《操作系统原理教程》第4章设备管理pptConvertor.pdf

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1、操作系统原理教程第 4 章设备管理 pptConvertor 4.1 设备管理概述 4.2 输入输出系统 4.3 设备分配与回收 4.4 设备处理 4.5 设备管理使用的技术 本章结束！4.1 设备管理概述 4.1.1 设备管理的要紧任务 设备是指计算机系统中的外部设备，它包含外存、输入设备与输出设备（I/O 设备）。外存的管理与使用，请参考文件管理一章。设备管理的要紧任务是完成用户提出的输入输出请求，为用户分配输入输出设备，提高 CPU 与输入输出设备的利用率，提高输入输出设备的速度，方便用户使用输入输出设备。第 4 章 设备管理 4.1 设备管理概述 4.1.2 设备管理的要紧功能 1.缓

2、冲管理 它是管理好各类类型的缓冲区，协调各类设备的工作速度，提高系统的使用效率。它通过单缓冲区、双缓冲区或者缓冲池等机制来实现。2.设备分配与回收 它是根据用户提出的输入输出请求，为其分配所需要的设备，用户使用完后，回收分配的设备。它通过设备操纵表、操纵器操纵表、通道操纵表与系统设备表记录设备的使用情况，实现设备的分配与回收。第 4 章 设备管理 4.1 设备管理概述 4.1.2 设备管理的要紧功能 3.设备处理 它是实现 CPU 与设备操纵器之间的通信。它通过相应的设备处理程序来实现。4.虚拟设备 它是把每次只同意一个进程使用的物理设备，改造为能同时供多个进程共享的设备。第 4 章 设备管理

3、 4.1 设备管理概述 4.1.3 设备的分类 1按设备的从属关系分类 (1)系统设备。系统设备是指操作系统生成时已经登记在操作系统中的标准设备，如键盘、显示器、打印机等。(2)用户设备。用户设备是指操作系统生成时未登记在操作系统中的非标准设备，如绘图仪、扫描仪等。2按操作特性分类 (1)存储设备。存储设备是指用来存放信息的设备，如磁盘、磁带等。(2)输入输出设备。输入输出设备是指向 CPU 传输信息与输出加工处理信息的设备，如键盘、显示器、打印机等。第 4 章 设备管理 4.1 设备管理概述 4.1.3 设备的分类 3按设备共享属性分类 (1)独享设备。独享设备是指在一段时间内只同意一个进程

4、访问的设备。系统一旦把这种设备分配给一个进程后，便由该进程独占，直到用完释放，其他进程才能使用。多数低速设备都属于此类设备，如打印机。(2)共享设备。共享设备是指在一段时间内同意多个进程访问的设备，如磁盘。(3)虚拟设备。虚拟设备是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个进程同时使用的设备，如虚拟打印机。第 4 章 设备管理 4.1 设备管理概述 4.1.3 设备的分类 4按信息交换单位分类 (1)块设备。块设备是指处理信息的基本单位是字符块。通常块的大小为 512B4KB，如磁盘、磁带等。(2)字符设备。字符设备是指处理信息的基本单位是字符，如键盘、显示器、打印机等。第 4

5、 章 设备管理 返回 4.2 输入输出系统 4.2.1 输入输出系统的结构 关于不一致规模的计算机系统，其输入输出系统的结构也有差异。通常把输入输出系统的结构分成两大类：微机输入输出系统与主机输入输出系统。1微机输入输出系统 微机输入输出系统通常使用总线输入输出系统结构，如图 4-1 所示。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.1 输入输出系统的结构 1微机输入输出系统 CPU 与主存是直接连接到总线上的。输入输出设备是通过设备操纵器连接到总线上。CPU 并不直接与输入输出设备进行通信，而是与设备操纵器进行通信，并通过它去操纵相应的设备。因此，设备操纵器是处理器与设备之间的接口。

