【文章內容簡介】 ? 操作結束后進行調度，改變用戶進程狀態(tài)，選擇下一個運行程序 ? 用戶進程恢復正常運行，此時設備驅動程序無事可干，又陷入阻塞 I/O軟件管理 30 操作系統(tǒng)課程講義 設備驅動程序 ?設備驅動程序的特點 ? 用來控制設備控制器的代碼和指令，被稱為設備驅動程序 ? 目前的體系結構中，設備驅動程序屬于操作系統(tǒng)的內核部分 ? 操作系統(tǒng)實現過程中，需要提供標準化的接口函數，用于封裝設備驅動程序 ? 設備驅動的存在形式：與操作系統(tǒng)統(tǒng)一編譯，或者運行時動態(tài)鏈接 ?設備驅動程序的工作過程 ? 接受上層用戶發(fā)送的各類參數，并對輸入參數進行檢查 ? 對硬件設備的可用性進行檢查，并接通或者啟動設備 ? 控制設備完成對應的操作（通過設置接口寄存器實現） ? 實現數據的 I/O，同時返回操作的狀態(tài)結果。 ?設備驅動工作過程中的特殊考慮 ? 設備驅動的工作方式：同步阻塞或持續(xù)運行 ? 同步阻塞模式下，必須考慮支持“中斷嵌套”的情況，將其設計為可重入 ? 熱插拔系統(tǒng)中，自動的適應設備插入或者卸載 I/O軟件管理 31 操作系統(tǒng)課程講義 設備驅動程序的統(tǒng)一接口 I/O軟件管理 32 操作系統(tǒng)課程講義 緩沖機制的設計與實現 I/O軟件管理 33 操作系統(tǒng)課程講義 用戶空間的 I/O軟件 ?I/O操作相關的庫函數或工具包 ?實現對 OS內核設備 I/O管理機制的封裝 ?向應用層用戶提供規(guī)范、簡潔的操作接口 ?實現 I/O管理底層機制與上層用戶的交互 ?假脫機（ Spooling）技術 ?通過應用軟件來實現對獨占式 I/O設備的管理 ? 緩沖＋封裝：用戶只需要管理“特殊 I/O文件” ?守護進程（ Daemon）：實現假脫機目錄 ? 利用應用程序，將獨占式 I/O設備虛擬為共享設備 I/O軟件管理 34 操作系統(tǒng)課程講義 I/O設備管理小結 ?I/O設備管理面對的各種沖突和矛盾 ?“獨特性”與“兼容性” ——標準化環(huán)境下的發(fā)展選擇 ?“高性能”與“友好性” ——系統(tǒng)資源消耗的代價取舍 ?硬件實現與軟件模擬 ——成本與性能之間的權衡 ?I/O設備管理的思維方式 ?統(tǒng)一、規(guī)范的軟硬件平臺是一切技術發(fā)展的基礎 ?性能穩(wěn)定和錯誤處理機制是一切應用普及的前提 ?系統(tǒng)觀：軟硬搭配、高低結合是復雜問題的解決思路 ?未來趨勢：隨著硬件成本的降低，軟件的作用越來越大 I/O設備管理 35 操作系統(tǒng)課程講義 內容提要 ? I/O設備管理概述 ? I/O硬件原理與軟件原理 ? 進程死鎖 ? I/O設備管理實例剖析 內容提要 36 操作系統(tǒng)課程講義 進程死鎖原理 ?死鎖舉例 ?進程 A：獲得 CDROM使用權，申請打印機 ?進程 B：獲得打印機使用權，申請 CDROM ?死鎖：此時進程 A、 B均被阻塞，無法運行 進程死鎖 進程 A 進程 B 打印機 CDROM 37 操作系統(tǒng)課程講義 進程死鎖原理 ?死鎖的定義 進程死鎖 若一個進程集合中的每一個進程都在等待只能由本集合中其他進程引發(fā)的事件。則這種情況為死鎖。 ?死鎖發(fā)生的條件 ? 互斥條件：每一個資源或者空閑，或者被分配給一個進程 ? 保持和等待條件：已占有某些資源的進程需申請新的資源后方可繼續(xù)運行 ? 非剝奪條件：被進程占用的資源不可剝奪，只能被進程本身顯式釋放 ? 循環(huán)等待條件：系統(tǒng)必然存在一條由兩個或兩個以上進程組成的循環(huán)鏈，該循環(huán)鏈中每個進程都在等待臨近的進程釋放資源 38 操作系統(tǒng)課程講義 如何理解死鎖 ?概念基礎 ?資源、可剝奪資源與不可剝奪資源 ?可剝奪資源會造成死鎖嗎？（舉例） ?發(fā)生條件分析 ?保持當前資源，等待未分配資源 ?存在循環(huán)的保持等待鏈，造成死鎖情況 ?對比理解 ?死鎖與互斥有哪些異同？ ?操作系統(tǒng)為什么要解決死鎖問題？ ?在所有的操作系統(tǒng)中都會發(fā)生死鎖問題嗎？ 進程死鎖 39 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖的形式化描述 ?