第7章设备管理

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1、第第7章章 设备管理设备管理设备管理设备管理颤烫奥突合蹦介廓离犬噶日搬饵灿硫哼馈栅缠酞卞飞疚奋卑绽俱景量搁镐第7章设备管理第7章设备管理 设备设备设备设备管理概述管理概述管理概述管理概述 缓冲技术缓冲技术缓冲技术缓冲技术 设备分配设备分配设备分配设备分配 I/OI/O控制控制控制控制1设备管理设备管理主要内容主要内容脖催脚赌歪联简孔歼鲜暮曾间砷擎旺咏漱笺惦罗凉愿啃向坝族鸽罕杰闻晓第7章设备管理第7章设备管理设备管理概述设备管理概述设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述滞涪概嘿凝竹堰抱江揍滩脂丑彤狙暴沂簧蹦慌乔剥辛兆痘价喀洪末钥涩埂第7章设备管理第7章设备管理21. 设备分类设备分类 (1)

2、(1) 存储设备存储设备存储设备存储设备 存储设备又称块设备，是存储信息的设备，如：磁盘、 磁鼓 (以块为单位传输信息) 。 (2) (2) 输入输出设备输入输出设备输入输出设备输入输出设备 输入输出设备又称字符设备，能将信息从计算机外部输 入到机内，或反之，如：键盘、显示器、打印机 (以字 符为单位传输信息) 。 (3) (3) 通信设备通信设备通信设备通信设备 通信设备负责计算机之间的信息传输，如调制解调器、 网卡等。设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述煮啄举柄奄到尔兼瞻专盖遂兑扎慢瓮丁冰居刚毫详整窃媳客蛋嫌恫桂帅民第7章设备管理第7章设备管理32. 设备管理的目标设备管理的目标 (1

3、) (1) 提高设备利用率提高设备利用率提高设备利用率提高设备利用率 合理分配设备合理分配设备 提高设备与提高设备与CPU、各外部设备之间的并行性、各外部设备之间的并行性 (2) (2) 方便用户的使用方便用户的使用方便用户的使用方便用户的使用 提供使用方便且独立于设备的界面 统一：统一：对各种不同的设备提供一致的界面对各种不同的设备提供一致的界面 独立于设备：独立于设备：用户使用的设备与物理设备无关用户使用的设备与物理设备无关设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述艳蛋悦科稚羊撒掖彰逗腔健感伟济颖养栈猩扇淆你谨怨迹跃远褐棘智鹊池第7章设备管理第7章设备管理43. 设备管理功能设备管理功能 (

4、1) (1) 状态跟踪状态跟踪状态跟踪状态跟踪 动态地记录各种设备的状态。 (2) (2) 设备分配与回收设备分配与回收设备分配与回收设备分配与回收 静态分配静态分配 应用程序级应用程序级 程序进入系统时进行分配，退出系统时收回全部资源。 动态分配动态分配 进程级进程级 进程提出设备申请时进行分配，使用完毕后立即收回。 (3) (3) 设备控制设备控制设备控制设备控制 实施设备驱动和中断处理的工作。设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述妻搬自肯顽泌诬思切鸦林痕嗣肘玫兄曾多远绘缮漂洼嗅吝歇快谍科摆柔耙第7章设备管理第7章设备管理54. 设备独立性设备独立性 (1) (1) 设备独立性概念设备独

5、立性概念设备独立性概念设备独立性概念 什么是设备独立性什么是设备独立性 所谓设备独立性是指，用户在程序中使用的设备与实际使 用的设备无关，也就是在用户程序中仅使用逻辑设备名。 逻辑设备名逻辑设备名 逻辑设备名，是用户自己指定的设备名 (或设备号)，它是 暂时的、可更改的。 物理设备名物理设备名 物理设备名，是系统提供的设备的标准名称，它是永久 的、不可更改的。设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述睁添隆棵釜散矮樱偶喉楞藩媳恍高碟溃革铡甘皇雍董赘凝簿脸捣藤苯腆对第7章设备管理第7章设备管理6(2) (2) 两种类型的设备独立性两种类型的设备独立性两种类型的设备独立性两种类型的设备独立性 一个程

6、序独立于分配给它的某种类型的具体设备一个程序独立于分配给它的某种类型的具体设备 系统可以根据设备的使用情况，动态地分配给程序某类设 备中的任一台物理设备，程序都能正确地执行。 程序应尽可能与它所使用的程序应尽可能与它所使用的I/O设备类型无关设备类型无关 在输入 (或输出)信息时，信息可以从不同类型的输入 (或 输出)设备上输入 (或输出)，若要改变输入 (或输出) 设备 的类型，程序只需进行最少的修改。 设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述轴屈豫吃稠披绪蛰罚椎阮拇渣戳嘱推焕继拧就右观拾离誓瘁喻之杜缠真瓢第7章设备管理第7章设备管理7(3) (3) 设备独立性的实现设备独立性的实现设备独立

