計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)ppt課件第5章-設(shè)備管理

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,*,設(shè)備管理,,內(nèi)容提要,I/O,系統(tǒng),,I/O,控制方式,,中斷技術(shù),,緩沖管理,,設(shè)備分配,,I/O,處理過程,,設(shè)備管理對(duì)象,設(shè)備管理的對(duì)象是硬件資源中除,CPU,、存儲(chǔ)器之外的所有設(shè)備。,,設(shè)備管理的任務(wù),選擇和分配輸入輸出設(shè)備以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作,,控制輸入輸出設(shè)備和,CPU,（或內(nèi)存）之間交換數(shù)據(jù),,方便用戶使用,I/O,設(shè)備,,提高設(shè)備和設(shè)備之間、,CPU,和設(shè)備之間的并行操作度,,設(shè)備管理的功能,設(shè)備分配,,設(shè)備處理,,緩沖管理,,虛擬設(shè)備,,I/O,系統(tǒng)的兩大分類,微機(jī),I/O,

2、系統(tǒng)：總線型,I/O,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,,主機(jī),I/O,系統(tǒng)：具有通道的,I/O,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,總線型,I/O,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),CPU,存儲(chǔ)器,磁 盤控制器,打印機(jī)控制器,其 它控制器,…,打印機(jī),磁盤驅(qū)動(dòng)器,系統(tǒng)總線,,具有通道的,I/O,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī),設(shè)備,I/O,通道,1,I/O,通道,2,控制器,控制器,控制器,控制器,設(shè)備,,I/O,設(shè)備,CPU,存儲(chǔ)器,打印機(jī)控制器,其他控制器,磁盤控制器,打印系統(tǒng),其他,I/O,磁盤驅(qū)動(dòng)器,…,…,…,I/O,地址,I/O,數(shù)據(jù),I/O,控制,I/O,,總線,專門的數(shù)據(jù)線和,,控制線及狀態(tài)線,,按傳輸速率分類,低速設(shè)備：幾個(gè)～幾百字節(jié),/,秒,,中速設(shè)

3、備：數(shù)千～數(shù)十千字節(jié),/,秒,,高速設(shè)備：數(shù)百千～數(shù)兆字節(jié),/,秒,,按信息交換單位分類,塊設(shè)備：特征是傳輸速率較高，可尋址，磁盤設(shè)備的,I/O,采用,DMA,方式；,,字符設(shè)備：特征是傳輸速率低，不可尋址，字符設(shè)備在,I/O,時(shí)采用中斷驅(qū)動(dòng)方式；,,按設(shè)備共享屬性分類,獨(dú)占設(shè)備,,共享設(shè)備,,虛擬設(shè)備,,I/O,設(shè)備與設(shè)備控制器間的接口,轉(zhuǎn)換器,緩沖,控制邏輯,I/O,設(shè)備,數(shù)據(jù)信號(hào)線,狀態(tài)信號(hào)線,控制信號(hào)線,數(shù)據(jù),信號(hào),至設(shè)備控制器,,接口信號(hào)分類,數(shù)據(jù)信號(hào),,控制信號(hào),,狀態(tài)信號(hào),,設(shè)備控制器,設(shè)備控制器是,CPU,與,I/O,設(shè)備之間的接口，它接受,CPU,的命令，并控制,I/O,設(shè)備

4、工作。它是一個(gè)可編址設(shè)備。,,設(shè)備控制器可分為兩大類：一類是用于控制字符設(shè)備的控制器；另一類是用于控制塊設(shè)備的控制器。,,設(shè)備控制器的功能,接受和識(shí)別命令,,數(shù)據(jù)交換,,設(shè)備狀態(tài)的了解和報(bào)告,,地址識(shí)別,,數(shù)據(jù)緩沖,,差錯(cuò)控制,,設(shè)備控制器的組成,設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口,,設(shè)備控制器與設(shè)備的接口,,I/O,邏輯,,設(shè)備控制器的組成,數(shù)據(jù)寄存器,控制,/,狀態(tài)寄存器,I/O,邏輯,控制器與設(shè)備接口,1,控制器與設(shè)備接口,i,數(shù)據(jù),狀態(tài),控制,數(shù)據(jù),狀態(tài),控制,數(shù)據(jù)線,控制線,地址線,…,,I/O,通道設(shè)備的引入,在,CPU,和設(shè)備之間增加了設(shè)備控制器后，使數(shù)據(jù)的傳送能獨(dú)立于,CPU,，但有關(guān)對(duì)

