【文章內(nèi)容簡介】 以便其余部分盡可能少地與之發(fā)生聯(lián)系。每個(gè)進(jìn)程在啟動(dòng)一個(gè) I/O操作后將阻塞，然后等待 I/O操作的完成。當(dāng) I/O操作完成并產(chǎn)生一個(gè)中斷時(shí)，由操作系統(tǒng)接管 CPU后轉(zhuǎn)中斷處理程序執(zhí)行，中斷處理程序執(zhí)行相應(yīng)的處理，并解除相應(yīng)進(jìn)程的阻塞狀態(tài)。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 中斷處理程序的處理過程 : 1. 喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程 2. 保護(hù)被中斷的 CPU環(huán)境 3. 轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序 4. 中斷處理 5. 恢復(fù)中斷進(jìn)程的現(xiàn)場 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 中斷現(xiàn)場保護(hù)示意圖 PSW程序狀態(tài)字P C ( N ＋ 1)程序計(jì)數(shù)器R0Rn…寄存器……開始返回用戶程序 中斷服務(wù)子例程PSWP C ( N ＋ 1)中斷棧TT ＋ M線指針YNN － 1R0Rn…計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程對被中斷進(jìn)程的C P U 環(huán)境進(jìn)行保護(hù)分析中斷原因，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程序終端中斷處理程序打印機(jī)中斷處理程序磁盤中斷處理程序…恢復(fù)被中斷進(jìn)程的 C P U 現(xiàn)場…返回被中斷的進(jìn)程，繼續(xù)執(zhí)行中斷請求信號(hào)中斷處理流程 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System I/O軟件層次 I/O軟件的目標(biāo) I/O中斷處理程序 I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 與設(shè)備無關(guān)的 I/O軟件 用戶空間的 I/O軟件 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 不同設(shè)備的控制器中寄存器的個(gè)數(shù)以及能夠識(shí)別的命令的性質(zhì)有著本質(zhì)的不同，所以每個(gè)連接到計(jì)算機(jī)上的 I/O設(shè)備都需要某些特定的代碼來對其控制，這樣的代碼稱為 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 （ Device Driver），它一般由設(shè)備的制造商編寫并連同設(shè)備一起交付。因?yàn)槊恳粋€(gè)操作系統(tǒng)都需要自己的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，所以設(shè)備制造商通常要為不同的操作系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中包括了所有與設(shè)備相關(guān)的代碼，是直接與硬件打交道的模塊。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒈ 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是控制設(shè)備動(dòng)作的核心模塊，用來控制 設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳輸。一般來說應(yīng)該有以下功能： ⑴ 接收來自上層的與設(shè)備無關(guān)軟件中的抽象請求，并 且監(jiān)督這些請求的執(zhí)行； ⑵ 取出請求隊(duì)列中的隊(duì)首請求，將相應(yīng)設(shè)備分配給它； ⑶ 向設(shè)備控制器發(fā)送命令，啟動(dòng)該設(shè)備工作，完成指 定 I/O操作； ⑷ 處理來自設(shè)備的中斷。 對于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)該能夠 根據(jù)用戶的 I/O請求，自動(dòng)構(gòu)造通道程序。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒉ 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)中的邏輯定位 用戶 程序 核心 I / O 子系統(tǒng) 打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 掃描儀驅(qū)動(dòng)程序 CD ROM 驅(qū)動(dòng)程序 打印機(jī)控制器 掃描儀控制器 CD ROM 控制器 用戶進(jìn)程 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口 用戶 空間 內(nèi)核 空間 設(shè)備 硬件 操作系統(tǒng)內(nèi)核 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒊ 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn) ⑴ 驅(qū)動(dòng)程序的主要作用是實(shí)現(xiàn)請求 I/O的進(jìn) 程 與 設(shè)備控制器 之間的通信。 ⑵ 驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備的特性密切相關(guān)。 ⑶ 驅(qū)動(dòng)程序可以動(dòng)態(tài)地安裝或卸載。 ⑷ 驅(qū)動(dòng)程序與 I/O控制方式相關(guān)。 ⑸ 驅(qū)動(dòng)程序與硬件密切相關(guān)。 ⑹ 不允許驅(qū)動(dòng)程序使用 系統(tǒng)調(diào)用 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒋ 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的框架 ⑴ 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外界的接口 對設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外界的接口需要進(jìn)行嚴(yán)格的定義，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面： ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核的接口 。 ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)引導(dǎo)的接口 。 ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備的接口。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⑵ 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的組成 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的注冊與注銷。 ? 設(shè)備的打開與釋放。 ? 設(shè)備的讀 /寫操作 ? 設(shè)備的控制操作。 ? 設(shè)備的中斷或輪詢處理。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System (3)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程 1. 將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 2. 2. 檢查 I/O請求的合法性 3. 