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1、第8章 管理服务器的I/O,情境引入 本章内容结构 本章学习目标 8.1 理解扩展总线 8.2 PCI的分类 8.3 其他扩展附件,8.4 网络I/O 8.5 本章小结 专业术语 缩略语提示,情境引入,一台服务器上的输入/输出要求与普通台式工作站是完全不同的，它们是两个不同的主体。一个台式工作站的主要输入设备是键盘。而一个服务器，输入设备大多是网络接口卡( NIL )。即使是内部的输入/输出设备的功能，服务器和工作站也是不同的。SCSI适配器在服务器环境中是非常普遍的，而在台式机方面，声卡是必不可少的。 网络管理员要能掌握服务器上所涉及的各种输入/输出设备，并且能够熟练的对其进行管理，以保证服
2、务器的正常工作。,返回,本章内容结构,返回,本章学习目标,了解各种不同的系统总线架构的特点、作用、功能、局限和性能。 了解光纤通道硬件的特点和益处。 了解热交换设备和热插拔主板的特点。 熟练安装硬件。 升级适配器(如NIL， SCSI卡，RAID等)。 升级外围设备，验证适当的系统资源(如扩展槽，IRQ，DMA等) 。,返回,8.1 理解扩展总线,每台计算机都有一个扩展总线。大部分人认为系统部分的扩展总线就像图8-1一样。但是，它不仅仅是这些。因为本书假定读者对计算机硬件已掌握了基本知识，所以本书不准备对运行在系统上的设备配置问题作详细的讨论。但是，本书会提供一个由设备要求的基本资源的概述。这
3、些包括： 中断请求(IRQ)通道 I/O地址 DMA通道,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,8.1.1 中断请求通道 中断请求是用户经常调整配置的一个要素。微处理器的本性是阻止任何设备启动它与CPU之间的通信过程。只有CPU能启动通信。因此，如果一个设备需要传输数据，它需要一种通知处理器的方式。当访客出现在门前时，访客会按动门铃来引起主人的注意。当一个设备想要引起CPU的注意时，它会使用它自己的门铃中断请求(IRQ )。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,IRQ是由扩展卡(或板载设备)和主板之间的连接线组成的。当设备需要通知CPU它要传输数据时，设备就会沿着连接线发送一个电信号。换
4、而言之，它就按响了门铃。如果系统上的每一个设备都发送同样的电信号，CPU就没有办法知道是哪个设备发送的请求。因此，每个设备被分配了自己独有的电信号。当一条特定的线传来电信号时，CPU能确切地知道是哪个设备在试图引起CPU的响应。从硬件水平来讲，只有15个物理的IRQ。在工业发展的早期，特定的IRQ是为特殊的功能保留的。表8-1列出厂传统的IRQ分配。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,传统的做法是两个设备不能共享同一个IRQ。理论上讲，那将导致系统死锁。但在单一的IRQ上拥有多个设备是可能的，只要在某一时刻保证只有一个设备运行就行。COM端口是这种情况的一个很好的实例。COM端口1和
5、3共享同一个IRQ，COM端口2和4也是一样。另外，WINXP和WIN23 K服务器能够使用虚拟的IRQ。分配给设备的物理IRQ总是被所有的应用程序忽视。它们与一个“伪装的”IRQ进行对话的次数可能达到19、22，甚至更高。如前所述，只有15个物理IRQ。操作系统会拦截虚拟IRQ，将请求指向正确的物理IRQ。 【专业术语】虚拟IRQ：由系统分配给设备的一个中断请求级别，与该设备的物理IRQ是不匹配的。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,但是，大部分情况下，当处理扩展卡时，如果正处于必须手动配置一台设备的IRQ的情况下，遵循传统的做法是一个不错的想法。第一个ISA卡就使用了边沿触发中断