7、性的实现设备独立性的实现 在高级语言中用软通道实现在高级语言中用软通道实现 使用高级语言提供的指派语句，通过指派一个逻辑设备名 (通道号)来定义一个设备或文件。 如：fd = open(“/dev/lp” ,mode) 在批处理系统中，用联接说明语句来定义在批处理系统中，用联接说明语句来定义 如：OUTPUT1 = LPT 在交互系统中，用指派命令来定义在交互系统中，用指派命令来定义 如：PDP系列机上的RT11系统 ASSIGN 设备物理名 设备逻辑名设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述抄讼任床室建囚沛评素肖拿堪化丈暖乍乓明栋瑚泵求苹牙举饼茎染此符苟第7章设备管理第7章设备管理8 (4)

8、 (4) 设备独立性的优点设备独立性的优点设备独立性的优点设备独立性的优点 方便用户方便用户 改善设备利用率改善设备利用率 提高系统的可扩展性和可适应性提高系统的可扩展性和可适应性4. 设备控制块设备控制块 (1) (1) 什么是设备控制块什么是设备控制块什么是设备控制块什么是设备控制块 (DCB ) (DCB ) 系统为每一台设备都配置了一个用来记录设备的硬件特 性、连接和使用情况的一组数据，称为设备控制块。设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述妆敌剑狠兑剪隘闲取稼铲贷滔员袖志孰颗挺枕冲裂释蓖刨也瘦钉嘲像川焉第7章设备管理第7章设备管理9(2) (2) 设备控制块的内容设备控制块的内容设备

9、控制块的内容设备控制块的内容设备名设备名设备属性设备属性指向命令转换表的指针指向命令转换表的指针在在I/ /O总线上的设备地址总线上的设备地址设备状态设备状态当前用户进程指针当前用户进程指针I/O请求队列指针请求队列指针 设备名设备名 设备的系统名，即设备的物理名。 设备属性设备属性 描述设备现行状态的一组属性。 命令转换表命令转换表 转换表包含设备特定的I/O例程地 址，不具备相应功能的设备在其 例程地址上可以填“1”。设备控制块dcb设备管理设备管理设备管理概述设备管理概述啤傅纹卧蚕帕呢桓律纱谊剩闪甲酣恕印诌侯汰呀疮搭畔以泪鳞脐讲巧潮箕第7章设备管理第7章设备管理缓存技术缓存技术设备管理设

10、备管理缓冲技术缓冲技术弦料绍棕脱局市造享啼刷坪帘姬够边艾矩骏曳脐主湖答魂珊轮缄毡彼鉴克第7章设备管理第7章设备管理101. 缓冲概念缓冲概念 (1) (1) 什么是缓冲什么是缓冲什么是缓冲什么是缓冲 缓冲是两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程 的常用手段。 (2) (2) 缓冲类别缓冲类别缓冲类别缓冲类别 缓冲器缓冲器 缓冲器是用来暂时存放数据的一种存储装置，它容量较 小，存取速度快。 软件缓冲软件缓冲 在I/O操作期间用来临时存放I/O数据的一块存储区域。设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术骡旁稻羚痔鄂厕八餐咸砷匪凶沙着折姥抡林帖倔肌廊图顿筐调嗅莫驮识斡第7章设备管理第7章设备管理11(

11、3) (3) 为什么要引入缓冲为什么要引入缓冲为什么要引入缓冲为什么要引入缓冲 处理数据流的生产者与消费者间的速度差异处理数据流的生产者与消费者间的速度差异 如：从调制解调器收到一个文件，并保存到硬盘上。 协调传输数据大小不一致的设备协调传输数据大小不一致的设备 如：在计算机网络中用来处理消息的分段和重组。 应用程序的拷贝语义应用程序的拷贝语义 如：操作系统为保证系统调用write的正确语义 (应用程 序要写入入磁盘的数据就是write系统调用发生时的版本)。 方法：在系统调用返回前将应用程序缓冲区复制到内 核缓冲区。设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术旁糜匪跋物撮虏迸伊捌皑猛惕绷询画搓埋圆充若辰

12、校箍擦丝嘎奶并焉擂授第7章设备管理第7章设备管理122. 利用缓冲技术如何进行利用缓冲技术如何进行I/O操作操作 (1) (1) 进程活动期间，请求从某字符设备读入数据进程活动期间，请求从某字符设备读入数据进程活动期间，请求从某字符设备读入数据进程活动期间，请求从某字符设备读入数据 进程请求从输入设备进行读操作的图示进程请求从输入设备进行读操作的图示输入设备输入设备BUF进程进程 图中的操作与 操作需要同步 利用缓冲进行读操作设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术劈蔬滩逻航檄氨梳配晃蔓澡骸霄具贱竿勿局闰樱蝉颇麦井脏颈底濒冷空钾第7章设备管理第7章设备管理13 进程请求从输入设备进行读操作的步骤进程请

