【正文】 產(chǎn)生中斷信號標(biāo)志事件的發(fā)生。?中斷信號導(dǎo)致調(diào)用驅(qū)動程序的中斷服務(wù)子程序，它將所要的數(shù)據(jù)從硬設(shè)備復(fù)制到設(shè)備驅(qū)動程序的緩沖區(qū)中，并通知正在等待的 read() 函數(shù)或 request()函數(shù)，現(xiàn)在數(shù)據(jù)可供使用。? 在數(shù)據(jù)可供使用時， read()或 request()函數(shù)現(xiàn)在可將數(shù)據(jù)提供給用戶進(jìn)程。二、設(shè)備驅(qū)動程序的框架1. 驅(qū)動程序的注冊與注銷? 系統(tǒng)引導(dǎo)時 , 通過 sys_setup()進(jìn)行系統(tǒng)初始化。 而 sys_setup()又調(diào)用 device_setup()進(jìn)行設(shè)備初始化。? 設(shè)備初始化分為塊設(shè)備初始化 blk_dev_init() 與字符設(shè)備初始化 chr_dev_init()? 字符設(shè)備初始化通過 register_chrdev()函數(shù)向內(nèi)核注冊 extern int register_chrdev(unsigned int Major, const char *name,struct file_operation *fops) ? 若注冊成功 ,內(nèi)核就可向請求的進(jìn)程提供操作的入口地址進(jìn)而啟動驅(qū)動程序進(jìn)行工作 ,完成進(jìn)程的請求操作。?注銷函數(shù)unregister_chrdev(unsigned int major const char *name)2. 設(shè)備的打開與釋放?打開設(shè)備用 open()完成 。 如打印機(jī)用 lp_open()打開。?打開設(shè)備過程需要執(zhí)行如下操作：–檢查與設(shè)備相關(guān)的錯誤–如果是首次打開，則初始化設(shè)備–如果需要，分配且設(shè)置設(shè)備文件的私有數(shù)據(jù)–遞增設(shè)備使用的計數(shù)器?釋放設(shè)備是由 release()完成的–遞減設(shè)備使用的計數(shù)器–釋放文件中的私有數(shù)據(jù)所占的內(nèi)存空間–如果屬于最后一個釋放，則關(guān)閉設(shè)備3. 舉例：一個簡單的字符設(shè)備 mouse? 假設(shè)有一個進(jìn)程打開 /dev/logibm文件 (主設(shè)備號為 10)? VFS調(diào)用主設(shè)備號為 10的通用 open( )函數(shù)。? 因為這類設(shè)備包括很多不同種類的設(shè)備 , 因此有一個名為 misc_open( )的函數(shù)。? 這個函數(shù)根據(jù)次設(shè)備號裝載一組更專用的文件操作。? 最終結(jié)果是 , 該文件的 f_op域指向 bus_mouse_fops表， 并調(diào)用 open_mouse( )函數(shù)?檢查總線鼠標(biāo)是否被連接。?請求總線鼠標(biāo)所使用的 IRQ線 , 也就是 IRQ5, 并注冊mouse_interrupt( )中斷服務(wù)例程。?初始化一個類型為 mouse_status的 mouse數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ,該結(jié)構(gòu)存放總線鼠標(biāo)的有關(guān)狀態(tài)信息。這些狀態(tài)信息包括哪個鍵被按下 ,以及最后一次讀取設(shè)備文件之后鼠標(biāo)指針的水平、垂直位移。?向 0x23e控制寄存器中寫入 0，從而啟用總線鼠標(biāo)中斷 (總線鼠標(biāo)使用從 0x23c到 0x23f的 I/O端口 )。open_mouse( )函數(shù) mouse數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的填充是異步進(jìn)行的 : 每次用戶移動鼠標(biāo)或者按下一個鼠標(biāo)鍵時 , 鼠標(biāo)控制器都會產(chǎn)生一個中斷 , 從而激活 mouse_interrupt( )函數(shù) 。 該函數(shù)執(zhí)行以下操作：? 通過向 0x23e控制寄存器寫入適當(dāng)?shù)拿?, 并從0x23c 輸入寄存器中讀取相應(yīng)的值來查詢鼠標(biāo)設(shè)備的狀態(tài)。?更新 mouse數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。? 向 0x23e控制寄存器中寫入 0來重新啟用鼠標(biāo)中斷 (鼠標(biāo)中 斷每次發(fā)生時 ,鼠標(biāo)設(shè)備都會自動將其禁用 )mouse_interrupt( )函數(shù) 進(jìn)程要讀取 /dev/logibm 文件的內(nèi)容才能獲得鼠標(biāo)的狀態(tài) 。