5、,I/O,操作的組織、管理及其結(jié)束處理工作仍然由,CPU,承擔(dān)。這樣當(dāng)主機(jī)所配置的外設(shè)很多時(shí)，,CPU,的負(fù)擔(dān)仍很重。所以在,CPU,和外設(shè)間又增設(shè)了通道。,,I/O,通道,I/O,通道是一種特殊的處理機(jī)，它具有執(zhí)行,I/O,指令的能力，并通過,I/O,程序來控制,I/O,操作；,,它與一般處理機(jī)的區(qū)別：,(1),指令類型單一；,(2),沒有內(nèi)存，通道與,CPU,共享內(nèi)存。,,I/O,通道類型,字節(jié)多路通道,,數(shù)組選擇通道,,數(shù)組多路通道,,字節(jié)多路通道的工作原理,控制器,A,A,1,A,2,A,3,…,子通道,A,控制器,B,B,1,B,2,B,3,…,子通道,B,控制器,C,C,1,C,2

6、,C,3,…,子通道,C,控制器,N,N,1,N,2,N,3,…,子通道,N,控制器,A,1,B,1,C,1,…,A,2,B,2,C,2,…,設(shè)備,,單通路,I/O,系統(tǒng),設(shè)備,1,設(shè)備,2,設(shè)備,3,設(shè)備,4,設(shè)備,5,設(shè)備,6,設(shè)備,7,控制器,1,控制器,2,控制器,3,控制器,4,通道,1,通道,2,存儲(chǔ)器,,瓶頸問題,由于通道價(jià)格昂貴，致使機(jī)器中所設(shè)置的通道數(shù)量勢(shì)必較少，這往往又成為,I/O,瓶頸，進(jìn)而造成整個(gè)系統(tǒng)吞吐量的降低。,,多通路,I/O,系統(tǒng),I/O,設(shè)備,控制器,1,控制器,2,通道,1,通道,2,存儲(chǔ)器,I/O,設(shè)備,I/O,設(shè)備,I/O,設(shè)備,,單總線模型,CPU,存

7、儲(chǔ)器,磁盤,,控制器,,打印機(jī),,控制器,…,其它,,控制器,磁盤驅(qū)動(dòng)器,打印機(jī),系統(tǒng)總線,,I/O,控制方式,程序,I/O,方式,,中斷驅(qū)動(dòng),I/O,控制方式,,DMA,方式,,通道控制方式,,程序,I/O,方式,向,I/O,控制器,,發(fā)讀命令,讀,I/O,控制器,,的狀態(tài),檢查狀態(tài)？,從,I/O,控制器,,中讀入字,向,I/O,控制器,,中寫字,傳送完成？,CPU,I/O,I/O,CPU,I/O,CPU,CPU,內(nèi)存,出錯(cuò),就緒,完成，執(zhí)行下一條指令,未完,未,,就,,緒,,中斷驅(qū)動(dòng)方式,,CPU,一旦啟動(dòng)設(shè)備成功，,CPU,轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個(gè)程序。當(dāng)設(shè)備完成時(shí)，向,CPU,提出中斷請(qǐng)求，,C

8、PU,執(zhí)行完當(dāng)前一條指令，就響應(yīng)中斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理程序。從而使,CPU,可與設(shè)備并行操作。,,中斷驅(qū)動(dòng)方式,CPU,與,I/O,設(shè)備并行操作,CPU,向,I/O,控制器發(fā)讀命令,讀,I/O,控制器的狀態(tài),從,I/O,控制器中讀入字,向存儲(chǔ)器中寫字,CPU,可做其它事了,I/O,?CPU,出錯(cuò),就緒,I/O,?CPU,CPU,?,內(nèi)存,傳送完成,檢查狀態(tài),是，檢查是否還有傳輸操作,未完,數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器，發(fā)中斷,從外部設(shè)備讀取一塊數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器，每次讀一個(gè)字的數(shù)據(jù),中,,,斷,,,處,,,理,,DMA,方式,,數(shù)據(jù)緩沖寄存器,DR,內(nèi)存地址寄存器,MAR,數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器,DC,命令,/,狀態(tài)寄存

