操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)教材-資料下載頁
2025-03-04 17:59本頁面
【正文】 據(jù)庫，存儲基本硬件描述信息以及驅(qū)動程序的初始化和配置信息 ? 硬件抽象層：將設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)為二進(jìn)制可移植的形式，實(shí)現(xiàn)對硬件平臺的獨(dú)立 ? Windows中的 I/O系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 文件對象、驅(qū)動程序?qū)ο蟆⒃O(shè)備對象、 I/O請求包 I/O管理實(shí)例 60 操作系統(tǒng)課程講義 Windows中 I/O系統(tǒng)組件 I/O管理實(shí)例 61 操作系統(tǒng)課程講義 Windows中的 I/O數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 文件對象 ? 所有 I/O設(shè)備被看作文件對象，用戶程序進(jìn)行 I/O操作時就像是對一個文件進(jìn)行操作 ? 文件對象是可共享的、有設(shè)備無關(guān)命名的、受保護(hù)的、支持同步的結(jié)構(gòu) ? 調(diào)用與實(shí)現(xiàn)過程： C庫函數(shù) ——Win32 DLL———— ? 驅(qū)動程序?qū)ο笈c設(shè)備對象 ? 驅(qū)動程序?qū)ο蟠硪粋€獨(dú)立的驅(qū)動程序， I/O管理器從驅(qū)動程序?qū)ο笾蝎@得并且為 I/O記錄每個驅(qū)動程序的入口點(diǎn) ? 設(shè)備對象在 OS中代表一個物理 /邏輯 /虛擬的設(shè)備，并描述設(shè)備的基本特征 ? 當(dāng)驅(qū)動程序被加載時， I/O管理器將創(chuàng)建一個驅(qū)動程序?qū)ο?，然后調(diào)用驅(qū)動程序的初始化例程，初始化例程將創(chuàng)建一個設(shè)備對象。設(shè)備對象接受 I/O操作請求，驅(qū)動程序?qū)ο髮?shí)現(xiàn) I/O操作請求 ? I/O請求包 ? 由固定部分（標(biāo)題）和堆棧單元（數(shù)量不定）組成，包含了 I/O請求的各類信息 ? IRP由 I/O管理器構(gòu)造，保存了 I/O請求的相關(guān)信息，同時保存了調(diào)用者的相關(guān)信息 ? 所有的 IRP均保存在 IRP隊(duì)列中，當(dāng)用戶程序終止后， I/O系統(tǒng)將清除未完成的 IRP I/O管理實(shí)例 62 操作系統(tǒng)課程講義 I/O請求涉及到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) I/O管理實(shí)例 63 操作系統(tǒng)課程講義 Windows中設(shè)備驅(qū)動程序?qū)哟? I/O管理實(shí)例 64 操作系統(tǒng)課程講義 設(shè)備驅(qū)動程序的內(nèi)容組成 I/O管理實(shí)例 65 操作系統(tǒng)課程講義 Windows中的 I/O處理簡述 ?設(shè)備驅(qū)動程序的同步操作 ? 驅(qū)動程序在訪問相關(guān)數(shù)據(jù)時，必須實(shí)現(xiàn)“同步”操作，即以互斥的形式保護(hù)各類共享數(shù)據(jù)。在單 CPU的機(jī)器上，通過同步例程實(shí)現(xiàn)；在多 CPU的機(jī)器上，通過“自旋鎖”實(shí)現(xiàn) ? I/O處理的類型 ? 同步 I/O和異步 I/O：絕大部分 I/O操作是以同步方式實(shí)現(xiàn)的。但是也可以通過設(shè)定 CreatFile的參數(shù)來使用異步 I/O，異步 I/O要求用戶程序在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時必須保證不訪問來自 I/O操作的數(shù)據(jù)。在異步方式下，用戶程序通過等待同步對象來實(shí)現(xiàn)與異步 I/O操作的“同步” ? 快速 I/O：允許 I/O系統(tǒng)不產(chǎn)生 IRP而直接使用驅(qū)動程序執(zhí)行 I/O請求 ? 映射文件 I/O和文件高速緩存 ? 映射文件 I/O是將磁盤中的 Mapping File作為進(jìn)程的虛擬內(nèi)存一部分，直接把文件作為大的數(shù)組進(jìn)行訪問 ? Windows利用 Mapping File可實(shí)現(xiàn)文件高速緩存和映象活動 ? 分散 /集中式 I/O：運(yùn)行用戶程序從虛擬內(nèi)存的多個緩沖區(qū)（映射文件）中讀寫數(shù)據(jù)到磁盤文件（非高速緩存打開）的一個連續(xù)區(qū)域中。 I/O管理實(shí)例 66 操作系統(tǒng)課程講義 盤設(shè)備的管理描述 ? 盤的硬件組成及相關(guān)原理 ? 磁盤：軟盤和硬盤，基于電磁原理存儲數(shù)據(jù)，盤面附著可磁化金屬氧化物，磁頭旋轉(zhuǎn)保持角速度一致即可 ? 