操作系统操作系统课件 (7).pdf

《操作系统操作系统课件 (7).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统操作系统课件 (7).pdf（43页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第七章 设备管理操作系统目录1.设备管理概念2.数据传送控制方式3.中断技术和缓冲管理4.设备分配、I/O进程控制和驱动程序一、设备管理概念第七章 设备管理内容1.设备的类别2.设备管理的任务和功能1、设备的类别 在计算机系统中，除了CPU和内存之外，其他的大部分硬设备称为外部设备。种类多，差异大，侧重基本原理和方法 分类 按使用特性 按信息的组织方式1、设备的类别-按使用特性1、设备的类别-按信息的组织方式 字符设备 键盘、打印机等 块设备 磁盘、磁带等 网络设备 这类设备主要有网卡、调制解调器等，主要用于与远程设备的通信2、设备管理的任务和功能 概念 设备管理就是对计算机输入输出系统的管理

2、，也叫I/O管理。任务 选择和分配I/O设备 控制设备与CPU的数据交换 提供设备使用的用户接口 提高效率2、设备管理的任务和功能 功能 提供和进程管理系统的接口。进行设备分配。实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作。进行缓冲区管理。二、数据传送控制方式第七章 设备管理内容1.程序直接控制方式2.中断控制方式3.DMA方式4.通道方式1、程序直接控制方式 由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的信息传送。1、程序直接控制方式 优点 控制简单 不需要额外的硬件支持 缺点 CPU和外围设备只能串行工作。CPU在一段时间内只能和一台外围设备交换数据信息，因而不能实现设备之间的并行工作；

3、由于程序直接控制方式依靠测试设备标志触发器的状态位来控制数据传送，因此无法发现和处理由设备或其他硬件所产生的错误2、中断控制方式 这种方式要求CPU与设备(或控制器)之间有相应的中断请求线，而且在设备控制器的控制状态寄存器有相应的中断允许位。操作系统：设备管理 计算机学院 2、中断控制方式 中断控制方式的处理过程操作系统：设备管理 计算机学院 2、中断控制方式 优点 使CPU的利用率大大提高 能支持多道程序和设备的并行操作 缺点 大量数据传送过程中，发生中断次数较多，这将耗去大量的CPU处理时间。外围设备增加，中断次数的急剧增加而造成CPU无法响应中断和出现数据丢失现象。如果外围设备的速度也非

4、常高，则可能造成数据缓冲寄存器的数据由于CPU来不及取走而丢失操作系统：设备管理 计算机学院 3、DMA方式 基本思想是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路操作系统：设备管理 计算机学院 3、DMA方式操作系统：设备管理 计算机学院 3、DMA方式 优点 这就大大减少了CPU进行中断处理的次数 排除了因并行操作设备过多时CPU来不及处理或因速度不匹配而造成数据丢失等现象 缺点 DMA方式对外围设备的管理和某些操作仍由CPU控制操作系统：设备管理 计算机学院 4、通道控制方式 通道是一个独立于CPU的专管输入输出控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。在通道方式下，CPU只需发出启

5、动指令，指出通道相应的操作和I/O设备，该指令就可启动通道并使该通道从内存中调出相应的通道指令执行。操作系统：设备管理 计算机学院 4、通道控制方式 通道方式的数据传送结构操作系统：设备管理 计算机学院 磁带机磁带机磁盘机磁盘机三、中断技术和缓冲技术第七章 设备管理内容1.中断技术2.缓冲技术操作系统：设备管理 计算机学院 1、中断技术 中断(Interrupt)是指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程。操作系统：设备管理 计算机学院 1、

6、中断技术 引起中断发生的事件被称为中断源，中断源向CPU发出的请求中断处理信号称为中断请求，而CPU收到中断请求后转相应的事件处理程序称为中断响应。在有些情况下，尽管产生了中断源和发出了中断请求，但CPU内部的处理机状态字PSW的中断允许位已被清除，从而不允许CPU响应中断。这种情况称为禁止中断。也叫关中断，对应开中断操作系统：设备管理 计算机学院 1、中断技术 中断请求、关中断、开中断等都是由硬件实现的。开中断和关中断是为了保证某些程序执行的原子性。中断屏蔽是指在中断请求产生之后，系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应。操作系统：设备管理 计算机学院 1、中断技术

