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1、第五章设备管理概述,1、按设备的使用特性分类(1)第一类是存储设备。(2)第二类是输入/输出设备。2、按设备的共享属性分类(1)独占设备,即临界资源。(2)共享设备。指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。对于每一时刻而言，该类设备仍然只允许一个进程访问。典型的共享设备是磁盘。(3)虚拟设备。这是指通过虚拟技术将一占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户(进程)同时使用。,5.1I/O系统,设备与控制器之间的接口:,设备并不是直接与CPU进行通信，而是与设备控制器通信，I/O设备中含有与设备控制器间的接口。,设备控制器的组成,1ISA和EISA总线1)ISA(IndustryStandard
2、Architecture)总线1984年推出的80286型微机的总线结构。其总线的带宽为8位，最高传输速率为2Mb/s。2)EISA(ExtendedISA)总线到20世纪80年代末期，ISA总线已难于满足带宽和传输速率的要求，于是人们又开发出扩展ISA(EISA)总线，其带宽为32位，总线的传输速率达32Mb/s，同样可以连接12台外部设备。,总线系统：,2局部总线(LocalBus)局部总线，是指将多媒体卡、高速LAN网卡、高性能图形板等，从ISA总线上卸下来，再通过局部总线控制器直接接到CPU总线上，使之与高速CPU总线相匹配，而打印机、FAX/Modem、CDROM等仍挂在ISA总线上
3、。在局部总线中较有影响的是PCI总线。,2)PCI(PeripheralComponentInterface)总线Intel公司分别在1992年和1995年颁布了PCI总线的V1.0和V2.1规范，后者支持64位系统。PCI在CPU和外设间插入一复杂的管理层，用于协调数据传输和提供一致的接口。在管理层中配有数据缓冲，通过该缓冲可将线路的驱动能力放大，使PCI最多能支持10种外设，并使高时钟频率的CPU能很好地运行，最大传输速率可达132Mb/s。,程序I/O和中断驱动方式的流程,5.2I/O控制方式,DMA控制器的组成,直接存储器访问(DMA)I/O控制方式,(1)命令/状态寄存器(CR)。用
4、于接收从CPU发来的I/O命令，或有关控制信息，或设备的状态。(2)内存地址寄存器(MAR)。在输入时，它存放把数据从设备传送到内存的起始目标地址；在输出时，它存放由内存到设备的内存源地址。(3)数据寄存器(DR)。用于暂存从设备到内存，或从内存到设备的数据。(4)数据计数器(DC)。存放本次CPU要读或写的字(节)数。,DMA方式的工作流程图,利用缓冲寄存器实现缓冲,5.3缓冲管理,5.3.2单缓冲和双缓冲1单缓冲(SingleBuffer)每当用户进程发出一I/O请求时，操作系统便在主存中为之分配一缓冲区。设：T=把一块数据从磁盘送到缓冲区的时间M=缓冲区数据传送到用户区的时间C=CPU对
5、这块数据处理的时间T和C是可以并行的，系统对每块数据的处理时间为：Max(C，T)+M,单缓冲工作示意图,2双缓冲(DoubleBuffer),缓冲池（既可用于输入又可用于输出）：至少含有以下三种类型的缓冲区:空(闲)缓冲区；装满输入数据的缓冲区；装满输出数据的缓冲区。,将相同类型的缓冲区链成一个队列：(1)空缓冲队列emq。队首指针F(emq)，队尾指针L(emq)。(2)输入队列inq（装满输入数据的缓冲区）。队首指针F(inq)和队尾指针L(inq)。(3)输出队列outq（装满输出数据的缓冲区）。队首指针F(outq)和队尾指针L(outq)。,还有四种工作缓冲区：用于收容输入数据的工
6、作缓冲区；用于提取输入数据的工作缓冲区；用于收容输出数据的工作缓冲区；用于提取输出数据的工作缓冲区。,数据结构已经学过的过程：(1)Addbuf(type，number)过程。将由参数number所指示的缓冲区B挂在type队列上。(2)Takebuf(type)过程。用于从type所指示的队列的队首摘下一个缓冲区。为每一队列设置一个互斥信号量MS(type)。为每个缓冲队列设置一个资源信号量RS(type)。,从队列队首摘取数据缓冲区：ProcedureGetbuf(type)beginWait(RS(type)；Wait(MS(type)；B(number):=Takebuf(type)；
7、Signal(MS(type)；end,把数据缓冲区挂在队列上：ProcedurePutbuf(type，number)beginWait(MS(type)；Addbuf(type，number)；Signal(MS(type)；Signal(RS(type)；end,缓冲区的4种工作方式,磁盘的结构和布局,5.6磁盘存储器的管理,一个物理记录存储在一个扇区上，磁盘上存储的物理记录块数目是由扇区数、磁道数以及磁盘面数所决定的。例，10GB容量磁盘，有8个双面可存储盘片，共16个存储面(盘面)，每面有16383个磁道(也称柱面)，63个扇区。,磁盘调度：1先来先服务(FCFS，FirstCome
8、FirstServed)优点：公、简单，每个进程的请求都能依次地得到处理。缺点：均寻道时间可能较长。举例如下：,2最短寻道时间优先(SSTF，ShortestSeekTimeFirst)要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最，以使每次的寻道时间最短。但这种算法不能保证均寻道时间最短。举例如下：,3扫描(SCAN)算法1)进程“饥饿”现象SSTF算法可能导致某个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。只要不断有新进程的请求到达，且其所要访问的磁道与磁头当前所在磁道的距离较，这种新进程的I/O请求必然优先满足。,2)SCAN算法(电梯调度算法)不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN算法所考虑的下一个访问对象，应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最的。这样自里向外地访问，直至再无更外的磁道需要访问时，才将磁臂换向为自外向里移动。由于这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，因而又常称之为电梯调度算法。,4循环扫描(CSCAN)算法,