9、器,CR,……,命令,系統(tǒng)總線,DMA,控制器,內(nèi)存,主機(jī),—,控制器接口,CPU,數(shù)據(jù)塊緩沖區(qū),磁盤,,DMA,方式的特征,數(shù)據(jù)傳輸基本單位是數(shù)據(jù)塊,,在,DMA,控制器的控制下，設(shè)備直接與內(nèi)存交換數(shù)據(jù),,僅在開始和結(jié)束時(shí)才需,CPU,干預(yù),,DMA,控制器的組成,命令,/,狀態(tài)寄存器,CR,,內(nèi)存地址寄存器,MAR,,數(shù)據(jù)寄存器,DR,,數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器,DC,,DMA,控制器的組成,count,I/O,控制邏輯,DR,MAR,DC,CR,命令,CPU,內(nèi)存,主機(jī)－控制器接口,控制器與塊設(shè)備接口,系統(tǒng)總線,DMA,控制器,…,,DMA,工作過程,首先，控制器控制磁盤驅(qū)動(dòng)器串行地一位一位地讀，在數(shù)

10、據(jù)緩沖寄存器中組裝成字節(jié)，直到將整塊信息放入控制器的內(nèi)部緩沖區(qū)中,,其次，它計(jì)算檢查和，以核實(shí)沒有讀錯(cuò)誤發(fā)生,,然后控制器將從緩沖區(qū)中一次一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字地讀數(shù)據(jù)送主存貯器中，直到一塊讀完,,產(chǎn)生一個(gè)中斷。等待,CPU,響應(yīng)中斷,,DMA,工作過程,DMA,控制磁盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行讀數(shù)據(jù)，并將讀的位組成字節(jié),挪用,CPU,工作周期傳送數(shù)據(jù)字,存儲(chǔ)器地址增,1,,數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器減,1,DC=0 ?,請(qǐng)求中斷,N,Y,每當(dāng)把磁盤,,一個(gè)數(shù)據(jù)字,,讀入數(shù)據(jù)寄,,存器，,DMA,,控制器取代,,CPU,接管地,,址總線的控,,制權(quán)。,,使,CPU,訪問,,總線時(shí)速度,,會(huì)變慢。,,DMA,控制下的,CPU,工作

11、方式,CPU,向,DMA,控制器發(fā)讀塊命令（設(shè)置,MAR,和,DC,初值），啟動(dòng),DMA,進(jìn)行傳送，啟動(dòng)成功，,CPU,轉(zhuǎn)去做其它事,CPU,執(zhí)行磁盤的中斷處理程序：檢查,DMA,控制器的狀態(tài)，喚醒等待進(jìn)程等,下條指令,磁盤完成中斷,,通道,I/O,控制方式,與,DMA,方式相比，通道所需的,CPU,干預(yù)更少，且可以做到一個(gè)通道控制多個(gè)控制器，每個(gè)控制器可以控制多個(gè)設(shè)備，進(jìn)一步減輕了,CPU,的負(fù)擔(dān)。,,通道、,CPU,及,I/O,設(shè)備并行工作,主 存,I/O,通道,1,I/O,通道,2,控制器,控制器,控制器,控制器,設(shè)備,設(shè)備,CPU,,通道,I/O,控制工作過程,CPU,向,I/O,

