【正文】 數(shù)據(jù)傳送工作 ? 每類設(shè)備設(shè)一個(gè)專門的 I/O進(jìn)程，可在核心態(tài)又可在用戶態(tài)執(zhí)行 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是驅(qū)動(dòng)物理設(shè)備和 DMA或 I/O控制器等直接進(jìn)行 I/O操作的 子程序的集合 。一個(gè)文件或一個(gè)設(shè)備的名字只應(yīng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的字符串或一個(gè)整數(shù)，不應(yīng)依賴于設(shè)備 出錯(cuò)處理是 I／ O軟件的另一個(gè)目標(biāo)。因此要改善I/O的有效性，最為重要的是磁盤的 I/O性能（如：進(jìn)程等待 I/O操作－ 等待－ 交換新進(jìn)程） 通用性：設(shè)備種類、特點(diǎn)和性能千差萬別；要求能夠以一種一致的方式來管理所有設(shè)備－一致的外部接口 I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo) 在設(shè)計(jì) I／ O軟件時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵概念是設(shè)備獨(dú)立性。 I/O控制 I/O控制的引入 I/O控制功能 I/O控制的實(shí)現(xiàn) 設(shè)備的控制過程 設(shè)備控制過程的實(shí)現(xiàn)方式 I/O軟件的組成 I/O控制的引入 ? 引入目的（見教材 P242） ? 概念：從用戶進(jìn)程的輸入輸出請(qǐng)求開始，給用戶進(jìn)程分配設(shè)備和啟動(dòng)有關(guān)設(shè)備進(jìn)行 I/O操作，以及在 I/O操作完成之后響應(yīng)中斷，進(jìn)行善后處理位臵的整個(gè)系統(tǒng)控制過程 I/O控制功能 圖 I/O控制的功能 I/O控制功能子模塊介紹 ? I/O請(qǐng)求處理模塊： ? 設(shè)備分配處理模塊 ? 緩沖區(qū)管理模塊 ? 中斷原因分析 ? 喚醒中斷處理程序 設(shè)備的控制過程 轉(zhuǎn)換：將抽象的命令轉(zhuǎn)換為具體的一定次序的指令 合法性檢查：檢查 I/O操作請(qǐng)求的合法性 可用性檢查：檢查控制器和設(shè)備的狀態(tài)，判斷是否可用 參數(shù)設(shè)臵：設(shè)臵控制器和設(shè)備的參數(shù)，包括構(gòu)造必要的通道程序 啟動(dòng) I/O：向控制器或設(shè)備發(fā)起 I/O操作 中斷處理：提供必要的中斷處理例程，以便 I/O完成時(shí)調(diào)用 依據(jù)用戶的控制命令對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制，并返回結(jié)果。 舉例 打印機(jī)設(shè)備和可由打印機(jī)管理器管理的打印作業(yè) 隊(duì)列。另一方面，程序的虛擬 I/O操作時(shí)間和實(shí)際 I/O操作時(shí)間分離開來。這時(shí)虛擬 I/O實(shí)際上是從 SPOOLing程序的緩沖池中讀出數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)送入緩沖池，而不是跟實(shí)際的外設(shè)進(jìn)行 I/O操作。（輸入 spool和輸出 spool） ? 在 SPOOLing程序中，需要管理兩級(jí)緩沖區(qū)：內(nèi)存緩沖區(qū)和快速外存上的緩沖池，后者可以暫存多批 I/O操作的較多數(shù)據(jù)。 Application A Application B SPOOLing Program Device Virtual I/O Actual I/O 假脫機(jī)原理 ? SPOOLing程序和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以稱為“實(shí)際 I/O”。 獨(dú)享設(shè)備經(jīng)常會(huì)成為系統(tǒng)中的“瓶頸”資源 進(jìn)程在占用設(shè)備的整個(gè)期間，并不經(jīng)常使用該設(shè)備 引入：在多道批處理系統(tǒng)中，專門利用一道程序（ SPOOLing程序）來完成對(duì)設(shè)備的 I/O操作。進(jìn)程需要設(shè)備，通過系統(tǒng)調(diào)用命令項(xiàng)系統(tǒng)提出設(shè)備請(qǐng)求，由系統(tǒng)按照事先規(guī)定的策略給進(jìn)程分配所需要的設(shè)備，一旦用完立即釋放。