6、应根据设备的类型，给设备配置与之相应的操纵器，如磁盘操纵器、打印机操纵器等。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.1 输入输出系统的结构 2主机输入输出系统 当主机所配置的输入输出设备较多时，特别是配有较多的高速外设时，使用总线型输入输出系统结构会加重 CPU 与总线的负担。因此，在这样的输入输出系统中不宜使用单总线结构，而是增加一级输入输出通道，用来代替 CPU 与各设备操纵器进行通信，实现对操纵器的操纵。具有通道的输入输出系统结构如图 4-2 所示。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.2 设备操纵器 1设备操纵器的概念 设备操纵器是 CPU 与外围设备之间的接

7、口，是一个可编址设备，每一个地址对应一个设备。它接收从 CPU 发来的命令，并去操纵输入输出设备的工作，使 CPU 从繁杂的设备操纵事务中解脱出来，提高 CPU 的使用效率。设备操纵器通常分成两大类：一类是用于操纵字符设备的操纵器；另一类是用于操纵块设备的操纵器。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.2 设备操纵器 2设备操纵器的功能。设备操纵器实现设备与 CPU 的通信，通常功能：（1）接收与识别命令。接收与识别由 CPU 发送来的各类命令，并对这些命令进行译码。为此，在操纵器中应设置相应的操纵寄存器，用来存放接收的命令与参数，并对所接收的命令进行译码。（2）交换数据。实现 C

8、PU 与操纵器、操纵器与设备之间的数据交换。关于前者，是通过数据总线，由 CPU 并行地把数据写入操纵器，或者从操纵器中并行地读出数据；关于后者是设备将数据输入到操纵器，或者从操纵器传送给设备。为此，在操纵器中需要设置数据寄存器。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.2 设备操纵器 2设备操纵器的功能。（3）熟悉与报告设备状态。在操纵器中应设立一个状态寄存器用于记录设备的各类状态，以供 CPU 使用。比如，仅当该设备处于发送就绪状态时，CPU 才能启动操纵器从设备中读出数据。为此，在操纵器中应设置一个状态寄存器，用其中的每一位来反映设备的某一种状态。当 CPU 将该寄存器的内容读

9、入后，便能够熟悉该设备的状态。（4）识别地址。系统为每个设备配置一个地址，设备操纵器要能识别这些地址。此外，为使 CPU 能向寄存器中写入数据，或者从寄存器中读取数据，这些寄存器应具有惟一的地址。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.2 设备操纵器 3设备操纵器的构成 由于设备操纵器处于 CPU 与设备之间，它既要与 CPU 通信，又要与设备通信，还应具有按照 CPU 发来的命令去操纵设备工作的功能。因此，现有的大多数操纵器都是由下列三部分构成的，如图 4-3 所示。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.2 设备操纵器 3设备操纵器的构成 （1）CPU 与设备操纵器

10、的接口。该接口用于实现 CPU 与设备操纵器之间的通信。共有三类信号线：数据线、地址线与操纵线。（2）设备操纵器与设备的接口。操纵器中的输入输出逻辑根据处理器发送来的地址信号，去选择一个设备接口。一个设备接口连接一台设备。（3）输入输出逻辑。输入输出 逻辑用于实现对输入输出设备的操纵。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.3 输入输出通道 1输入输出通道的概念 输入输出通道是指专门负责输入输出工作的处理器。它有自己的指令系统（包含数据传送指令与设备操纵指令），能按照指定的要求独立地完成输入输出操作。中央处理器能够做相应的计算操作，从而使系统获得 CPU 与外设的并行处理能力。第

11、4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.3 输入输出通道 2输入输出通道的分类 输入输出通道是用于操纵外围设备的。根据信息交换方式的不一致，把通道分成三种类型：(1)字节多路通道。通常都含有许多非分配型子通道，其数量能够从几十到数百个，每一个子通道连接一台输入输出设备，这些子通道按时间片轮转方式共享主通道。如图 4-4所示。字节多路通道连接低速或者中速设备时，不可能丢失信息。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.3 输入输出通道 2输入输出通道的分类 (2)数据选择通道。能够连接多台高速设备，但是，由于它只含有一个分配型子通道，在一段时间内只能执行一个通道程序，操纵一台设