12、通道發(fā)出一條,I/O,指令，給出所要執(zhí)行的通道程序的首地址和要訪問的,I/O,設(shè)備。,,通道接到,CPU,發(fā)來的指令后，通過執(zhí)行通道程序，控制指定設(shè)備完成,CPU,指定的,I/O,任務(wù)。,,控制通道的命令,啟動(dòng),I/O,指令：,CPU,執(zhí)行啟動(dòng),I/O,指令啟動(dòng)通道開始執(zhí)行。在這種指令中，通常含有通道號(hào)、設(shè)備號(hào)和通道程序在主存的起始地址。,,測(cè)試,I/O,指令：,CPU,在執(zhí)行過程中可根據(jù)需要使用該指令測(cè)試通道及外設(shè)的狀態(tài)。,,停止,I/O,指令：強(qiáng)行結(jié)束通道和外設(shè)的當(dāng)前工作。,,通道指令格式：操作碼、主存地址、程序連接標(biāo)志和記錄連接標(biāo)志,,通道,I/O,控制方式,,操作,P,R,計(jì)數(shù),內(nèi)存地

13、址,WRITE,WRITE,WRITE,WRITE,WRITE,WRITE,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,80B,140,60,300,250,250,813,1034,5830,2000,1850,720,813,?892,1034,?1173,5830,?5889,這三塊,,內(nèi)容寫,,成一個(gè),,記錄,寫成另一個(gè)記錄,一個(gè)新記錄,最后一條通道指令,[,例,],通道程序舉例：,,中斷,中斷是指計(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)期的急需處理事件，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

14、執(zhí)行的過程。,,中斷相關(guān)概念,中斷源：引起中斷發(fā)生的事件,,中斷請(qǐng)求：中斷源向,CPU,發(fā)出的請(qǐng)求中斷處理信號(hào),,中斷響應(yīng)：,CPU,收到中斷請(qǐng)求后轉(zhuǎn)相應(yīng)的事件處理程序,,禁止中斷：有些情況下，盡管產(chǎn)生了中斷源和發(fā)出了中斷請(qǐng)求，但,CPU,內(nèi)部的處理機(jī)狀態(tài)字,PSW,的中斷允許位已被清除，從而不允許,CPU,響應(yīng)中斷，這種情況稱為禁止中斷，也稱為關(guān)中斷,,中斷相關(guān)概念,開中斷：,CPU,禁止中斷后只有等到,PSW,的中斷允許位被重新設(shè)置后才能接收中斷。,PSW,的中斷允許位的設(shè)置也被稱為開中斷,,中斷屏蔽：指在中斷請(qǐng)求產(chǎn)生后，系統(tǒng)用軟件方式有選擇的封鎖部分中斷而允許其余部分的中斷仍能得到響應(yīng),

15、,中斷的種類,外中斷：來自處理機(jī)和內(nèi)存外部的中斷,,,內(nèi)中斷：在處理機(jī)和內(nèi)存內(nèi)部產(chǎn)生的中斷，一般分為陷入和異常,,中斷優(yōu)先級(jí),為了按中斷源的輕重緩急處理響應(yīng)中斷，操作系統(tǒng)對(duì)不同的中斷賦予不同的優(yōu)先級(jí)。,,各中斷源的優(yōu)先級(jí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)給定，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)是固定的。而處理機(jī)的優(yōu)先級(jí)則根據(jù)執(zhí)行情況由系統(tǒng)程序動(dòng)態(tài)設(shè)定。,,硬中斷與軟中斷,硬中斷：通過硬件產(chǎn)生相應(yīng)的中斷請(qǐng)求,,軟中斷：通信進(jìn)程之間用來模擬硬中斷的一種信號(hào)通信方式,,硬中斷與軟中斷的區(qū)別：中斷源發(fā)中斷請(qǐng)求或軟中斷信號(hào)后，,CPU,或接收進(jìn)程在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)自動(dòng)進(jìn)行中斷處理或完成軟中斷信號(hào)所對(duì)應(yīng)的功能,,中斷處理過程,判斷中斷響應(yīng)條件,關(guān)中斷,保