只讀光盤： CDROM，基于光學(xué)原理，利用凹痕與槽脊的過渡來記錄 0、 1；光頭旋轉(zhuǎn)時需要保持線速度一致 ? 可刻錄光盤： CDR，盤面附著染料，通過調(diào)整激光的功率溶化染料，形成光學(xué)上的暗斑，記錄 0、 1 ? 可擦寫光盤： CDRW，盤面附著銀 /銦 /銻 /碲合金 ? DVD光盤：更小的凹痕、更密的螺旋、更短的激光波長 ? 盤的 I/O管理問題 ? 物理空間的分布：磁道 /柱面 /扇區(qū)，螺旋 /扇區(qū) ? 物理空間的邏輯化映射：控制器實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的虛擬幾何規(guī)格 ? 數(shù)據(jù)存儲和讀寫的性能保證： RAID、低級 /高級格式化、柱面斜進(jìn)、交叉編碼 ? 磁盤驅(qū)動的核心算法：磁盤臂調(diào)度算法 ? 容錯機(jī)制：壞扇區(qū)記錄、 ECC校驗(yàn)、穩(wěn)定存儲器 I/O管理實(shí)例 67 操作系統(tǒng)課程講義 電源的管理描述 ?計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的電能消耗 ?電源管理的目的：合理、有效的使用電能驅(qū)動計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備工作 ?如何減少能量消耗：當(dāng)設(shè)備不工作時，由 OS將其關(guān)閉；或者通過降低應(yīng)用程序的速度來降低能源消耗 ?電池類型：一次性使用、可充電、智能電池 ?電源管理的方法 ?硬件設(shè)備設(shè)計(jì)為多種狀態(tài)，例如工作、睡眠、休眠、關(guān)閉等，可通過機(jī)械按鈕或者設(shè)備本身轉(zhuǎn)換狀態(tài)以節(jié)省能源 ?操作系統(tǒng)根據(jù)能量消耗的規(guī)律負(fù)責(zé)調(diào)整設(shè)備的狀態(tài) ?硬件設(shè)備和電池均提供“智能化”設(shè)計(jì)，通過向 OS提供當(dāng)前狀態(tài)信息供 OS進(jìn)行決策，合理規(guī)劃電能消耗 ?“退化”操作：當(dāng)能源不足時， OS通過降低電壓、降低分辨率等操作以延長計(jì)算機(jī)可用時間 I/O管理實(shí)例 68 操作系統(tǒng)課程講義 電源的管理描述 ?計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的電能消耗 ? 電源管理的目的：合理、有效的使用電能驅(qū)動計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備工作 ? 如何減少能量消耗：當(dāng)設(shè)備不工作時，由 OS將其關(guān)閉；或者通過降低應(yīng)用程序的速度來降低能源消耗 ? 電池類型：一次性使用、可充電、智能電池 ? ACPI（高級配置與電源接口）標(biāo)準(zhǔn)：為系統(tǒng)定義了 6種不同的能耗狀態(tài)（ S0－ S5)，為設(shè)備定義了 4種不同的能耗狀態(tài)（ D0－ D3） ?電源管理的方法 ? 硬件設(shè)備設(shè)計(jì)為多種狀態(tài)，例如工作、睡眠、休眠、關(guān)閉等，可通過機(jī)械按鈕或者設(shè)備本身轉(zhuǎn)換狀態(tài)以節(jié)省能源 ? 操作系統(tǒng)根據(jù)能量消耗的規(guī)律負(fù)責(zé)調(diào)整設(shè)備的狀態(tài) ? 硬件設(shè)備和電池均提供“智能化”設(shè)計(jì)，通過向 OS提供當(dāng)前狀態(tài)信息供 OS進(jìn)行決策，合理規(guī)劃電能消耗 ? “退化”操作：當(dāng)能源不足時， OS通過降低電壓、降低分辨率等操作以延長計(jì)算機(jī)可用時間 I/O管理實(shí)例 69 操作系統(tǒng)課程講義 ACPI標(biāo)準(zhǔn)中的能耗狀態(tài)分布 I/O管理實(shí)例 系統(tǒng)能耗狀態(tài) 能耗描述 軟件恢復(fù) 硬件延遲 設(shè)備能耗狀態(tài) S0（正常工作） 最大 無 無 D0（正常工作） S1（睡眠） 比 S0大，比 S2小 恢復(fù)運(yùn)行 小于 2秒 D2 S2（睡眠） 比 S1大，比 S3小 恢復(fù)運(yùn)行 2秒或更多 D2 S3（睡眠） 比 S2大，比 S4小 恢復(fù)運(yùn)行 2秒或更多 D2 S4（休眠） 電源按鈕保持微弱電流，系統(tǒng)保持喚醒電流 恢復(fù)運(yùn)行 長 D3（關(guān)閉） S5（完全關(guān)閉） 電源按鈕一直保持微弱電流 系統(tǒng)引導(dǎo) 長 D3（關(guān)閉） 70 操作系統(tǒng)課程講義 Windows中的 PNP與電源管理 I/O管理實(shí)例 71 操作系統(tǒng)課程講義 Thanks for your time! Questions Answers 全文結(jié)束 72 操作系統(tǒng)課程講義 演講完畢，謝謝觀看！
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