6、传感方法。卡的表面上有一个特殊的连接器，能产生它的中断请求。该系统可以识别出是哪个装置通过它的IRQ方式而发送来的一个信号。但是，系统不能决定哪个物理的插槽安装哪个卡。因此，避免混乱的唯一方式就是确保没有两个卡共享同一个IRQ，即使它们不是同时在总线上活动。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,【专业术语】边沿触发：由设备的一根线或一个引脚发出的一个电信号直接控制或引出任意的响应。设备在供电的情况下，通过中断控制器来记住它所发送的信号。 水平触发：由控制电路仲裁的一个响应，或者设备驱动器允许同一个设备使用几个中断通道。水平触发中断在一条适当的连接线上升高电压，并一直保持，直到收到期待的
7、响应信号。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,PCI采用了水平触发中断。PCI设备能操纵任意几个不同的IRQ，这些IRQ可以是BIOS分配的，也可以是通过程序建立的。设备上的一个芯片管理4个不同的中断通道。一旦分配了IRQ，当设备需要通信时，该芯片一般就会升高相应连接器上的电压。 另一个需要注意的概念是IRQ以优先权来编号。如果两个设备同时发送信号给CPU，拥有高优先权的设备将得到CPU的响应处理。因此，重要的系统设备被赋予了最高的优先权。还需要注意的是优先权的编号不是直接与IRQ的编号相匹配的。图8-2标识了IRQ和其优先级别。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,输入/输
8、出地址 输入/输出地址(I/O地址)对于初学者而言可能会有些混乱。它们从各方面看来都像是一个内存地址，这正是它们的本来面目。为了能与一个特定的硬件进行通信，系统在内存的某特定位置创建了一小块空间。这个地址是对应在内存中设备驱动程序或BIOS指令的第一个指令的地址。为了记录设备所用的地址，CPU有一个I/O地址表。当一个设备需要与CPU通信时，它首先亮起它的IRQ通道，当CPU准备好与该设备进行通信时，CPU会在地址表中查阅该IRQ的地址，然后它就知道到什么地方去寻找管理该设备的驱动程序或BIOS指令。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,可用的I/O地址数量是有限的。它们是由一个或多个
9、8位端口组成的，有256个这样的8位端口或者是65 536个可用的16位端口。任意两个邻近的8位端口能联合起来形成一个16位的端口，任意相邻的4个8位端口能联合起来形成一个32位的端口。很多端口是由IBM为他们的产品的特定功能而分配的，其他的端口由其他的公司为支持他们自己的设备而占用。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,大多数的设备拥有不止一个I/O地址。根据一个特定的硬件设备的需要，它收到的I/O地址范围从一个字节到32字节不等。总体上，I/O地址不是由技术人员手工分配的。但是，对于很多的设备，不管是通过CMOS设置还是通过操作系统来改变一个设备的I/O地址是可能的。有时当两台设备
10、竞争同一个地址域时，改变其中一个的I/O地址还是很必要的。这种实例是一个系统配备了第二个并行端口和一个某一品牌的网络接口卡，这些设备默认的输入/输出地址经常重叠。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,直接存储器访问通道 一些设备在它们本身和RAM之间传输数据时，是不需要CPU太多的帮助的。强迫CPU仲裁通过它们的每一个字节的数据，是对CPU时间的一种浪费，并且会使系统陷入瘫痪。这些设备需要能在没有CPU的参与下，将数据直接传输到存储器中。要完成这一操作，设备能够使用直接存储器访问(DMA)通道。例如软盘驱动传输，或通过声卡来播放W AV文件。 IRQ和原始的DMA通道都是由一个特定的芯
11、片控制的。早期计算机使用8237芯片来处理DMA功能。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,这样的一个芯片能够直接进行4个通道的通信。当IBM在PC-AT中加倍了IRQ控制器的数量时，同时也加倍了8237芯片的数量。8237和8259芯片是通过2个通道连接起来的：DMA0和DMA4。因此，2个DMA组成了同一个通道。8237和8259芯片的结合是嵌套在芯片组里的。 存在两种DMA访问：8位DMA访问和16位DMA访问。DMA通道直接连在ISA总线上，因此，只能以ISA总线8 MHz的速度运行，所以，DMA只能用在要求吞吐量相对较低的设备上。这样的设备包括软盘驱动和一些声卡。另外，如果想