13、求从输入设备进行读操作的步骤 当用户要求在某个设备上进行读操作时，首先从系统 中获得一个空的缓冲区 (图中标注的操作)； 将一个物理记录送到缓冲区中 (图中标注的存在) ； 当用户请求这些数据时，系统将依据逻辑记录特性从 缓冲区中提取并发送到用户进程存储区中 (图中标注的 操作) ； 当缓冲区空而进程又要从中取用数据时该进程被迫等 待。此时，操作系统需要重新送数据填满缓冲区，进 程才能从中取数据继续运行。要注意操作要注意操作与操作与操作的同步关系的同步关系设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术嘴砸漓见瓷壬英肤坯糯屋钎讲形遏驴掏凿馒略漾气其耍搜锻癌蚜后阜邦隙第7章设备管理第7章设备管理14(2) (2

14、) 进程活动期间，请求从输出设备输出数据进程活动期间，请求从输出设备输出数据进程活动期间，请求从输出设备输出数据进程活动期间，请求从输出设备输出数据 进程请求从输出设备进行写操作的图示进程请求从输出设备进行写操作的图示 图中的操作与 操作需要同步 输出设备输出设备BUF进程进程 利用缓冲进行写操作设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术只倘惩鳞漫卷尺纶拈陷威架勺仑投泞独只肮斩吃阿挞嘿控投碑名支窝帮佣第7章设备管理第7章设备管理15 进程请求从输出设备进行写操作的步骤进程请求从输出设备进行写操作的步骤 当用户要求进行写操作时，首先从系统中获得一个空 的缓冲区 (图中标注的操作) ； 将一个逻辑记录从进程

15、存储区传送到缓冲区中 (图中标 注操作) ； 当缓冲区写满时，系统将缓冲区的内容作为物理记录 文件写到设备上，使缓冲区再次为空 (图中标注的操作 ) ； 只有在系统还来不及腾空缓冲区之前，进程又企图输 出信息时，它才需要等待。要注意操作要注意操作与操作与操作的同步关系的同步关系设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术谅舒顺欠颜撇谆咱捡翻每症选践们父赎泼疽源跋课蔷粥懂腐疏同枯俞愚紊第7章设备管理第7章设备管理163. 常用的缓冲技术常用的缓冲技术 双缓冲、环形缓冲、缓冲池双缓冲、环形缓冲、缓冲池 (1) (1) 双缓冲双缓冲双缓冲双缓冲 在双缓冲方案下，为输入或输出分配两个缓冲区buf1 、 buf2

16、。输入数据时，如何利用双缓冲输入数据时，如何利用双缓冲输出数据时，如何利用双缓冲输出数据时，如何利用双缓冲缓冲区既用于输入，也用于输出数据时，如何利用缓冲区既用于输入，也用于输出数据时，如何利用 双缓冲双缓冲设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术浇糯陀弘铸叠障酪避卫甫弱笔揍傻铰旺祷祥哲忧愤涉肤该矢尤够誊都庞舵第7章设备管理第7章设备管理17(2) (2) 利用双缓冲输入数据利用双缓冲输入数据利用双缓冲输入数据利用双缓冲输入数据输入设备输入设备BUF1进程进程 BUF2双缓冲读入数据的操作设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术赎湖井凸水码银航邯霉屁每恬漂绒沉禾榜贸浓善奇稚篱抉彼滨纷践合曝胜第7章设备管理第7

17、章设备管理18(3) (3) 利用双缓冲输出数据利用双缓冲输出数据利用双缓冲输出数据利用双缓冲输出数据输出设备输出设备BUF1进程进程 BUF2双缓冲输出数据的操作设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术搏牌郧啸迫莎逆净领乡溶宦皇朴榨膜鸵笋英寅炳盂海舱驱查婿廊胁滴一囱第7章设备管理第7章设备管理19(4) (4) 双缓冲同时用于输入双缓冲同时用于输入双缓冲同时用于输入双缓冲同时用于输入/ /输出数据的操作输出数据的操作输出数据的操作输出数据的操作输入设备输入设备BUF1BUF2输出设备输出设备双缓冲同时用于输入/输出数据的操作设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术再馈残咳疹疼袜掣傀柱租桂垂便幽宠夷踢圈魔禽妖

