《操作系统》课件-4.ppt

* 第4章 设备管理 1. 2. 3. 本章讲述内容： 4. 完成一个I/O请求的步骤 ； 如何管理和分配系统中的设备 ； 数据传输的各种控制方式 ； 设备管理中常用的若干技术。 输入/输出设备：输入设备是计算机“感知”或“接触”外部世界的设备，用户通过它把信息送到计算机系统内部；输出设备是计算机“通知”或“控制” 外部世界的设备 。 4.1 概述 4.1.1 计算机设备的分类 . 基于设备的从属关系 1. 系统设备：操作系统生成时就纳入系统管理范围的设备，也称为“标准设备”。 . 用户设备：在完成任务过程中，用户特殊需要的设备。这些是操作系统生成时未经登记的非标准设备，因此，需要向系统提供使用该设备的设备驱动程序。 基于设备的分配特性 2. . 独享设备：分配给用户进程使用，就必须等它使用完，才能重新分配给另一个用户进程使用。即独享设备的使用具有排它性。 . . 共享设备：可由几个用户进程交替地对它进行信息读或写操作。从宏观上看，它们在同时使用，因此这种设备的利用率较高。 虚拟设备：通过辅存的支持，利用SPOOLing技术，把独享设备“改造”成可以共享的设备，但实际上这种共享设备并不存在。 . 基于设备的工作特性 3. . 存储设备：计算机用来长期保存各种信息、又可以随时访问这些信息的设备 。 4. 磁带 . . 5. 磁盘 磁带是严格按信息存放的物理顺序进行定位与存取的存储设备。必须从其头部开始，一个记录、一个记录地顺序读/写，因此是一种适于顺序存取的存储设备。 记录间隙 磁带机启停要考虑惯性：启动时，必须经过一段时间才能加速到额定速度；在读/写完一个记录到真正停下来，又要滑过一段距离。因此，磁带上每个记录之间要有所谓的“记录间隙（IRG）”存在。 为减少磁带上IRG的数量，提高存储利用率，写时是在缓冲区中把若干个记录拼装成一块，然后写出，这个过程称为“记录的成组”；读时是先把一块读到内存缓冲区，然后从中挑选出所需要的记录，这个过程称为“记录的分解”。 记录的成组与分解 磁盘的特点是存储容量大，存取速度快，能顺序或随机存取。操作系统中的很多实现技术（如存储管理中的虚拟存储），都是以磁盘作为后援的。因此，它越来越成为现代计算机系统中一个不可缺少的重要组成部分。 . 柱面号、磁头号、扇区号 盘面上的磁道号就是“柱面号”；每个盘面所对应的读/写磁头从0开始由上到下顺序编号，是“磁头号”；盘面上的扇区按磁盘旋转的反向、从0开始编号，称为“扇区号”。 对缓冲区管理。外设的数据传输速度都较低，高速CPU与慢速I/O设备间的速度不匹配。为此，系统在内存开辟“缓冲区”，CPU和I/O设备都通过缓冲区传送数据，以协调设备与设备之间、设备与CPU之间的工作。 提供一组I/O命令，以便用户进程能够在程序一级发出所需要的I/O请求，这就是用户使用外部设备的“界面”。 4.1.2 设备管理的目标与功能 1. 2. 设备管理的目标 设备管理的功能 . . . . 多道程序设计环境下，外设的数量少于用户进程数，竞争不可避免。如何合理地分配外部设备，协调它们之间的关系，充分发挥外设之间、外设与CPU之间的并行工作能力，使系统中各种设备尽可能地处于忙碌状态，是一个非常重要的问题。 提高外部设备的利用率 . 为用户提供便利、统一的使用界面 “界面”是用户与设备交往的手段。外设类型多样，特性不一，操作各异。系统必须隐藏各种外设的物理特性和各自的操作方式，这样使用时才会感觉到便利和统一。 进行设备的分配与回收。 . 实现真正的I/O操作。 . . . 4.2 输入/输出的处理步骤 “设备中断处理程序”来处理这个请求。 一个输入/输出请求的四个处理步骤 用户在程序中使用系统提供的输入/输出命令发出I/O请求； “输入/输出管理程序”接受这个请求； “设备驱动程序”来具体完成所要求的I/O操作； . 输入/输出管理程序 . 阻塞调用进程 . 验证I/O请求 . 调用设备驱动程序 . 校验设备状态 . 激活调用进程 用户进程程序 READ (input, buffer) ; buffer (缓冲区) ; 设备驱动程序 . 初始化并启动I/O . 完成真正的I/O . 返回输入/输出管理程序 设备中断处理程序 . 保护中断现场 . 传送数据 . 恢复现场 . 调用设备驱动程序 发出I/O请求 4.3 设备的分配与调度算法 4.3.1 管理设备时的数据结构 1. 设备控制块