操作系統(tǒng)講義-第五章設(shè)備管理-文庫(kù)吧資料
2025-01-16 06:54本頁(yè)面
【正文】 ）在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置一個(gè) I/O進(jìn)程，專(zhuān)門(mén)用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有設(shè)備的 I/O操作； （ 3）不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的設(shè)備處理進(jìn)程，只為各類(lèi)設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序（模塊）供用戶(hù)進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用。 ? 中斷處理程序： 保存被中斷進(jìn)程的 CPU環(huán)境，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程序，處理完在恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回被中斷進(jìn)程。 ? 設(shè)備獨(dú)立性軟件： 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的統(tǒng)一接口、設(shè)備命名、保護(hù)以及設(shè)備的分配和釋放。 ? I/O控制方式 針對(duì)不同傳輸速率的設(shè)備，綜合系統(tǒng)效率和系統(tǒng)代價(jià)因素，合理選擇 I/O控制方式。 ? 對(duì)錯(cuò)誤的處理 對(duì)于錯(cuò)誤的處理，盡量在接近硬件的層面處理。 總體設(shè)計(jì)目標(biāo)是高效性和通用性，前者是確保 I/O設(shè)備與 CPU的并發(fā)性，以提高資源的利用率；后者是指盡可能地提供簡(jiǎn)單抽象、清晰而統(tǒng)一的接口，采用標(biāo)準(zhǔn)的方法，來(lái)管理所有設(shè)備以及所需的 I/O操作 。 用 戶(hù) 程 序 收容輸入 緩沖池 hin sout sin hout 提取輸出 收容輸出 收容輸出提取輸入 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 26 I/O軟件 1. I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 ? 與具體設(shè)備無(wú)關(guān) I/O軟件應(yīng)該屏蔽設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，其功能不受具體 I/O設(shè)備的影響。 Signal(RS(type))。 Addbuf(type,number)。 Signal(MS(type))。 Wait(MS(type))。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 24 緩沖管理 4. 緩沖池 ? 緩沖池的組成 ? 緩沖池包括三種類(lèi)型的緩沖區(qū)：空緩沖區(qū)，裝滿(mǎn)輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，裝滿(mǎn)輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)； ? 三個(gè)隊(duì)列：空緩沖隊(duì)列 emq，輸入隊(duì)列 inq，輸出隊(duì)列 outg； ? 四個(gè)工作緩沖區(qū)：用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) hin，用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) sin，用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)hout，用于抽取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) sout。 ? 循環(huán)緩沖的使用 （ 1） Getbuf過(guò)程：將指針 Nextg所指示的緩沖區(qū)給進(jìn)程，把它改為現(xiàn)行工作緩沖區(qū)， Nextg移向下一個(gè) G緩沖區(qū)； （ 2） Releasebuf過(guò)程：計(jì)算進(jìn)程把 C緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)提取完畢時(shí)，調(diào)用 Releasebuf釋放緩沖區(qū)，將當(dāng)前工作緩沖區(qū) C改為空緩沖區(qū)。 工作區(qū) 用戶(hù)進(jìn)程 緩沖區(qū) 1 操作系統(tǒng) 緩沖區(qū) 2 I/O設(shè)備 工作區(qū) 用戶(hù)進(jìn)程 緩沖區(qū) I/O設(shè)備 輸入 (T) 傳送 (M) 處理 (C) 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 23 緩沖管理 3. 循環(huán)緩沖 ? 