18、冯虱瞅瞅急疟局与箩耪第7章设备管理第7章设备管理204. UNIX系统的缓冲区管理系统的缓冲区管理 (1) UNIX (1) UNIX系统缓冲管理的目的系统缓冲管理的目的系统缓冲管理的目的系统缓冲管理的目的加快系统响应、增强系统吞吐量减少对磁盘的I/O操作次数 (2) UNIX (2) UNIX系统缓冲管理的思路系统缓冲管理的思路系统缓冲管理的思路系统缓冲管理的思路当进程要从磁盘读数据时，首先考虑从高速缓冲中读 预先缓存预先缓存预先缓存预先缓存当进程要写数据到磁盘时，先写入高速缓冲中 延迟发送延迟发送延迟发送延迟发送设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术旺蚊浊煽悯玖愿删泅娶坏菱乙互躲泅垂狗苯哆归咳胁

19、含载氛残谎摩乃地蛾第7章设备管理第7章设备管理21 (3) (3) 缓冲管理数据结构缓冲管理数据结构缓冲管理数据结构缓冲管理数据结构 缓冲区的组成缓冲区的组成 缓存数组 含有磁盘上的数据的存储器数组 缓存首部 描述缓冲区特性的数据结构 缓存首部结构缓存首部结构设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术际篙捌夯晰涎眩疫罕粗膜掩租忘镶跑琴磁舟匆荐鞋涕氏佛符沦汗勤屎始忙第7章设备管理第7章设备管理22 缓存首部结构设备号 dev块号 blkno状态 flag指向数据区域的指针传送字节数返回的I/O出错信息b_forw 设备缓冲区队列前向指针b_back 设备缓冲区队列后向指针av_forw 空闲缓冲区队列前向

20、指针 av_back 空闲缓冲区队列后向指针 设备号设备号dev缓冲区所包含的信息所属设备的设备号 块号块号blkno由设备号指出的设备上相对于第0块的块号 状态状态flag描述了缓冲区当前的状态描述了缓冲区当前的状态忙标志BUSY：缓冲区当前正“忙” 有效位AVE：缓冲包含的数据有效延迟写DELWR ：核心在某缓冲区重新分配出去之前必须把缓冲区内容写到磁盘上写标志WRITE： 核心当前正把缓冲区的内容写到磁盘读标志READ：核心当前正从磁盘往缓冲区写信息等待位 WAIT： 一个进程当前正在等候缓冲区变为空闲缓冲首部结构设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术蜡苑韵誊操嘿瑰拥卜嚣闹二金狭逐尧犁陶焉氢抵

21、泽竭彬趟干脑起左应寺食第7章设备管理第7章设备管理23 缓冲区队列结构缓冲区队列结构 设备缓冲区队列设备缓冲区队列 与某类设备有关的所有缓冲区组成的队列称为设备缓 冲区队列，简称b链。 空闲缓冲区队列空闲缓冲区队列 可供重新分配使用的缓冲区组成的队列称为空闲缓冲 区队列，简称av链。av_forwav_backav_forwav_backav_forwav_backav_forwav_back空闲缓冲区队列设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术头肺袄聚瑟哮始枢绪尚扇尿否区乓诅鱼氮迷雅匙掀污封旱归贪瓶叹话问超第7章设备管理第7章设备管理24 缓冲区队列指针缓冲区队列指针 b 链指针链指针 b_forw

22、 ： 指向设备缓冲区队列上的下一个缓冲区的指针b_back ： 指向设备缓冲区队列上的上一个缓冲区的指针 av 链指针链指针 av_forw ：指向空闲缓冲区队列上的下一个缓冲区的指针av_back ： 指向空闲缓冲区队列上的上一个缓冲区的指针 b_forw b_back b_forw b_back b_forw b_back b_forw b_back设备缓冲区队列设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术逮柄对泛撤力色醋鼠士坏插奠勘亨奢眠昏欠配包宋托粟枫皿翔畜越新叮扒第7章设备管理第7章设备管理25 (4) UNIX (4) UNIX缓冲管理算法缓冲管理算法缓冲管理算法缓冲管理算法 缓冲读、写示意图

23、缓冲读、写示意图缓冲读缓冲读高速缓冲高速缓冲 用户数据区用户进程用户进程磁盘磁盘预先缓存预先缓存缓冲写缓冲写高速缓冲高速缓冲 用户数据区用户进程用户进程磁盘磁盘延迟发送延迟发送缓冲读、写示意图设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术汝汽新浊进伎咆宗撮终惰益亚鸦敛讫只愈斟橡抬硼料嚼集蛊菜桂灶辞匿桩第7章设备管理第7章设备管理26 UNIX缓冲管理算法缓冲管理算法 一个一个buf被分配用于读被分配用于读/写某设备上的块时写某设备上的块时 置B_ BUSY=1，位于b链上，不在av链上； 当读当读/写操作结束时写操作结束时 释放该buf，置B_BUSY=0，仍留在b链上，并送入av链 尾； 若进程需要的信息

