輯設備和物理設備。在應用程序中，使用邏輯設備名稱來請求使用某類設備；而系統(tǒng)在實際執(zhí)行時，使用物理設備名稱。 ? 實現(xiàn)設備獨立性的好處： ? 設備分配時的靈活性 ? 易于實現(xiàn) I/O重定向 設備獨立性軟件 ? 設備獨立性軟件的主要功能 ? 執(zhí)行所有設備的公有操作 ? ① 對獨立設備的分配與回收； ? ② 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； ? ③ 對設備進行保護，禁止用戶直接訪問設備； ? ④ 緩沖管理，即對字符設備和塊設備的緩沖區(qū)進行有效的管理，以提高 I/O的效率； ? ⑤ 差錯控制，只處理那些設備驅(qū)動程序無法處理的錯誤； ? ⑥ 提供獨立于設備的邏輯塊。 設備獨立性軟件 ? 設備獨立性軟件的主要功能 ? 向用戶層 (或文件層 )軟件提供統(tǒng)一接口。 ? 無論何種設備，它們向用戶所提供的接口應該是相同的。 ? 例，對各種設備的讀操作，在應用程序中都使用 read；而對各種設備的寫操作，也都使用 write。 設備獨立性軟件 ? 邏輯設備名到物理設備名映射的實現(xiàn) ? 邏輯設備表 (LUT， Logical Unit Table) ? 將應用程序中所使用的邏輯設備名映射為物理設備名。在該表的每個表目中包含了三項：邏輯設備名、物理設備名和設備驅(qū)動程序的入口地址。 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩/ d e v / t t y/ d e v / p r i n t e r351 0 2 42 0 4 6… … … 設備獨立性軟件 ? 邏輯設備名到物理設備名映射的實現(xiàn) ? LUT的設置可采取兩種方式