基于有向圖描述死鎖條件 進程死鎖 40 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖現象與死鎖過程 ?產生死鎖的進程運行過程示例 進程死鎖 41 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖現象與死鎖過程 進程死鎖 ?產生死鎖的進程運行過程示例 42 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖處理策略 ?不理會死鎖 ?原因：為什么耗費大量的時間在小概率事件上呢？ ?死鎖檢測與恢復 ?目標：檢測死鎖發(fā)生，通過撤銷進程恢復系統(tǒng)運行 ?死鎖預防 ?目標：對進程加以適當限制以防止死鎖情況發(fā)生 ?死鎖避免 ?目標：不對進程加以限制，由操作系統(tǒng)完成死鎖預防 進程死鎖 43 操作系統(tǒng)課程講義 鴕鳥算法 ?核心思想：忽略死鎖問題 ?原因：死鎖問題的發(fā)生是小概率事件 ?策略分析 ?方便性與正確性之間的選擇 ?平均情況與最壞情況的選擇 進程死鎖 44 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖檢測與恢復 ?核心思想：將系統(tǒng)從死鎖中解脫 ?方法動機：與其耗費大量時間來避免死鎖的發(fā)生，不如采取有效的手段解決死鎖 ?死鎖檢測的解決方法 ?每個類型的資源只有一個：基于圖和集合的算法檢測是否有閉環(huán) ?每個類型的資源有多個：基于矩陣和向量比較方法檢測是否存在死鎖 ?死鎖恢復的解決方法 ?進行資源搶占：將某個進程的資源強制性分配給其他進程 ?利用回退恢復：設定檢查點，發(fā)現存在死鎖情況后則回退 ?殺死進程恢復：直接殺掉占用資源的進程，使得其他進程得以運行；最關鍵的問題是選擇殺死哪一個進程 進程死鎖 45 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖檢測算法簡介 ?每個類型的資源只有一個 ?建立資源分配圖結構，記錄了所有的進程、資源和有向邊 ?從任一結點開始進行深度優(yōu)先遍歷，如找到閉環(huán)則結束 ?如某條遍歷路徑已經到達終點，則回退至上一結點，繼續(xù)重復此過程 ?每個類型的資源有多個 ?建立現有資源標量、可用資源標量、當前分配矩陣、請求矩陣等數據結構 ?對當前分配矩陣，尋找可滿足資源需求的進程，對其標記 ?如果有進程沒有被標記，說明該進程是死鎖進程 進程死鎖 46 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖預防 ?核心思想：對進程加以限制防止死鎖發(fā)生 ?設計思路：針對四個死鎖條件，逐一避免 ?具體解決方法 ?互斥條件：使用 Spooling技術來管理設備（ ?保持和等待條件：資源可用性決定資源分配 ?不可剝奪條件：由系統(tǒng)直接剝奪此類資源 ?循環(huán)鏈條件：資源編號，按預定規(guī)則申請 進程死鎖 47 操作系統(tǒng)課程講義 死鎖避免 ?核心思想：不對進程進行限制，預防死鎖 ?設計思路：操作系統(tǒng)分析資源分配情況防止死鎖 ?核心思想 ?安全狀態(tài)：存在某種資源調度順序，保證所有進程正常運行完成，則稱該狀態(tài)為安全狀態(tài) ?不安全狀態(tài)：不存在可滿足所有進程正常運行的資源調度順序，則稱該狀態(tài)為不安全狀態(tài) ?具體實現方法 ?資源軌跡圖：針對兩個進程的死鎖避免 ?銀行家算法：單種資源和多種資源的算法 進程死鎖 48 操作系統(tǒng)課程講義 使用資源軌跡圖方法避免死鎖 ?針對兩個進程、兩種資源的死鎖避免方法 ?條件： ?兩個進程 A和 B，兩種資源“打印機”和“繪圖儀” ?根據指令運行過程來判斷是否發(fā)生死鎖 ?進程 A： P點啟動， I1~I3使用打印機， I2~I4使用繪圖儀； ?進程 B： Q點啟動， I5~I7使用繪圖儀， I6~I8使用打印機； 進程死鎖 49 操作系統(tǒng)課程講義 使用資源軌跡圖方法避免死鎖 進程死鎖 50 操作系統(tǒng)課程講義 單種資源銀行家算法 ?核心思想