7、 根据中断源产生的条件，中断分为 外不断。来自处理机和内存外部的中断，包括I/O设备发出的I/O中断、外部信号中断(例如用户键入ESC键)、各种定时器引起的时钟中断以及调试程序中设置的断点等引起的调试中断等 内中断。指在处理机和内存内部产生的中断。一般称为陷阱(trap)。它包括程序运算引起的各种错误，如地址非法、校验错、页面失效等。操作系统：设备管理 计算机学院 1、中断技术 中断和陷阱的区别 陷阱通常由处理机正在执行的现行指令引起，而中断则是由与现行指令无关的中断源引起的。陷阱处理程序提供的服务为当前进程所用，而中断处理程序提供的服务则不是为了当前进程的。CPU在执行完一条指令之后，下一条

8、指令开始之前响应中断，而在一条指令执行中也可以响应陷阱。例如执行指令非法时，尽管被执行的非法指令不能执行结束，但CPU仍可对其进行处理。操作系统：设备管理 计算机学院 1、中断技术 软中断操作系统：设备管理 计算机学院 2、缓冲技术 缓冲 在CPU和外设之间建立缓冲，用来暂存CPU和外设的交换数据，从而缓和CPU与外设速度不匹配所产生的矛盾 减少了中断CPU的次数，提高了CPU和I/O设备之间的并行性 实现 硬件缓冲。采用专用硬件缓冲器，如I/O控制器中的数据缓冲寄存器。软件缓冲。内存缓冲区，又称软件缓冲。操作系统：设备管理 计算机学院 2、缓冲技术 根据缓冲器的个数分类 单缓冲（不能并行）双

9、缓冲（一个输入一个输出）多缓冲（多个输入多个输出）缓冲池（多个统一管理的输入输出）操作系统：设备管理 计算机学院 2、缓冲技术 缓冲池由多个缓冲区组成 一个缓冲区由两部分组成 首部：用来标识该缓冲器和用于管理 缓冲体：用于存放数据 对缓冲池的管理是通过对每一个缓冲器的缓冲首部进行操作实现的操作系统：设备管理 计算机学院 设备号数据块号缓冲器号互斥标识位连接指针2、缓冲技术 系统把各缓冲区按其使用状况连成三种队列 空白缓冲队列em 装满输入数据的输入缓冲队列in 装满输出数据的输出缓冲队列out操作系统：设备管理 计算机学院 四、设备分配、I/O过程控制和驱动程序第七章 设备管理内容1.设备分配

10、2.I/O进程控制3.设备驱动程序操作系统：设备管理 计算机学院 1、设备分配 设备分配用数据结构 设备控制表DCT 系统设备表SDT 控制器控制表COCT 通道控制表CHCT 一个进程只有获得了通道、控制器和所需设备三者之后，才具备了进行I/O操作的物理条件。操作系统：设备管理 计算机学院 1、设备分配 设备分配的总原则 充分发挥设备的使用效率，尽可能的让设备忙 避免由于不合理的分配方法造成进程死锁 把用户程序和具体物理设备隔离开来操作系统：设备管理 计算机学院 1、设备分配 设备分配的流程操作系统：设备管理 计算机学院 2、I/O进程控制 概念 从用户进程的I/O请求开始，到给用户进程分配

11、和启动设备进行I/O操作，以及响应中断并进行善后处理的整个控制过程称为I/O控制。I/O控制的功能操作系统：设备管理 计算机学院 2、I/O进程控制 I/O控制过程在系统中可以按三种方式实现 作为请求I/O操作的进程的一部分实现 作为当前进程的一部分实现 I/O控制由专门的系统进程（I/O进程）完成操作系统：设备管理 计算机学院 3、设备驱动程序 设备驱动程序是驱动物理设备和DMA控制器或I/O控制器等直接进行I/O操作的子程序的集合。负责设置相应设备有关寄存器的值，启动设备进行I/O操作，指定操作的类型和数据流向等。为了对驱动程序进行管理，系统中设置有设备开关表DST(Device Switch Table)。操作系统：设备管理 计算机学院 3、设备驱动程序 设备开关表中给出相应设备的各种操作子程序的入口地址，例如打开、关闭、读、写和启动设备子程序的入口地址。设备开关表也是I/O进程的一个数据结构操作系统：设备管理 计算机学院 3、设备驱动程序操作系统：设备管理 计算机学院