循環(huán)緩沖的組成 （ 1）多個(gè)緩沖區(qū)：用于裝輸入數(shù)據(jù)的空緩沖區(qū) R，已裝滿(mǎn)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) G以及計(jì)算進(jìn)程正在使用的現(xiàn)行工作緩沖區(qū) C。 (a) (b) 8位緩沖寄存器 送內(nèi)存 (c) 8位緩沖寄存器 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 22 緩沖管理 2. 單緩沖和雙緩沖 ? 單緩沖 凡是數(shù)據(jù)到達(dá)速率與其離去速率不同的地方，都可以設(shè)置緩沖區(qū)。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 21 緩沖管理 1. 緩沖的引入 ? 緩和 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 凡是數(shù)據(jù)到達(dá)速率與其離去速率不同的地方，都可以設(shè)置緩沖區(qū)。 4. I/O通道控制方式 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 20 I/O控制方式 4. I/O通道控制方式 ? 通道程序 通道通過(guò)執(zhí)行通道程序，并與設(shè)備控制器共同實(shí)現(xiàn)對(duì) I/O設(shè)備的控制。 3. 直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn) DMA方式 設(shè)置 MAR和 DC初值 啟動(dòng) DMA傳送命令 挪用存儲(chǔ)器周期傳送數(shù)據(jù)字 存儲(chǔ)器地址增 1 字計(jì)數(shù)寄存器減 1 DC=0？ 請(qǐng)求中斷 否 是 在繼續(xù)執(zhí)行用戶(hù)程序的 同時(shí)，準(zhǔn)備下一次傳送 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 19 I/O控制方式 ? I/O通道控制方式的引入 DMA方式相比中斷方式顯著減少了 CPU的干預(yù)，并且以數(shù)據(jù)塊為傳送單位，但 CPU每發(fā)出一條 I/O指令，也只能讀 /寫(xiě)一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，如果需要一次去讀多個(gè)數(shù)據(jù)塊，并且分別傳送到不同的內(nèi)存區(qū)，必須由 CPU分別發(fā)出多條 I/O指令，并且進(jìn)行多次中斷處理才能完成。 ? DMA方式的優(yōu)點(diǎn) 較之中斷驅(qū)動(dòng)方式，成百倍地減少了 CPU對(duì) I/O的干預(yù)，進(jìn)一步提高了 CPU和 I/O設(shè)備的并行操作度。 2. 中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 15 I/O控制方式 程序 I/O方式 中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式 向 I/O控制器發(fā)讀指令 讀 I/O控制器的狀態(tài) 從 I/O控制器中讀入字 向存儲(chǔ)器中寫(xiě)字 檢查狀態(tài)？ 傳送完成？ 下一條指令 完成 CPU內(nèi)存 I/O CPU 出錯(cuò) I/O CPU CPUI/O 就緒 未 就 緒 未完 向 I/O控制器發(fā)讀指令 讀 I/O控制器的狀態(tài) 從 I/O控制器中讀入字 向存儲(chǔ)器中寫(xiě)字 檢查狀態(tài)？ 傳送完成？ 下一條指令 完成 CPU內(nèi)存 I/O CPU 出錯(cuò) I/O CPU CPUI/O 就緒 未完 CPU做其它事 中斷 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 16 I/O控制方式 ? DMA方式（ Direct Memory Access）的引入 針對(duì)中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式以字（節(jié)）為單位進(jìn)行 I/O的，每當(dāng)完成一個(gè)字（節(jié)）的 I/O時(shí)，控制器就要向 CPU請(qǐng)求一次中斷，這種方式應(yīng)用于塊設(shè)備是極其低效的。 1. 程序 I/O方式 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，毫無(wú)例外地引入了中斷機(jī)構(gòu)，當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)某個(gè) I/O設(shè)備時(shí)，便由 CPU向相應(yīng)的設(shè)備控制器發(fā)出一條 I/O命令，然后立即返回執(zhí)行原來(lái)的任務(wù)，此時(shí)設(shè)備控制器按照該命令的要求去控制指定的 I/O設(shè)備， CPU和 I/O設(shè)備并行地工作。 ? 局部總線(xiàn)（ Local Bus） ? VESA總線(xiàn)；低價(jià)位占領(lǐng)市場(chǎng)，帶寬 32位，最高傳輸速率 132Mb/s，廣泛應(yīng)用于 486微機(jī)；缺點(diǎn)：只能連接 24臺(tái)設(shè)備，無(wú)緩沖； ?
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