12、要将并行端口配置成为扩展功能端口(ECP)模式，那么当配置并行端口时，就需要选择一个DMA通道。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,要在DMA通道上配置一个8位的设备，可以使用DMA1或DMA3。DMA0和 DMA2是为系统预留的因此不能使用。DMA0是分配给内存刷新电路的，而DMA2是与软盘驱动绑定在一起的。16位的设备需要用DMA5、DMA6或DMA7来进行配置。而DMA4是级联通道，所以它也不能被使用。表8-2以一种非常直观的方式总结了DMA通道的使用情况。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,8.1.2验证资源的可用性 在这个即插即用的时代，很难找到不用操作系统自动配
13、置的设备。但是，这种设备还是存在的。一个设备拒绝接受即插即用最普遍的原因是资源冲突。操作系统都有自己的检查系统资源的方法。 在Windows里，有一个设备管理器。这个方便实用的程序是隐藏在系统程序的控制面板中的。可以单击开始按钮，选择开始菜单中的程序命令，再选择程序级联菜单中的设置命令，然后在设置级联菜单中单击控制面板。屏幕的底部有一个系统图标。双击该图标运行一个程序，在显示的窗口中单击硬件标签页，大约在屏幕中间的位置有一个按钮是设备管理器(如图8-3所示)。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,在每次开机启动时Linux使用“discover”检测和配置硬件设备。与Windows相比
14、，Linux要花费更多的时间。设备文件系统(DevFS)或最新的系统文件系统(SevFS)根据每个设备驱动的名字来追踪它们，但是也会给每个设备分发一个最大的号码和一个最小的号码。当访问该设备时，最大的号码确定了调用的特定设备驱动器，最小的号码标记了特定的设备。 如果想要具体的了解Linux硬件的配置，可以在命令提示符或一个安装模块里进行查看。从命令提示符里查看设备信息，可尝试按照下面的方法进行操作。要想获得IRQ的信息，可输入cat/proc/interrupt，要想知道I/O地址，可输入cat/proc/ioport。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,对于大多数人而言，还是实用程
15、序更加便利。一个小的图形化程序会使操作变得容易。一定数量的不同可安装模块被写入特定的硬件配置设置中。有些配置使用命令行进行操作，其他会有一个图形化的界面，所有程序都能很好的工作。一些程序是免费的，另一些则是商业软件。,上一页,下一页,返回,8.1 理解扩展总线,免费软件： DISCOVER：建立在Linux内核中的一个命令行程序 GNOME SYSTEM TOOLS：一套为Unix或Linux系统的跨平台配置工具 SYSFSUTILS：基于SysFS的系统程序(内核2. 5或更新) SYSDIAG：报告相关设备信息的一个命令行程序 KUDZU：一个Redhat的硬件试探程序 HWCFG：为硬件
16、配置设置开发的一个命令行程序 商业软件： AMDiag：由美国趋势科技公司提供的一套完整的硬件诊断程序 PC Doctor for Linux：提供了系统信息和完整的硬件诊断,上一页,返回,8.2 PCI的分类,纵观计算机产业的发展历史，有一类固定的扩展槽。在过去的几年间，大多数的设备都被固定在PCI模式中，这个总线最初出现在80486 CPU上，直到现在还没被替换掉。而且，PCI没有一直停滞不前，它又发展了PCI1.0， PCI2.1，PCI-X，PCI-X2.0和一些最新的PCI Express。服务器能使用其中的任何一种或是所有的这些不同的技术。因此，最好对它们有一个彻底的了解。 PCI对于所有的计算机是一个普通的接口，很多生产服务器主板的制造商为PCI增加了一项新的功能即热插拔。因此，一个扩展卡在机器运行时可以被改变或添加。在添加或改变硬件时不必关闭服务器。为了能实现这一功能，必须使用一个有热插拔插槽的主板、一个支持热插拔的设备和一个支持这些操作的操作系统。,下一页,返回,8.2 PCI的分类,8.2.1 PCI Intel在设计PCI总线时有一个微弱的优势。Intel在一