12、备进行数据传送，致使当某台设备占用了该通道后，便一直由它独占，（即使无数据传送，通道被闲置也不同意其他设备利用）直至该设备传送完毕后释放该通道。数据选择通道尽管有很高的传输速率，但是，它每次只同意一个设备传输数据。因此，这种通道利用率很低。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.3 输入输出通道 2输入输出通道的分类 (3)数组多路通道。将数据选择通道传输速率高与字节多路通道能使各子通道（设备）分时并行操作的优点相结合，而形成的一种新通道。它含有多个非分配型子通道，因而这种通道既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。该通道被广泛地用于连接多台高、中速的外围设备，其数

13、据传送是按数组方式进行的。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.4 输入输出系统的操纵方式 1程序直接操纵方式 程序直接操纵方式也称之“忙等待”方式，即在一个设备的操作没有完成时，操纵程序一直检测设备的状态，直到该操作完成，才能进行下一个操作。步骤为：(1)当用户需要输入数据时，由处理器向设备操纵器发出一条输入输出指令，启动设备进行输入。(2)当用户进程需要向设备输出数据时，也务必同样发出启动命令启动设备输出，并等待输出操作完成。特点：工作过程简单，CPU 的利用率低。程序直接操纵方式适用于早期的无中断的计算机系统。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.4 输入输出

14、系统的操纵方式 2中断操纵方式 中断操纵是指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或者非预期的急需处理事件，使得 CPU 暂时中止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先被中止处继续执行或者调度新的进程执行的过程。特点：中断操纵方式比程序直接操纵方式提高了 CPU 的利用率。每输入输出一个数据都会发生中断，传输一组数据需要多次中断，浪费了 CPU 的处理时间。中断操纵方式应用于现代计算机系统中。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.4 输入输出系统的操纵方式 3直接存储器存取操纵方式（DMA）直接存储器存取方式是指对输入输出设备的操纵由 DMA 操

15、纵器完成，在 DMA 操纵器的作用下，设备与主存之间能够成批地进行数据交换，而不用 CPU 的干涉。特点：数据的传送方向、存放数据的主存始址及传送数据的长度等都由 CPU 操纵，具体的数据传送由 DMA 操纵器负责，每台设备需要配一个 DMA 操纵器，这样输入输出数据传输速度快，CPU 负担少。直接存储器存取操纵方式适用于块设备的数据传输。第 4 章 设备管理 4.2 输入输出系统 4.2.4 输入输出系统的操纵方式 4通道操纵方式 通道操纵方式是一种以主存为中心，是设备与主存直接交换数据的操纵方式。CPU只需要发出启动指令，指出通道相应的操作与输入输出设备，该指令就能够启动通道并使该通道从主

16、存中调出相应的通道指令执行，完成一组数据块的输入/输出。特点：通道所需要的 CPU 干预更少，并能够实现 CPU、通道与输入输出设备三者之间的并行操作，从而更有效地提高整个系统资源的利用率。通道操纵方式适用于现代计算机系统中的大量数据交换。第 4 章 设备管理 返回 4.3 设备分配与回收 4.3.1 设备分配中的数据结构 为了实现对设备的管理与操纵，需要对每台设备、通道、操纵器的情况进行登记。设备分配要紧使用的数据结构有设备操纵表、操纵器操纵表、通道操纵表与系统设备表。如图 4-5 所示。设备操纵表指针等。其中设备操纵表指针指向该设备对应的设备操纵表。这几张表的关系：在系统设备表中有指向设备

17、操纵表的指针，在设备操纵表中有指向该设备操纵器操纵表的指针，在操纵器操纵表中有指向与该操纵器连接的通道操纵表的指针。系统就是通过这种关系进行设备的分配与回收的。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.2 设备分配应考虑的因素 1设备的使用性质 按照设备自身的使用性质，能够使用下列三种不一致的分配方式：独享分配、共享分配、虚拟分配。独享分配适用于大多数低速设备，如打印机。共享分配习惯于高速设备，如磁盘。虚拟分配习惯于虚拟设备。根据设备的使用性质来决定一台设备能够分给几个进程。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.2 设备分配应考虑的因素 2设备的分配算法 设备的分配