每個 read( )系統(tǒng)調(diào)用最終都會調(diào)用 read_mouse( )函數(shù) , 也就是文件操作的 read函數(shù) 。 該函數(shù)執(zhí)行以下操作 :1. 查進(jìn)程是否最少請求了 3個字節(jié) , 否則返回 EINVAL 2. 檢查對 /dev/logibm 的最后一次讀操作之后鼠標(biāo)狀態(tài)是否有已發(fā)生變化 。 如果沒有 , 就返回 EAGAIN。3. 調(diào)用 disable_irq()來禁止 IRQ5的中斷處理 , 讀取 mouse數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所存放的值 。 然后通過調(diào)用 enable_irq( )來重新啟用 IRQ5的中斷處理。4. 最后一次讀操作之后把代表鼠標(biāo)狀態(tài) (鍵狀態(tài) , 水平位置 ,垂直位置 ) 的 3個字節(jié)寫入用戶態(tài)緩沖區(qū) 。 如果進(jìn)程所請求的內(nèi)容超過 3個字節(jié) , 就用 0填充用戶態(tài)緩沖區(qū)。5. 返回所寫字節(jié)的數(shù)量。read_mouse( )函數(shù) 磁盤存取設(shè)備管理 磁盤性能簡述1. 磁盤的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu) : 容量大 , 斷電后仍可保存信息 , 存取速度較塊 , 成本較低 ,可實現(xiàn)直接 (隨機(jī) )存取 , 存取磁盤上任一物理塊的時間不依賴于該物理塊所處的位置。 盤設(shè)備由兩部分組成 : 驅(qū)動部分 +存儲介質(zhì) (磁盤 ) 磁盤以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) , 磁臂沿徑向驅(qū)動磁頭移動到所要求的磁道上 , 并等待所要求的扇區(qū)開始位置旋轉(zhuǎn)到磁頭下 , 開始讀寫數(shù)據(jù) , 在磁頭和緩沖區(qū)間傳輸數(shù)據(jù)。柱面扇區(qū)磁臂磁頭磁道2. 磁盤數(shù)據(jù)組織和格式 信息記錄在磁道上 , 多個盤片 , 正反兩面都用來記錄信息 , 每面一個磁頭 , 所有盤面中處于同一磁道號上的所有磁道組成一個柱面。TrackSectorTop View of a SurfaceRotating StorageCylinderPlattersR/W HeadsNote: Parallel Read/Write DrivesActivate All Heads SimultaneouslySurface LayoutSpindleSurfaceTracksTrack kSectorsGapsAdapted from: Computer Systems: A Programmer’s PerspectivePlatter ViewSurface 0Surface 1Surface 2Surface 3Surface 4Surface 5Cylinder kSpindlePlatter 0Platter 1Platter 2Adapted from: Computer Systems: A Programmer’s PerspectiveDisk in ActionSpindle物理地址形式 : 磁頭號 (盤面號 )、磁道號 (柱面號 )、扇區(qū)號 磁盤格式化的一種形式： p172圖 522每個物理扇區(qū) 600個字節(jié)包含： 標(biāo)識符字段 數(shù)據(jù)字段 Track: 磁道號 Gap: 為間隙 Head: 磁頭號 Synch: 為定界符 Sector: 扇區(qū)號 CRC: 用于校驗 Gap ID Field Gap Data Field Gap 17 7 41 515 20Synch Track Head Sector CRC 1 2 1 1 2Synch Data CRC 1 512 23. 磁盤類型： 磁盤分為硬盤和軟盤 , 單片盤和多片盤 , 固定頭磁盤和移動頭磁盤等。?固定頭磁盤 : 每個磁道設(shè)置一個磁頭 , 所有磁頭都被安裝在一個剛性磁臂中 , 各磁頭并行讀寫 , 磁頭不需要機(jī)械移動 , 速度快但成本高 , 用于大容量硬盤上。?移動頭磁盤 : 一個盤面只有一個磁頭 , 變換磁道時需要移動磁頭 , 速度慢但成本低 , 微機(jī)上配置的軟盤和硬盤 (溫盤 )都采用這種結(jié)構(gòu)。?活動硬盤 : 增加靈活性和便攜性。4. 磁盤訪問時間（ Ta)? 尋道時間 Ts: 把磁頭移動定位到指定磁道 所經(jīng)歷的時間 , 啟動時間 s與移動 n條磁道時間之和 Ts=m?n+s 一般為 5~30ms? 旋轉(zhuǎn)時間 Tr 等待指定 扇區(qū) 旋轉(zhuǎn) 移動到磁頭下面所經(jīng)歷的時間 5400r/min=90r/sec的硬盤 :平均 Tr=1/2r=? 