24、在若进程需要的信息在buf中时中时 在该设备的b链上找到，置B_BUSY=1；从av链上摘 除，使用完后，又送入av链，链入队尾。设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术靠竟踏棠赚血浮涣残只寨昭保鲍饶浸才卢旦群榴厉拳肾砰舰豌付筐羔柏乌第7章设备管理第7章设备管理27 对空闲对空闲buf空队列的处理空队列的处理 当需要一个空闲buf时，总是取空闲buf队列(av链) 的首 元素；一个使用过的buf释放时，插入到空闲buf队列 (av链)的队尾。 实现了精确的最久未使用淘汰算法实现了精确的最久未使用淘汰算法 (LRU算法算法) 对延迟写的处理对延迟写的处理 当一个具有延迟写标记的buf移到av链头，要用于

25、分配 时，立即进行写操作。从av链上摘除，使用完后又送 入av头部。设备管理设备管理缓冲技术缓冲技术叙憋虐更鱼雪廷增凯丘本郝贩图御吼踌寸措久泼丹耀媚站惑镑葡青式流厨第7章设备管理第7章设备管理设备分配设备分配设备管理设备管理设备分配设备分配笼傍影匈蔚贿洞莽蚊菊势驯观渡掸哲捍若丛瞄尼挫肾脚纷脓朴护讹毯澳箩第7章设备管理第7章设备管理281. 独享分配独享分配 常用的设备分配技术：独享分配、共享分配和虚拟分配常用的设备分配技术：独享分配、共享分配和虚拟分配常用的设备分配技术：独享分配、共享分配和虚拟分配常用的设备分配技术：独享分配、共享分配和虚拟分配 (1) (1) 独享设备独享设备独享设备独享设

26、备 让一个作业在整个运行期间独占使用的设备让一个作业在整个运行期间独占使用的设备 特点特点 临界资源 费时的I/O操作或需人工干预 (2) (2) 独享分配独享分配独享分配独享分配 在一个作业执行前，将它所要使用的设备分配给它；当 它结束撤离时，将分配给它的这类设备收回。设备管理设备管理设备分配设备分配晦葵荣执迂颤护趴婚拐尿叉灾突掖苇溉劈拿献攘符镁维荒锥钓肚寝堡裔距第7章设备管理第7章设备管理292. 共享分配共享分配 (1) (1) 共享设备共享设备共享设备共享设备 由多个作业、进程共同使用的设备称为共享设备。由多个作业、进程共同使用的设备称为共享设备。 特点特点 旋转设备，可直接或随机访问

27、 便于共享，转接简单，耗费较少 (2) (2) 独享分配独享分配独享分配独享分配 在一个作业执行前，将它所要使用的设备分配给它；当 它结束撤离时，将分配给它的这类设备收回。 设备管理设备管理设备分配设备分配痒务淖续总毡双黑汹姿挂敖含框兼贴孜嫡契茹匹禾坐掏可垢梭两允扰幅确第7章设备管理第7章设备管理303. 虚拟分配虚拟分配 (1) (1) 虚拟技术虚拟技术虚拟技术虚拟技术 所谓虚拟技术，是在一类物理设备上模拟另一类物理设 备的技术，是将独占设备转化为共享设备的技术。 (2) (2) 虚拟设备虚拟设备虚拟设备虚拟设备 通常把用来代替独占型设备的那部分外存空间 (包括有关 的控制表格)称为虚拟设备

28、。设备管理设备管理设备分配设备分配筑繁帚滨盎员辉焦丽卖奶公诧涩欢嫩立凝显尼坷呵趾泵蠢缀洛拖通喘谗乳第7章设备管理第7章设备管理31(3) (3) 虚拟分配虚拟分配虚拟分配虚拟分配 当进程需要与独占型设备交换信息时，系统将分配磁盘空间，并建立相应的数据结构，这种分配方法称为设备的虚拟分配。虚宽行虚宽行1虚宽行虚宽行2进程进程A进程进程B进程进程C进程进程D输入井输入井输出井输出井输入机输入机打印机打印机虚输入机虚输入机1虚输入机虚输入机2虚拟设备示意图设备管理设备管理设备分配设备分配渭凸崩埋离帽葛奠谢做苟典虎逛聊韧屯舍盆缄噎俞拐货战缄暂庞担祝虫溃第7章设备管理第7章设备管理324. SPOOLI

29、NG系统系统 SPOOLING系统提供外围设备同时联机操作的功能。 (1) (1) 设计思想设计思想设计思想设计思想 预输入预输入 在应用程序需要数据前，OS已将所需数据预先输入到辅存 输入井存放。当应用程序 (或进程) 需要数据时，可直接从 辅存中读入主存。 缓输出缓输出 在应用程序执行时，将输出数据写入辅存输出井中。当应 用程序 (或进程)执行完毕 (或需要数据时) ，由操作系统将 数据输出。设备管理设备管理设备分配设备分配盯洛柑亥值倡咎缅屠檄拆浓摘判霞谁恬拇凑掏焙秀迫粪鸥昏只捉履溪澡哼第7章设备管理第7章设备管理33 (2) (2) 什么是什么是什么是什么是SPOOLINGSPOOLIN