16、存被中斷進(jìn)程現(xiàn)場,分析中斷原因,,調(diào)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)現(xiàn)場,開中斷,返回中斷點(diǎn),,緩沖的引入,緩和,CPU,與,I/O,設(shè)備間速度不匹配的矛盾,,減少對(duì),CPU,的中斷頻率,,提高,CPU,與,I/O,設(shè)備之間的并行性,,緩沖的實(shí)現(xiàn),采用專用的硬件緩沖器，如,I/O,控制方式中的數(shù)據(jù)緩沖寄存器。有單緩沖和雙緩沖,,軟件緩沖：在內(nèi)存劃出一個(gè)具有,n,個(gè)單元的專用緩沖區(qū)，以便存放輸入輸出的數(shù)據(jù)。通常使用由多個(gè)緩沖區(qū)組成的緩沖池，系統(tǒng)統(tǒng)一管理,,單緩沖,在設(shè)備和處理機(jī)之間設(shè)置一個(gè)緩沖器。設(shè)備和處理機(jī)交換數(shù)據(jù)時(shí)，先把被交換數(shù)據(jù)寫入緩沖器，然后需要數(shù)據(jù)的設(shè)備或處理機(jī)從緩

17、沖器取走數(shù)據(jù)。,,單緩沖,用戶進(jìn)程,操作系統(tǒng),傳送,輸入,I/O,設(shè)備,,單緩沖雙機(jī)通信,A,機(jī),緩沖區(qū),B,機(jī),緩沖區(qū),,單緩沖的特點(diǎn),單緩沖能匹配設(shè)備和處理機(jī)的處理速度,,,設(shè)備和設(shè)備之間不能通過單緩沖達(dá)到并行操作,,,雙緩沖,用戶進(jìn)程,操作系統(tǒng),傳送,輸入,I/O,設(shè)備,在設(shè)備和處理機(jī)之間設(shè)置兩個(gè)緩沖器。,,雙緩沖雙機(jī)通信,A,機(jī),發(fā) 送緩沖區(qū),接 收緩沖區(qū),B,機(jī),發(fā) 送緩沖區(qū),接 收緩沖區(qū),,雙緩沖的特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備，,CPU,和設(shè)備之間的并行操作,,不能用于實(shí)際系統(tǒng)中的并行操作,,,循環(huán)緩沖,多緩沖是把多個(gè)緩沖區(qū)連接起來組成兩部分，一部分專門用于輸入，另一部分專門用

18、于輸出的緩沖結(jié)構(gòu)。多緩沖區(qū)被組織成循環(huán)緩沖形式。,,循環(huán)緩沖,傳送,輸入,用戶進(jìn)程,操作系統(tǒng),I/O,設(shè)備,,多緩沖區(qū)的類型,空緩沖區(qū),R,：用于存放輸入數(shù)據(jù),,已裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū),G,：其中數(shù)據(jù)提供給計(jì)算進(jìn)程使用,,現(xiàn)行工作緩沖區(qū),C,：計(jì)算進(jìn)程正在使用的緩沖區(qū),,,多緩沖區(qū)的指針,Nextg,：指示計(jì)算進(jìn)程下一個(gè)可用的緩沖區(qū),G,；,,Nexti,：指示輸入進(jìn)程下次可用的空緩沖區(qū),R,；,,Current,：指示計(jì)算進(jìn)程正在使用的緩沖區(qū)單元。,,,循環(huán)緩沖,R,R,G,G,G,G,1,2,3,4,5,6,R,R,G,G,G,C,1,2,3,4,5,6,Nexti,Nexti,Nextg,N

19、extg,Current,,緩沖區(qū)的使用,Getbuf,過程,,,Releasebuf,過程,,,緩沖池,循環(huán)緩沖區(qū)屬于專用緩沖，僅適用于特定的,I/O,進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程。為提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛使用公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個(gè)進(jìn)程使用。,,,緩沖池的組成,空緩沖隊(duì)列,emq,,輸入隊(duì)列,inq,,輸出隊(duì)列,outq,,,四種工作緩沖區(qū),用于收容設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū),,用于提取設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū),,用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū),,用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū),,緩沖區(qū)的工作方式,收容輸入工作方式,,提取輸入工作方式,,收容輸出工作方式,,提取輸出工作方式,,緩沖區(qū)的工作方式,