這些設(shè)備一直為該作業(yè)所占用，直到該作業(yè)被撤銷。 各表間的關(guān)系 系統(tǒng)設(shè)備表 表項(xiàng) 1 …… 表項(xiàng) i …… 設(shè)備類型 設(shè)備標(biāo)識(shí) 獲得設(shè)備的進(jìn)程號(hào) DCT指針 設(shè)備控制表（ DCT） 設(shè)備類型 設(shè)備標(biāo)識(shí) 設(shè)備忙 /閑標(biāo)記 COCT指針 設(shè)備等待隊(duì)列首指針 設(shè)備等待隊(duì)列尾指針 控制器控制表 COCT 控制器標(biāo)識(shí) 控制器忙 /閑標(biāo)記 CHCT指針 控制器 等待隊(duì)列首指針 控制器 等待隊(duì)列尾指針 通道控制表 CHCT 通道標(biāo)識(shí) 通道忙 /閑標(biāo)記 COCT指針 通道 等待隊(duì)列首指針 通道 等待隊(duì)列尾指針 設(shè)備分配原則 與設(shè)備分配有關(guān)的設(shè)備屬性： 獨(dú)享設(shè)備：打印機(jī)等； 共享設(shè)備：磁盤、網(wǎng)卡等； 合理使用外設(shè) (公平和避免死鎖 ) 提高設(shè)備利用率。如 DMA控制器所占用的中斷號(hào)、 DMA數(shù)據(jù)通道的分配。 ? 組成內(nèi)容 ? DCT指針。等待使用該設(shè)備的進(jìn)程組成的隊(duì)列 ? I/O控制器指針。 ? 設(shè)備狀態(tài)。反映設(shè)備的特性 ? 設(shè)備地址或設(shè)備號(hào)。反映設(shè)備的特性、設(shè)備和控制器的連接情況。有兩種作法： 在進(jìn)程間切換使用外設(shè)，如鍵盤和鼠標(biāo)； 通過一個(gè)虛擬設(shè)備把外設(shè)與應(yīng)用進(jìn)程隔開，只由虛擬設(shè)備來使用設(shè)備。 緩沖區(qū)首部組成 緩沖池中緩沖區(qū)隊(duì)列類型 ? 按其使用情況進(jìn)行劃分為如下： 緩沖池中緩沖區(qū)分類 三種緩沖區(qū)隊(duì)列： 空閑緩沖區(qū)， 輸入緩沖區(qū)， 輸出緩沖區(qū) ? 空白緩沖區(qū)：可以使用的沒有數(shù)據(jù)的 ? 輸入緩沖區(qū)：裝滿輸入數(shù)據(jù)的 ? 輸出緩沖區(qū)：裝滿輸出數(shù)據(jù)的 ? 工作緩沖區(qū)：系統(tǒng)或用戶進(jìn)程從以上三種緩沖區(qū)隊(duì)列中取出緩沖區(qū)進(jìn)行操作 工作緩沖區(qū)分類（來自緩沖池） ? 用于收容設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的收容輸入緩沖區(qū) hin ? 用于提取設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的提取輸入緩沖區(qū) sin ? 用于收容 CPU輸出數(shù)據(jù)的收容輸出緩沖區(qū) hout ? 用戶提取 CPU輸出數(shù)據(jù)的提取輸出緩沖區(qū) sout 圖 緩沖池管理 緩沖池管理的操作 ? 取緩沖區(qū) take_buf(type)：從緩沖隊(duì)列中按一定選取原則取出一個(gè)緩沖區(qū)； ? 插入 add_buf(type,number):把緩沖區(qū)按一定的選取原則插入到相應(yīng)的緩沖區(qū)隊(duì)列 ? 申請(qǐng)緩沖區(qū) get_buf(type,work_buf)：進(jìn)程申請(qǐng)緩沖區(qū) ? 緩沖區(qū)放入緩沖隊(duì)列 put_buf(type,work_buf)： 緩沖池工作過程 ? 詳細(xì)內(nèi)容見書本 P238頁(yè) 偽碼描述管理緩沖池 設(shè)備分配 由于外設(shè)資源的有限，需解決進(jìn)程間的外設(shè)共享問題，以提高外設(shè)資源的利用率。 是一種雙方向緩沖技術(shù)；緩沖區(qū)整體利用率高。 緩沖池管理 (buffer pool) 三種緩沖區(qū)隊(duì)列： 空閑緩沖區(qū)， 輸入緩沖區(qū)， 輸出緩沖區(qū) 四種操作： 設(shè)備輸入， CPU讀入， 設(shè)備輸出， CPU寫出。 多緩沖 (circular buffer)：多個(gè)緩沖區(qū)， CPU和外設(shè)的處理速度可以相差較大。 雙緩沖 (double buffer)：兩個(gè)緩沖區(qū)， CPU和外設(shè)都可以連續(xù)處理而無需等待對(duì)方。