30、G系统系统系统系统 利用通道和中断技术，在主机控制之下，由通道完成输入 输出工作。系统提供一个软件系统 (包括预输入程序、缓 输出程序、井管理程序、预输入表、缓输出表)。它提供 输入收存和输出发送的功能，使外部设备可以并行操作。 这一软件系统称为SPOOLING系统。 (3) SPOOLING (3) SPOOLING系统的优点系统的优点系统的优点系统的优点 提供虚拟设备提供虚拟设备 外围设备同时联机操作外围设备同时联机操作 加快作业处理速度加快作业处理速度 设备管理设备管理设备分配设备分配批肯蘸杀删酬帮囊择忠左飞映湾钨苹隘汾搬凸森摧烦卉夜鼎乡速消孺捧郡第7章设备管理第7章设备管理34(4)

31、(4) 实现实现实现实现SPOOLINGSPOOLING系统的基础系统的基础系统的基础系统的基础 大容量的辅存空间大容量的辅存空间 在辅存上需开辟两个较大的输入井和输出井，用以存放大量应用程序的输入信息和输出信息。 硬件基础硬件基础 通道装置、中断系统 数据结构数据结构 预输入表、缓输出表：描述辅存输入井和输出井的状态变化。 如： 输入信息从哪台设备输入，存放在辅存输入井什么位置；输出信息存放在辅存输出井什么位置，从哪台输出设备输出。设备管理设备管理设备分配设备分配雾象术梅淬域杏贯元倚料霉伦薛病湾桐幽廊做矽诈秧戏网焉濒群揭括彩冬第7章设备管理第7章设备管理35 所需的软件程序所需的软件程序 输

32、入程序输入程序 控制信息从独占设备输入到辅存 缓输出程序缓输出程序 控制信息从辅存输出到独占设备 井管理程序井管理程序 控制用户程序和辅存之间的信息交换输入机输入机1输入机输入机2程序程序1程序程序2打印机打印机磁盘输入井磁盘输入井磁盘输出井磁盘输出井主存主存SPOOLING系统工作示意图设备管理设备管理设备分配设备分配职靛蜀和傣拖破擂县江都孙泌濒磅涌雾瘁甩球拭棘但跳存晃搐粥录攻心露第7章设备管理第7章设备管理设备控制设备控制设备管理设备管理设备控制设备控制叭玩讳足疤蚂子四袁匣绕稿沂改杏不渊村葵膳我棉漂缩闰滇劝熔贰羽馁胀第7章设备管理第7章设备管理361. 输入输入/输出控制方式输出控制方式

33、CPU通过I/O控制器与物理设备打交道。按照I/O控制器智 能化程度的高低，将I/O设备的控制方式分为四类。循环测试循环测试循环测试循环测试I/OI/O方式方式方式方式I/OI/O中断方式中断方式中断方式中断方式DMADMA方式方式方式方式通道方式通道方式通道方式通道方式 设备管理设备管理设备控制设备控制2. I/O子系统子系统坎遇蔓佐门末哉垛尉嚣棵随梦拍畴影恰号宏凛掖傅裳梯巡吵小常茂例鳞裔第7章设备管理第7章设备管理37 (1) (1) 图示图示图示图示内核内核内核内核I/ /O子系统子系统SCSI设备驱动器设备驱动器键盘键盘设备驱动器设备驱动器鼠标鼠标设备驱动器设备驱动器PCI总线总线设备

34、驱动器设备驱动器软盘软盘设备驱动器设备驱动器SCSI设备控制器设备控制器键盘键盘设备控制器设备控制器鼠标鼠标设备控制器设备控制器PCI总线总线设备控制器设备控制器软盘软盘设备控制器设备控制器SCSI设备设备键盘键盘鼠标鼠标PCI总线总线软盘软盘驱动器驱动器软件软件硬件硬件一个典型的PC总线结构设备管理设备管理设备控制设备控制穆闽奸咙迎舶短滁硝鹏酸截远蝇舅腹狙袒半建苇尖征窑菜敢滁组蚌拽泳仁第7章设备管理第7章设备管理38(2) I/O(2) I/O子系统的特点子系统的特点子系统的特点子系统的特点 在应用层为用户提供在应用层为用户提供 I/O应用接口应用接口 对设备的控制和操作则由内核I/O子系统