20、hout,sin,hin,sout,用戶程序,提取輸入,收容輸出,收容輸入,提取輸出,,設(shè)備分配,在多道程序環(huán)境下，設(shè)備不允許用戶自行使用，必須由系統(tǒng)分配。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備分配，必須在系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,,設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)設(shè)備表,SDT,（,System Device Table,）,,設(shè)備控制表,DCT,（,Device Control Table,）,,控制器控制表,COCT,（,COntroler,Control Table,）,,通道控制表,CHCT,（,CHannel,Control Table,）,,系統(tǒng)設(shè)備,表,SDT,表項(xiàng),1,表項(xiàng),i,…,…,設(shè)備類型,設(shè)備標(biāo)識(shí)符

21、,DCT,驅(qū)動(dòng)程序入口,SDT,是系統(tǒng)范圍的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄了系統(tǒng)中全部的設(shè)備情況。每個(gè)設(shè)備占一個(gè)表項(xiàng)。,,設(shè)備控制,表,DCT,,系統(tǒng)為每一個(gè)設(shè)備配置一張表，用于記錄該設(shè)備的情況。,DCT1,DCTi,DCTn,設(shè)備類型,設(shè)備標(biāo)識(shí)符,設(shè)備狀態(tài)：忙,/,閑,重復(fù)執(zhí)行次數(shù)或時(shí)間,指向與之相連控制器控制表指針,設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針,,控制器控制,表,COCT,系統(tǒng)為每一個(gè)控制器都設(shè)置了一張用于記錄本控制器情況的控制器控制表。,控制器標(biāo)識(shí)符,控制器狀態(tài)：忙,/,閑,指向與控制器連接的通道表指針,控制器隊(duì)列的隊(duì)首指針,控制器隊(duì)列的隊(duì)尾指針,,通道控制,表,CHCT,通道標(biāo)識(shí)符,通道狀態(tài)：忙,/,閑,與,通

22、道連接的控制器表首址,通道隊(duì)列的隊(duì)首指針,通道隊(duì)列的隊(duì)尾指針,,與設(shè)備分配相關(guān)的因素,設(shè)備的固有屬性,,設(shè)備分配算法,,設(shè)備分配的安全性,,設(shè)備獨(dú)立性,,設(shè)備的固有屬性,獨(dú)享設(shè)備,,共享設(shè)備,,虛擬設(shè)備,,設(shè)備分配算法,先來先服務(wù),,優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先,,設(shè)備分配中的安全性,安全分配方式,,,不安全分配方式,,設(shè)備獨(dú)立性的概念,設(shè)備獨(dú)立性也稱設(shè)備無關(guān)性，其基本含義是：應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。,,為了設(shè)備獨(dú)立性而引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備兩個(gè)概念。,,在應(yīng)用程序中，使用邏輯設(shè)備名稱來請(qǐng)求使用某類設(shè)備；在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，使用物理設(shè)備名稱。,,設(shè)備獨(dú)立性帶來的好處,設(shè)備分配時(shí)的靈活性,,,易于實(shí)現(xiàn),

23、I/O,重定向：在不改變應(yīng)用程序的前提下，更換,I/O,操作的設(shè)備,,,設(shè)備獨(dú)立性軟件的功能,執(zhí)行設(shè)備的公有操作，包括對(duì)獨(dú)立設(shè)備的分配和回收；將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名；對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，禁止用戶直接訪問設(shè)備；緩沖管理；差錯(cuò)控制。,,向用戶層軟件提供統(tǒng)一的接口。,,邏輯設(shè)備,表,LUT,,,當(dāng)進(jìn)程用邏輯設(shè)備名來請(qǐng)求分配,I/O,設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)為它分配物理設(shè)備，并在該表中建立一個(gè)表項(xiàng)，填上信息。,邏輯設(shè)備名,物理設(shè)備名,驅(qū)動(dòng)程序入口地址,/dev/print,/dev/,tty,3,5,1024,2046,…,…,…,,LUT,的設(shè)置問題,整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置一張,LUT,,,為每個(gè)用戶設(shè)置一張,LUT,