18、算法要紧是确定把设备先分给哪个进程。设备的分配算法有先来先服务与优先权两种。先来先服务算法是根据进程发出请求的先后顺序，把这些进程排成一个设备请求队列，设备分配程序总是把设备分配给队首进程。优先权算法是按照进程的优先权的高低进行设备分配，谁的优先权高就先把设备分给谁，对优先权相同的按照先请求先服务的算法排队。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.2 设备分配应考虑的因素 3设备分配的安全性 设备分配的安全性是指在设备分配中应防止发生进程的死锁。设备分配的安全性使用的方法有静态分配策略与动态分配策略，它们能够防止进程死锁。（1）静态分配策略。静态分配策略是在作业级进行的，用户作业

19、开始执行前，由系统一次分配给该作业所要求的全部设备、操纵器与通道，直到该作业撤消为止。静态分配不可能出现死锁，但是，设备利用率低。（2）动态分配策略。动态分配策略是在进程执行过程中，根据执行的需要所进行的设备分配。动态分配提高了设备的利用率，但是分配不当，会造成进程的死锁。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.2 设备分配应考虑的因素 4设备的独立性 设备的独立性是指用户在编制程序时所使用的设备与实际使用的设备无关。为此，要求用户程序对输入输出设备的请求使用逻辑设备名，而在程序实际执行时使用物理设备名，它们之间的关系类似存储管理中的逻辑地址与物理地址的关系。第 4 章 设备管理

20、 4.3 设备分配与回收 4.3.3 设备分配 在并发进程环境中，设备分配是由系统完成的，以防止并发进程对设备的无序竞争。当进程提出设备请求时，系统启动设备分配程序，按照一定的算法为进程分配设备、设备操纵器与通道。在这三种资源中，通道是最紧缺的资源，设备是最充足的资源，因此，设备分配的步骤是：先分配设备，再分配设备操纵器，最后分配通道。1分配设备 分配设备的过程如图 4-6 所示。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.3 设备分配 1分配设备 根据进程提出的设备名查找系统设备表，若没有找到，则显示出错信息，并结束分配；否则，从中找到该设备的设备操纵表，查看设备操纵表中的设备状态

21、字段。若该设备处于忙状态，则将进程插入到该设备的等待队列；若设备空闲，便按照一定的算法来计算本次设备分配的安全性。若分配不可能引起死锁则进行设备分配，修改设备操纵表，把状态字段的值由“0”改为进程名，并修改系统设备表，使“现存设备台数”减少分配的台数；否则，将该进程插入到该设备的等待队列。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.3 设备分配 2分配设备操纵器 分配设备操纵器的过程如图 4-7 所示。在系统把设备分配给请求输入输出的进程后，再到设备操纵表中找到与该设备相连的操纵器操纵表，从该表的状态字段中可知该操纵器是否忙碌。若操纵器忙，则将进程插入到等待该操纵器的队列；否则，将该

22、操纵器分配给进程，即修改操纵器操纵表，把状态字段的值由“0”改为进程名。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.3 设备分配 3分配通道 分配通道的过程如图 4-8 所示。在分配完设备操纵器后，从操纵器操纵表中找到与该操纵器相连的通道操纵表，从该表的状态字段中可知该通道是否忙碌。若通道处于忙碌状态，则将该进程插入到等待该通道的队列；否则，将该通道分配给进程，即修改通道操纵表，把状态字段的值由“0”改为进程名。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.4 设备回收 当进程撤消或者设备使用完毕后，要进行设备的回收，设备回收的过程如图 4-9 所示。设备回收的步骤：（1）系

23、统根据进程名在设备分配表中找到相应的记录，把设备状态修改为“0”表示未分配，若该设备的等待队列不空，则唤醒队首进程，进行设备分配；（2）到该设备的操纵器操纵表中，把其状态由进程名改为“0”，若该操纵器的等待队列不空，则唤醒队首进程，进行操纵器分配；（3）到该操纵器的通道操纵表中，把其状态由进程名改为“0”，若该通道的等待队列不空，则唤醒队首进程，进行通道分配；（4）在系统设备表中，把回收设备台数添加到“现存设备台数”中。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.5 对设备分配程序的改进 以上设备分配程序有两个特点，一是，进程是以物理设备名来提出输入输出请求的。二是，系统使用的是单通