數(shù)據(jù)傳送完成后， 中斷處理程序喚醒該進(jìn)程，將緩沖區(qū)中的數(shù) 據(jù)讀入進(jìn)程在主存的地址空間中進(jìn)行處理。因?yàn)檫M(jìn)程被阻塞于設(shè)備 I/o隊(duì)列，而設(shè)備有要為它開始的 I/O請(qǐng)求服務(wù)，互相等待。 進(jìn)程可以完成 I/O,而重新被交換進(jìn)主存；如果進(jìn)程被交換出去時(shí)，設(shè)備還沒有為進(jìn)程開始傳輸數(shù)據(jù)，于是整個(gè)進(jìn)程地址空間全交換出主存。這時(shí)系統(tǒng)有可能將進(jìn)程交換出主存。（軟件緩沖） 如果沒有緩沖區(qū) 設(shè)備直接向進(jìn)程地址空間傳送數(shù)據(jù)，則進(jìn)程要么忙等待，要么阻塞。這些在不同位臵的緩沖區(qū)組合在一起，構(gòu)成多級(jí)緩沖機(jī)制。 引入緩沖技術(shù)的目的 匹配 CPU或用戶應(yīng)用進(jìn)程與外設(shè)的不同處理速度 減少對(duì) CPU的中斷次數(shù) 提高 CPU和 I/O設(shè)備之間以及各個(gè) I/O設(shè)備之間的處理并行性。 緩沖技術(shù)引言 緩沖區(qū)是在 內(nèi)存或其它存儲(chǔ)區(qū) 中開辟一塊存儲(chǔ)空間。 中斷處理過程 中斷處理具體過程 ? CPU檢查相應(yīng)中斷條件是否滿足； ? 如果 CPU相應(yīng)中斷，則 CPU關(guān)中斷，使其進(jìn)入不可再次響應(yīng)中斷的狀態(tài)； ? 保存被中斷進(jìn)程現(xiàn)場(chǎng)； ? 分析中斷原因，挑用中斷處理子程序； ? 執(zhí)行中斷處理子程序； ? 退出中斷，恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)或調(diào)度新進(jìn)程占據(jù)處理機(jī)； ? 開中斷， CPU繼續(xù)執(zhí)行。 中斷的分類和優(yōu)先級(jí) 中斷分類 ? 根據(jù)中斷源產(chǎn)生的條件，分為外中斷和內(nèi)中斷 ? 外中斷：除了 CPU和內(nèi)部存儲(chǔ)器產(chǎn)生的中斷，包括所有外圍設(shè)備產(chǎn)生的中斷，從狹義上稱為中斷 ? 內(nèi)中斷（又稱為陷阱 trap），由 CPU和內(nèi)存產(chǎn)生的中斷 中斷的分類和優(yōu)先級(jí) ? 中斷源按照輕重緩急程度進(jìn)行級(jí)別劃分，在 UNIX系統(tǒng)中分為 8級(jí)，中斷源優(yōu)先級(jí)固定； ? CPU的處理機(jī)狀態(tài)字 PSW動(dòng)態(tài)設(shè)臵優(yōu)先級(jí) ? 中斷源請(qǐng)求能否得到響應(yīng)取決于和PSW的優(yōu)先級(jí)比較，高于則能做出響應(yīng)。 從 CPU執(zhí)行的角度描述通道控制 中斷技術(shù) ? 在計(jì)算機(jī)工作中，存在多種情況需要計(jì)算機(jī)停下正在處理的事件，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行一些特殊事件 ? 中斷的基本概念 ? 中斷的分類和優(yōu)先級(jí) ? 軟中斷 ? 中斷處理過程 中斷處理概念 ? 中斷：指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行期間，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生任何非尋常的或非預(yù)期的緊急處理事件，使得 CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的事件處理程序，待處理完畢后又返回原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行或調(diào)度新的進(jìn)程執(zhí)行的過程。 一旦 CPU發(fā)出指令，啟動(dòng)通道，則通道獨(dú)立于 CPU工作。 它先為一臺(tái)設(shè)備執(zhí)行一條通道指令，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)接，為另一臺(tái)設(shè)備執(zhí)行一條通道指令 主要連接高速設(shè)備 對(duì)于連接多臺(tái)磁盤機(jī)的數(shù)組多路通道，它可以啟動(dòng)它們同時(shí)執(zhí)