3. 讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài) 4. 4. 傳送必要的參數(shù) 5. 5. 工作方式的設(shè)置 6. 6. 啟動(dòng) I/O設(shè)備 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System I/O軟件層次 I/O軟件的目標(biāo) I/O中斷處理程序 I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 與設(shè)備無關(guān)的 I/O軟件 用戶空間的 I/O軟件 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 1. 設(shè)備獨(dú)立性 (Device Independence)的概念 為了提高 OS的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性 ， 在現(xiàn)代 OS中都毫無例外地實(shí)現(xiàn)了 設(shè)備獨(dú)立性 ， 也稱為設(shè)備無關(guān)性 。 其基本 含義是： 應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備 。 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性而引入了 邏輯設(shè)備 和 物理設(shè)備 這兩個(gè)概念 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 在實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性的功能后 ， 可帶來以下兩方面的好處 。 1) 設(shè)備分配時(shí)的靈活性 2) 易于實(shí)現(xiàn) I/O重定向 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 2. 設(shè)備獨(dú)立性軟件 1) 執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作 ① 對獨(dú)立設(shè)備的分配與回收 ； ② 將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名 ； ③ 對設(shè)備進(jìn)行保護(hù) ； ④ 緩沖管理 ； ⑤ 差錯(cuò)控制 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 2) 向用戶層 (或文件層 )軟件提供統(tǒng)一接口 無論何種設(shè)備， 它們向用戶所提供的接口應(yīng)該是相同的。 例如， 對各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用 read。 而對各種設(shè)備的寫操作，也都使用 write。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 3. 邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn) 1) 邏輯設(shè)備表（三項(xiàng)） 2) 2) LUT的設(shè)置問題（兩種） 3) 系統(tǒng)中只有一張 LUT 4) 每個(gè)用戶有一張 LUT 邏輯設(shè)備表 邏輯設(shè)備名 物理設(shè)備名 驅(qū)動(dòng)程序 入口地址 /dev/tty /dev/printer 3 5 1024 2046 … … … 邏輯設(shè)備名 /dev/tty /dev/printer … 系統(tǒng)設(shè)備表指針 3 5 ( a ) ( b ) 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System I/O軟件層次 I/O軟件的目標(biāo) I/O中斷處理程序 I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 與設(shè)備無關(guān)的 I/O軟件 用戶空間的 I/O軟件 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 盡管大部分 I/O軟件在操作系統(tǒng)中，但用戶空間也有一小部分，通常它們以庫函數(shù)的形式出現(xiàn)，甚至是在核心外運(yùn)行的完整程序。例如用戶編寫的 C程序中可以使用標(biāo)準(zhǔn) I/O 庫函數(shù)，經(jīng)編譯以后，用戶程序就和相應(yīng)的庫函數(shù)鏈接在一起了，然后裝入內(nèi)存運(yùn)行。而庫函數(shù)代碼中要使用系統(tǒng)調(diào)用（其中包括 I/O系統(tǒng)調(diào)用），經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入操作系統(tǒng)，為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 1. SPOOLing 為了緩和 CPU的高速性與 I/O設(shè)備低速性間的矛盾而引入了脫機(jī)輸入 、 脫機(jī)輸出技術(shù) 。 該技術(shù)是利用專門的外圍控制機(jī) ， 將低速 I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；或者相反 。 事實(shí)上 ， 當(dāng)系統(tǒng)中引入了 多道 程序技術(shù)后 ， 完全可以 利用其中的一道程序 ， 來模擬脫機(jī)輸入時(shí)的外圍控制機(jī)功能 ， 把低速 I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；再用 另一道程序來模擬脫機(jī)輸出時(shí)外圍控制機(jī)的功能 ， 把數(shù)據(jù)從磁盤傳送到低速輸出設(shè)備上 。 這樣 ，便可在主機(jī)的直接控制下 ， 實(shí)現(xiàn)脫機(jī)輸入 、 輸出功能 。 此時(shí)的外圍操作與 CPU對數(shù)據(jù)的處理同時(shí)進(jìn)行 ， 我們把這種在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱為 S P O O L i n g ( S i m u l t a n e a u s Periphernal Operating OnLine)， 或稱為假脫機(jī)操作 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 2. SPOOLing系統(tǒng)的組成 SPOOLing系統(tǒng)的組成 輸 入 進(jìn) 程 S Pi輸 出 進(jìn) 程 S Po輸 入 緩 沖 區(qū) Bi輸 出 緩 沖 區(qū) Bo輸 入 井輸 出 井磁 盤輸 入 設(shè) 備輸 出 設(shè) 備計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 3. 共享打印機(jī) 共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多用戶系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)中 。 當(dāng)用戶進(jìn)程請求打印輸出時(shí) ， SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出 ， 但并不真正立即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程 ， 而只為它做兩件事： ① 由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請一個(gè)空閑磁盤塊區(qū) ， 并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中； ② 輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請一張空白的用戶請求打印表 ， 并將用戶的打印要求填入其中 ， 再將該表掛到請求打印隊(duì)列上 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating Syste