24、路的输入输出系统结构。这样的系统容易产生“瓶颈”现象。为此，对设备分配程序做下列改进：（1）增加设备的独立性。进程应以逻辑设备名请求输入输出。系统首先根据系统设备表找到第一个该类设备的设备分配表，若该设备忙，则查找第二个该类设备的设备分配表，仅当所有该类设备都忙时，才把进程挂在该类设备的等待队列上。这样通过增加设备的独立性，提高了设备分配的安全性。第 4 章 设备管理 4.3 设备分配与回收 4.3.5 对设备分配程序的改进 （2）考虑多通路情况。系统使用多通路的输入输出系统结构，如图 4-10 所示。即一个设备能够由多个操纵器操纵，一个操纵器能够由多个通道操纵（即增加图 4-10中的虚线部分

25、）。这样，能够防止系统出现“瓶颈”现象。也就是对操纵器与通道的分配，同样通过几次反复，只要有一个操纵器或者通道可用，系统就能够把它分配给进程。这样，就增加了分配操纵器与通道的可能性，提高了设备分配的效率。第 4 章 设备管理 返回 4.4 设备处理 设备处理的任务是把上层软件的抽象要求变为具体要求发送给设备操纵器，启动设备；将设备操纵器发来的信号传送给上层软件。它要紧由设备处理程序完成。设备处理程序也称之设备驱动程序，它是输入输出进程与设备操纵器之间的通信程序。4.4.1 设备驱动程序的功能与特点 1设备驱动程序的功能 一是把抽象要求转化为具体要求。二是检查用户输入输出请求的合法性，熟悉输入输

26、出设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。三是发出输入输出命令，启动分配到的输入输出设备，完成指定的输入输出操作。四是及时响应由操纵器或者通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。五是对设置有通道的计算机系统，驱动程序还应根据用户的输入输出请求，自动地构成通道程序。第 4 章 设备管理 4.4 设备处理 4.4.1 设备驱动程序的功能与特点 2设备处理的方式 设备处理方式有三类：一是为每一类设备设置一个进程，专门执行这类设备的输入输出操作。二是在整个系统中设置一个输入输出进程，专门负责对系统中所有各类设备的输入输出操作。三是不设置专门的设备处理进程，只为各类设备

27、设置相应的设备处理程序，供用户进程或者系统进程调用。第 4 章 设备管理 4.4 设备处理 4.4.1 设备驱动程序的功能与特点 3设备驱动程序的特点 (1)驱动程序要紧是在请求输入输出的进程与设备操纵器之间的一个通信程序。(2)驱动程序与输入输出设备的特性密切有关。(3)驱动程序与输入输出操纵方式紧密有关。(4)驱动程序与硬件紧密有关，其部分被固化在 ROM 中。第 4 章 设备管理 4.4 设备处理 4.4.2 设备驱动程序的处理过程 1将抽象要求转化为具体要求 用户及上层软件对设备操纵器的具体情况毫无熟悉，只能向它们发出抽象的要求，借助设备驱动程序，转化为具体的要求传送给设备操纵器。如将

28、盘块号转换为磁盘的盘面、磁道号及扇区号。2检查输入输出请求的合法性 任何输入设备都只能完成一组特定的功能，如该设备不支持这次输入输出请求，则认为这次输入输出请求非法，又如用户试图让打印机输入数据。3读出与检查设备的状态 要启动某个设备进行输入输出操作，其前提条件是该设备正处于空闲状态。因此在启动设备之前，要从设备操纵器的状态寄存器中，读出设备的状态。第 4 章 设备管理 4.4 设备处理 4.4.2 设备驱动程序的处理过程 4传送必要的参数 有许多设备，特别是块设备，除务必向其操纵器发出启动命令外，还需要传送必要的参数。比如，在启动磁盘进行读写之前，应先将本次要传送的字节数、数据应到达的主存始