傳輸時間 Tt 從磁盤到內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)實際經(jīng)歷的 時間 : Tt=b/rN 其中 b為 讀寫字節(jié)數(shù) N為一條磁道總字節(jié)數(shù) 訪問時間 :Ta= Ts+1/2r+b/rN 主要與 Ts有關(guān) 磁盤調(diào)度 當(dāng)多個進(jìn)程都需要訪問磁盤時 , 訪盤請求在等待 , 應(yīng)采用一定的策略 , 對這些請求的服務(wù)順序調(diào)整安排 ,旨在降低平均磁盤服務(wù)時間 , 達(dá)到公平、高效。公平：一個 I/O請求在有限時間內(nèi)滿足。高效：減少設(shè)備機(jī)械運(yùn)動所帶來的時間浪費(fèi)。 磁盤調(diào)度考慮的問題 ：一次訪盤時間 = 尋道時間 +旋轉(zhuǎn)延遲時間 +存取時間 (1) 減少尋道時間 (活動頭磁盤 ) (2) 減少延遲時間 (固定頭磁盤 ) 磁盤調(diào)度算法 :1. 先來先服務(wù) FCFS(FirstCome First Served) 按訪問請求到達(dá)的先后次序服務(wù)優(yōu)點(diǎn)：簡單 , 公平；缺點(diǎn)：效率低 , 相臨兩次請求可能會造成最內(nèi)到最外的柱面尋道 , 使磁頭反復(fù)移動 , 增加了平均尋道時間設(shè)磁盤訪問序列 : 80, 55, 58, 39, 18, 90,160,150, 38,18418 38 39 55 58 80 90 150 160 184 2. 最短尋道時間優(yōu)先 SSTF(Shortest Seek Time First)優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁頭最近的訪問請求進(jìn)行服務(wù)，主要考慮尋道優(yōu)先 優(yōu)點(diǎn)：磁盤的平均尋道時間最小 缺點(diǎn)：進(jìn)程 饑餓 現(xiàn)象 , 有時會造成與當(dāng)前磁道距離遠(yuǎn)的訪問請求長期等待得不到服務(wù) (不公平 ) 磁盤訪問序列 : 80, 55, 58, 39, 18, 90,160,150, 38,18418 38 39 55 58 80 90 150 160 184 3. 掃描算法 SCAN電梯調(diào)度算法 克服最短尋道優(yōu)先的缺點(diǎn) ,既考慮距離 ,又考慮方向 具體做法 : 當(dāng)設(shè)備無訪問請求時 , 磁頭不動 。當(dāng)有訪問請求時 , 磁頭按一個方向移動 , 在移動過程中對遇到的訪問請求進(jìn)行服務(wù) , 然后 , 判斷該方向上是否還有訪問請求 ,如果有則繼續(xù)掃描 。 否則改變移動方向 ,并為經(jīng)過的訪問請求服務(wù) , 如此反復(fù)。18 38 39 55 58 80 90 150 160 184 4. 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 SCAN算法 對兩端磁道請求不利 , 可改進(jìn)為循環(huán)掃描算法 CSCAN。 本算法規(guī)定磁頭單向移動 (如向外 ), 移動到最外磁道后立即返回最里面要訪問的磁道 , 構(gòu)成循環(huán)掃描。18 38 39 55 58 80 90 150 160 184 5. NStepSCAN 和 FSCAN算法 (1) 磁臂粘著現(xiàn)象 :進(jìn)程對某一磁道反復(fù)訪問 , 從而壟斷了整個磁盤 , 引起磁臂粘著 (2) NStepSCAN 和 FSCAN算法 : 將磁盤請求隊列按請求順序分為多個 (或 2個 )長度為 N的子隊列 , 每個子隊列用 SCAN算法 。 當(dāng) N很大時接近于 SCAN算法 , 當(dāng) N=1時蛻化為 FCFS算法。 FSCAN算法是 2個子隊列的 NStepSCAN算法 , 一 個是由當(dāng)前所有磁盤請求形成的隊列 , 按 SCAN算法進(jìn)行處理 。 掃描期間新的磁盤請求放入另一個等待隊列 , 前一個隊列處理完后 , 再處理新隊列。如此反復(fù) , 公平合理。 磁盤高速緩存 (Disk Cache)1. 磁盤高速緩存的形式 (1) 專用 : 在內(nèi)存中單獨(dú)開辟一塊固定的區(qū)域?qū)Ｓ谩? (2) 共享 : 所有空閑內(nèi)存為緩沖池與請求分頁系統(tǒng)共享2. 數(shù)據(jù)交付方式 (1) 數(shù)據(jù)交付 (2) 指針交付3. 置換算法 常用的算法有 :最近最久未使用算法 LRU, 最近未使用算法 NRU和最少使用算法 LFU。 許多系統(tǒng)除了考慮最近最久未使用這一原則外還要考慮：訪問頻率、可預(yù)見性、數(shù)據(jù)的一致性。4. 周期性地寫回磁盤 根據(jù) LRU算法 ,經(jīng)常訪問的盤塊可能長期不被回寫 ,可能導(dǎo)致丟失數(shù)據(jù) , 可采用周期性 (幾十秒 )地寫回磁盤。 提高磁盤 I/O速度的其他方法