24、,基本設(shè)備分配程序,進(jìn)程用邏輯設(shè)備名請(qǐng)求,I/O,設(shè)備,,分配設(shè)備,,分配控制器,,分配通道,,SPOOLing,技術(shù),,SPOOLing(Simultaneous,,Periphernal,Operations On-Line),外圍設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)操作，又稱假脫機(jī)操作。,,在多道程序的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用其中的一道程序，來模擬脫機(jī)輸入時(shí)的外圍處理機(jī)功能，把低速,I/O,設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；再用另一道程序來模擬脫機(jī)輸出時(shí)外圍處理機(jī)的功能，把數(shù)據(jù)從磁盤傳送到低速輸出設(shè)備上。,,SPOOLing,技術(shù),這樣，便可以在主機(jī)的直接控制下，實(shí)現(xiàn)脫機(jī)輸入輸出功能。此時(shí)的外圍操作和,CPU,對(duì)數(shù)據(jù)的處理

25、同時(shí)進(jìn)行，我們把這種在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱為,SPOOLing,。,,SPOOLing,系統(tǒng)的組成,輸入井和輸出井,,輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū),,輸入進(jìn)程,SP,i,和輸出進(jìn)程,SP,o,,請(qǐng)求打印隊(duì)列,,SPOOLing,系統(tǒng)的組成,輸入緩沖區(qū),B,i,輸出緩沖區(qū),B,o,輸入進(jìn)程,SP,i,輸出進(jìn)程,SP,o,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,輸入井,輸出井,磁盤,,SPOOLing,系統(tǒng)的工作過程,存輸入,存輸出,取輸出,作業(yè),2,作業(yè),3,作業(yè),4,取輸入,讀卡機(jī),作業(yè),5,打印機(jī),作業(yè),1,4,3,5,2,磁盤輸入井,3,2,4,1,磁盤輸出井,,SPOOLing,系統(tǒng)舉例,用戶進(jìn)程請(qǐng)求打

26、印輸出,SPOOLing,系統(tǒng)中的輸出進(jìn)程在輸出井,,中為用戶進(jìn)程申請(qǐng)一塊空閑磁盤塊區(qū),申請(qǐng)用戶請(qǐng)求打印表，將用戶的,,打印請(qǐng)求填入表中,將請(qǐng)求表插入請(qǐng)求打印隊(duì)列上,打印機(jī)空閑？,打印隊(duì)列空？,輸出進(jìn)程阻塞,輸出進(jìn)程從打印隊(duì)列上取下一張請(qǐng)求打印表,將要打印的數(shù)據(jù)從輸出井傳送到內(nèi)存緩沖區(qū),打印,打印完成？,等待隊(duì)列,是,否,否,是,是,否,,SPOOLing,系統(tǒng)的特點(diǎn),提高了,I/O,的速度,,將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備,,實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能,,設(shè)備處理,設(shè)備處理程序又稱設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是,I/O,進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序，也可稱之為設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)程。,,其主要任務(wù)是接收上層軟件發(fā)來的抽象要求

27、，將之轉(zhuǎn)換成具體要求后，發(fā)送給設(shè)備執(zhí)行；同時(shí)，它也將設(shè)備控制器的信號(hào)傳送給上層軟件。,,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能,將接收的抽象要求轉(zhuǎn)換成具體要求,,檢查用戶,I/O,請(qǐng)求的合法性，了解設(shè)備狀態(tài)，傳遞參數(shù)，設(shè)置設(shè)備工作方式,,發(fā)出,I/O,命令，啟動(dòng)設(shè)備，完成指定的,I/O,操作,,及時(shí)響應(yīng)中斷請(qǐng)求,,對(duì)有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，要根據(jù)用戶要求，自動(dòng)構(gòu)建通道程序,,設(shè)備處理方式,為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，專門執(zhí)行這類設(shè)備的,I/O,操作,,在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè),I/O,進(jìn)程，專門負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的,I/O,操作,,不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程，而只為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序,,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn),驅(qū)動(dòng)程序主要是在請(qǐng)求,I/O,的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信程序,,驅(qū)動(dòng)程序與,I/O,設(shè)備的特性緊密相關(guān),,驅(qū)動(dòng)程序與,I/O,控制方式緊密相關(guān),,由于驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān)，故有一部分程序由匯編語言編寫,,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程,將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求,,檢查,I/O,請(qǐng)求的合法性,,讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài),,傳送必要的參數(shù),,工作方式的設(shè)置,,啟動(dòng),I/O,設(shè)備,,