29、址送入操纵器的相应寄存器中。5设置工作方式 有些设备有多种工作方式，在启动时应选定某种方式，给出必要的数据。在启动该接口之前，应先按通信规程设定下述参数：波特率、奇偶校验方式、停止位数目及数据字节长度等。6启动输入输出设备 在完成上述五个工作后，驱动程序能够向操纵器的命令寄存器传送相应的操纵命令，启动输入输出设备。基本的输入输出操作是在操纵器的操纵下进行的。第 4 章 设备管理 返回 4.5 设备管理使用的技术 4.5.1 缓冲技术 为了提高输入输出设备的速度与利用率，在输入输出设备与处理器交换数据时引入了缓冲技术。缓冲技术是输入输出设备在与主存交换数据时使用缓冲区的技术。缓冲管理的要紧功能是

30、组织好缓冲区，并提供获得与释放缓冲区的手段。1缓冲的引入（1）缓与 CPU 与输入输出设备间速度不匹配的矛盾。（2）减少对 CPU 的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。（3）提高 CPU 与输入输出设备间的并行性。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.1 缓冲技术 2单缓冲 单缓冲是指在设备与处理器之间设置一个缓冲区，用于数据的传输。单缓冲的工作原理如图 4-11 所示。特点是：在主存中只有一个缓冲区。关于块设备，该缓冲区能够存放一块数据，关于字符设备，该缓冲区能够存放一行数据。设备与处理器对缓冲区的操作是串行的，传输速度慢。在任一时刻，只能进行单向的数据传输，同时传输数

31、据量较少。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.1 缓冲技术 3双缓冲 双缓冲是指在设备与处理器之间设置两个缓冲区。双缓冲的工作原理如图 4-12 所示。特点是：在主存中设置两个缓冲区，完成数据的传输。两个缓冲区能够交替使用，提高了处理器与输入设备的并行操作能力。在任一时刻，能够进行双向的数据传输。一个缓冲区用于输入，另一个用于输出。适用于输入/输出、生产者/消费者速度基本相匹配的情况。当传输数据量较大，或者者两者的速度相差较远时，双缓冲区效率较低。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.1 缓冲技术 4循环缓冲 在设备与处理器之间设置多个大小相等的缓冲区

32、。每个缓冲区中有一个链接指针指向下一个缓冲区，最后一个缓冲区指针指向第一个缓冲区，这样构成一个环形缓冲区。循环缓冲的工作原理如图 4-13 所示。特点是：在主存中设置多个缓冲区。读与写能够并行处理，适用于某种特定的输入输出进程与计算进程，如输入/输出、生产者/消费者速度不相匹配的情况。循环缓冲区属于专用缓冲区。当系统较大时，使用多个这样的缓冲区要消耗大量的主存空间，降低缓冲区的使用效率。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.1 缓冲技术 5缓冲池 当系统较大时，能够利用供多个进程共享的缓冲池来提高缓冲区的利用率。缓冲池的构成包含空（闲）缓冲区、装满输入数据的缓冲区、装满输出

33、数据的缓冲区，同类缓冲区以链队的形式存在。另外，还应有四种工作缓冲区：用于收容输入数据的工作缓冲区、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。缓冲池的工作原理如图 4-14 所示。特点是：缓冲池结构复杂，在主存中设置公用缓冲池，在池中设置多个能够供多个进程共享的缓冲区。缓冲区既能够用于输入，又能够用于输出（即共享）。缓冲池的设置，减少了主存空间的消耗，提高了主存的利用率，习惯于现代操作系统。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.2 中断技术 1中断的概念 中断是由于某些事件的出现，中止现行进程的执行，而转去处理出现的事件，中断

34、事件处理完后，再继续运行被中止进程的过程。在这里引起中断的事件称之中断源。中断事件通常由硬件发现。对出现的事件进行处理的程序称之中断处理程序。中断处理程序是由操作系统处理的，属于操作系统的构成部分。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.2 中断技术 2中断类型 (1)硬件故障中断。由机器故障造成的中断。如电源故障。(2)程序中断。由程序执行到某条机器指令时可能出现的各类问题而引起的中断。如发现定点操作数溢出、除数为 0 等。(3)外部中断。由各类外部事件引起的中断。如按压了中断键、定时时钟时间到等。(4)输入输出中断。由输入输出操纵系统发现外围设备完成了输入输出操作或者在执