35、来实施。 每个通用设备类型都通过一组标准函数每个通用设备类型都通过一组标准函数 (及接口及接口)来访问来访问 具体的差别被I/O子系统中的内核模块(称为设备驱动程序) 所封装，这些设备驱动程序一方面可以定制以适合各种设 备，另一方面也提供了一组标准的接口。 设备驱动程序层的作用是为内核I/O子系统隐藏设备控制器 之间的差异。将I/O子系统与硬讲分离，简化了操作系统 开发人员的任务，也有利于设备的设计与制造。 设备管理设备管理设备控制设备控制皂休挽铸铺凑枯漱抉馋贯赌啮邯瞎匪尿犀吹桓玫舟咽聊湖蹋广返墒碉篷方第7章设备管理第7章设备管理39(3) I/O(3) I/O控制的功能控制的功能控制的功能控

36、制的功能 解释用户的解释用户的I/O系统调用系统调用 设备驱动设备驱动 中断处理中断处理(4) (4) 设备处理程序设备处理程序设备处理程序设备处理程序 设备处理程序是能直接控制设备运转的程序，它根据各类 设备的特点和性能来编写。每一类设备有一个相应的设备 处理程序，能控制同类中多台物理设备同时工作。设备管理设备管理设备控制设备控制亨毖乙赢祈愧淘浓敏异虐割苏眠呈梯边颈厉匿粗律槐末豫巨茁惟碌呀倍铂第7章设备管理第7章设备管理40(5) (5) 控制控制控制控制I/OI/O核心模块的方式核心模块的方式核心模块的方式核心模块的方式 以设备处理进程的方式以设备处理进程的方式 为每一类设备设置一个设备处

37、理进程 (对应的程序就是 设备处理程序)； 当有I/O请求来到时该进程被唤醒，进行设备驱动工作； 当没有I/O请求时，该进程睡眠。 由I/O控制模块的接口程序控制模块的接口程序负责解释用户的I/O系统调用，将其转换成 I/O控制模块认识的命令形式后，将I/O请求发给对应的设备处理进程。 将设备与文件一样对待将设备与文件一样对待 将设备与文件一样对待，使用文件系统的系统调用命令进 行设备的读、写。 设备管理设备管理设备控制设备控制撮抓仿手经厅涕判财韦偿赊院滩车蓑睦佳匪哉侩或穗裤死馆芒宝悼恩晌茂第7章设备管理第7章设备管理413. 输入输入/输出控制的例输出控制的例 (1) (1) 用户进程请求用

38、户进程请求用户进程请求用户进程请求I/OI/O的系统功能调用的系统功能调用的系统功能调用的系统功能调用 系统功能调用的形式为：系统功能调用的形式为： doio(ldev,mode,amount,addr); ldev： 逻辑设备名逻辑设备名 mode： 操作模式操作模式 amount：传输数据的数目：传输数据的数目 addr： 传送地址传送地址 设备管理设备管理设备控制设备控制嘛聊立稼貌始伍转印苗驻啃还框箕贼辑鲤浸哼臂都炬幻茎陛租非六潮墒枷第7章设备管理第7章设备管理42(2) I/O(2) I/O接口程序接口程序接口程序接口程序 (I/O (I/O过程过程过程过程) ) 将逻辑设备转换为物理

39、设备将逻辑设备转换为物理设备 获得 I/O系统调用中给出的逻辑设备名 (ldev)； 根据逻辑设备描述器，将逻辑设备名转换为物理设备名。 合法性检查合法性检查 获得 I/O系统调用中给出的操作模式mode； 根据DCB中命令转换表中允许的操作，检查操作的合 法性。 形成形成I/O请求块，发消息给对应的设备处理进程请求块，发消息给对应的设备处理进程 根据请求的参数形成I/O请求块 (IORB)； 将I/O请求块 (IORB)挂到对应的设备请求队列。设备管理设备管理设备控制设备控制婚踪经昔惋塘营墩症母止又帧狼渊白歼白瓦暗画园帮爬弦杠乍泞疑寺吐总第7章设备管理第7章设备管理43(3) I/O(3)

40、I/O接口程序的描述接口程序的描述接口程序的描述接口程序的描述 算法算法 doio 输入：设备的逻辑名输入：设备的逻辑名 ldev 操作类型操作类型 mode 传送数据数目传送数据数目 amount 传数数据地址传数数据地址 addr 输出：如果传送出错，则带错误码返回，否则正确返回输出：如果传送出错，则带错误码返回，否则正确返回设备管理设备管理设备控制设备控制协倍匙屑盎诛炬努莽膳移筛叠叹宗螟斗爵辖钩眺绒斥虱诱舆特星秒唱蚁悸第7章设备管理第7章设备管理44 while (该进程的逻辑设备描述器队列不空该进程的逻辑设备描述器队列不空) if (与与ldev相联结的物理设备找到相联结的物理设备找到