35、行输入输出时通道或者外围设备产生错误而引起的中断。(5)访管中断。正在运行的进程执行访管指令时引起的中断。如分配一台外设。前四类中断不是运行进程所希望的，故称之强迫性中断，而第五种中断，是进程所希望的，故称之自愿性中断。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.2 中断技术 3中断响应 在处理器执行完一条指令后，硬件的中断装置就立即检查有无中断事件发生。若无，继续执行下一条指令；若有，则停止现行进程，由操作系统中的中断处理程序占用处理器，这一过程称之“中断响应”。4中断处理 首先介绍与中断处理有关的概念：特权指令与程序状态字。特权指令是不同意用户程序直接使用的指令。如输入输出指

36、令，设置时钟的指令。程序状态字是用来操纵指令执行顺序，并保留与指示与程序有关的系统状态。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.2 中断技术 中断处理过程如图 4-15 所示。当中断装置发现中断事件后，先把中断事件存放到程序状态字寄存器中的中断码位置。把程序状态字寄存器中的“当前 PSW”作为“旧 PSW”储存到预先约定的主存的固定单元中。根据中断码，把该类事件处理程序的“新 PSW”送入程序状态字寄存器。处理器按新 PSW 操纵处理该事件的中断处理程序执行。当中断程序处理完后，再恢复现场，继续执行原先被中断的进程。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.3

37、 假脱机技术（SPOOLing）SPOOLing 技术就是用于将一台独占设备改造成共享设备的一种行之有效的技术。当系统中出现了多道程序后，能够利用其中的一道程序，来模拟脱机输入时的外围操纵机的功能，把低速输入输出设备上的数据传送到高速磁盘上；再用另一道程序来模拟脱机输出时外围操纵机的功能，把数据从磁盘传送到低速输出设备上。这样，便能够在主机的直接操纵下，实现脱机输入、输出功能。1假脱机的概念 假脱机技术（SPOOLing）是指在联机情况下实现的同时外围操作，也称假脱机输入输出操作，它是操作系统中的一项将独占设备改为共享设备的技术。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.3 假

38、脱机技术（SPOOLing）2假脱机技术的构成 假脱机技术由输入井与输出井、输入缓冲区与输出缓冲区、输入进程与输出进程、请求打印队列构成。SPOOLing 系统的构成如图 4-16 所示。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.3 假脱机技术（SPOOLing）2假脱机技术的构成 （1）输入井与输出井。这是在磁盘上开发的两个大的存储区。输入井是模拟脱机输入时的磁盘，用于收容输入设备输入的数据。输出井是模拟脱机输出时的磁盘，用于收容用户程序的输出数据。（2）输入缓冲区与输出缓冲区。它们是在主存中开发的两个缓冲区。输入缓冲区用于暂存由输入设备送来的数据，以后再传送到输入井，输出缓

39、冲区用于暂存从输出井送来的数据，以后再传送给输出设备。第 4 章 设备管理 4.5 设备管理使用的技术 4.5.3 假脱机技术（SPOOLing）2假脱机技术的构成 （3）输入进程与输出进程。输入进程模拟脱机输入时的外围操纵机，将用户要求的数据从输入设备，通过输入缓冲区送到输入井。当 CPU 需要数据时，直接从输入井读入主存。输出进程模拟脱机输出时的外围操纵机，把用户要求输出的数据，先从主存送到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据，通过输出缓冲区送到输出设备上。（4）请求打印队列。由若干张请求打印表所形成的队列，系统为每个请求打印的进程建立一张请求打印表。第 4 章 设备管理 4.5

40、设备管理使用的技术 4.5.3 假脱机技术（SPOOLing）3假脱机技术的特点 (1)提高了输入输出速度。SPOOLing 技术引入了输入井与输出井，能够使输入进程、用户进程与输出进程同时工作，从而提高了输入输出速度。(2)将独占设备改造为共享设备。由于 SPOOLing 技术把所有用户进程的输出都送入输出井，然后再由输出进程完成打印工作，而输出井在磁盘上，为共享设备。这样SPOOLing 技术就把打印机等独占设备改造成了共享设备。(3)实现了虚拟设备功能。由于 SPOOLing 技术实现了多个用户进程共同使用打印机这种独占设备的情况，从而实现了把一个设备当成多个设备来使用，即虚拟设备的功能。第 4 章 设备管理 返回