41、) break； / *找到找到* / if (该进程的逻辑设备描述器队列为空该进程的逻辑设备描述器队列为空) return(错误码错误码)； / * 设备逻辑名错设备逻辑名错* / 检查参数与该设备特性是否一致检查参数与该设备特性是否一致; if (不一致不一致) return (错误码错误码)； / * 传送参数错传送参数错 * / 构造构造iorb； 把把iorb插入到该设备的请求队列中；插入到该设备的请求队列中； 唤醒因等待唤醒因等待I/O请求块而睡眠的进程；请求块而睡眠的进程； 设备管理设备管理设备控制设备控制悉爽窟急猩所牺妒阶辽物刚六俊府酱裙姚坝投光鸭择尚赊渭搀曲熏耸壕粥第7章设备

42、管理第7章设备管理45(3) (3) 设备处理进程设备处理进程设备处理进程设备处理进程 process io l： while (设备请求队列不空设备请求队列不空) 取一个取一个iorb； 提取请求的详细信息；提取请求的详细信息； 启动启动I/O操作；操作； sleep (事件：事件：I/O完成完成) /* I/O操作操作* / /* 等等I/O完成后，进入中断处理程序，并在那里唤醒设备处理进程完成后，进入中断处理程序，并在那里唤醒设备处理进程* / if (出错出错) 将错误信息写在该设备的将错误信息写在该设备的dcb中；中； 传送数据到目的地；传送数据到目的地； 唤醒请求此唤醒请求此I/O

43、操作的进程；操作的进程； 删除删除iorb； sleep (事件：因无事件：因无I/O请求请求)； goto l ； 设备管理设备管理设备控制设备控制惩叫氮岭汛法昨首剪菊骏跺琐辊医主贪肥沫居耕吗诵嘱漏的杖讥假讯矣找第7章设备管理第7章设备管理4. 请求请求I/O的进程、的进程、I/O过程、设备处理进程、过程、设备处理进程、中断处理程序之间的同步关系中断处理程序之间的同步关系46中断处理程序中断处理程序 doio(ldev,mode,amount,addr);/* 等等I/ /O完成完成*/ 标识设备；标识设备；执行出错检查；执行出错检查；构成构成iocb;将将iocb送送入入设设备备请请求队列

44、；求队列；唤唤醒醒因因等等待待I/ /O请请求求块而睡眠的块而睡眠的I/ /O进程；进程；取取iocb;如无如无iocb则等待；则等待；启动启动I/ /O操作；操作；/*等等I/ /O完成完成*/执行出错检查；执行出错检查； 唤醒等待唤醒等待I/ /O的进程；的进程；I/ /O设备设备 中断服务；中断服务； 唤醒唤醒I/ /O处理处理进程；进程； 用户进程用户进程I/ /O过程过程I/ /O处理进程处理进程启动启动设备设备中断信号中断信号控制关系控制关系同步关系同步关系用户进程调用外部设备的过程设备管理设备管理设备控制设备控制汉撅痰脖念角墙卑志灵吨纸爷戴籍梳摈侨冬犯秉椰臭垄妻赫窗踞互种钞夷第7

45、章设备管理第7章设备管理第第7章章 设备管理设备管理小结小结设备管理设备管理小结小结掇窟疼邦床统甜裹霜据椰球契但钝遏次稚碾鉴伤流涟兹小隐系膜惭挫悯讼第7章设备管理第7章设备管理47 设备管理的基本概念设备管理的基本概念设备管理的基本概念设备管理的基本概念I/O管理的功能管理的功能设备独立性设备独立性 定义定义 优点优点设备控制块设备控制块 定义定义 缓冲技术缓冲技术缓冲技术缓冲技术 什么是缓冲，引入缓冲的目的什么是缓冲，引入缓冲的目的常用的缓冲技术常用的缓冲技术双缓冲技术双缓冲技术UNIX缓冲管理中的空闲缓冲区的淘汰算法缓冲管理中的空闲缓冲区的淘汰算法 设备管理设备管理小结小结别车与脉仙叭诉僚

46、锗划伟大佐峻诵伶矽幼崇疲披妨辅厩充禹纫万痛郭撂讣第7章设备管理第7章设备管理48 设备分配设备分配设备分配设备分配常用的设备分配技术常用的设备分配技术独享设备独享设备 独享分配独享分配 定义定义共享设备共享设备 共享分配共享分配 定义定义虚拟设备虚拟设备 虚拟技术虚拟技术 定义定义Spooling系统系统 定义定义 I/OI/O控制控制控制控制I/O控制的主要功能控制的主要功能请求请求I/O的进程、的进程、I/O过程、设备处理进程、中断处理过程、设备处理进程、中断处理程序之间的同步关系程序之间的同步关系设备管理设备管理小结小结赘叔务急垂汝骤术曲喳融蹈福羊嫩迁王禁鳞啥裤塘扎狱评就聘四登溺八氏第7章设备管理第7章设备管理