[精选]操作系统第5章设备管理(2)5289.pptx

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1、Operating System 5/21/2023 1Operating System第五章 第五章 设备管理 设备管理qI/O系统 qI/O控制方式 q 缓冲管理 q设备分配q设备处理q磁盘存储器管理5/21/2023 2Operating System缓冲管理 缓冲管理q缓冲的引入q单缓冲和双缓冲q循环缓冲q缓冲池（Buffer Pool）5/21/2023 3Operating System缓冲的引入 缓冲的引入q缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾 数据到达速率与其离去速率不同q减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制1位缓冲9.6 Kb/s(a)中断CPU的频率为

2、9.6Kb/s，每100 s中断一次CPUCPU必须在100 s内响应，否则数据会被冲掉8位缓冲寄存器送内存9.6 Kb/s(b)中断CPU的频率降低为9.6Kb/8 5/21/2023 4Operating System缓冲的引入 缓冲的引入8位缓冲寄存器9.6 Kb/s送内存(c)q提高CPU和I/O设备之间的并行性v提高系统的吞吐量和设备的利用率每800 s中断一次CPU5/21/2023 5Operating System缓冲管理 缓冲管理q缓冲的引入q单缓冲和双缓冲q循环缓冲q缓冲池（Buffer Pool）5/21/2023 6Operating System单缓冲和双缓冲 单缓冲

3、和双缓冲q单缓冲(Single Buffer)CT时,每块数据的处理时间是M+T；反之，为M+C，即由于C和T可并行，M和C或M和T不能并行因此处理一块数据时间：Max(C,T)+M5/21/2023 7Operating System2.双缓冲(Double Buffer)为 了 加 快 输 入、输 出 速 度 和 提 高 设 备 利 用 率，又 引 入了 双 缓 冲 工 作 方 式，也 称 为 缓 冲 对 换（Buffer Swapping）方 式。在 设 备 输 入 时，先 将 数 据 输 入 第 一 缓 冲 区，装 满 后便 转 向 第 二 缓 冲 区。操 作 系 统 可 从 第 一

4、缓 冲 区 中 移 出 数 据送用户进程区，接着由CPU 对数据进行计算。5/21/2023 8Operating System单缓冲和双缓冲 单缓冲和双缓冲q双缓冲(Double Buffer)效率有所提高，且进一步平滑了传输峰值。系统处理一块数据的时间约为：MAX(C,T)5/21/2023 9Operating System单缓冲和双缓冲 单缓冲和双缓冲只能实现单向的数据传输为了实现双向数据传输，必须在两台机器中都设置两个缓冲区，一个用作发送缓冲区，另一个用作接收缓冲区。5/21/2023 10Operating System缓冲管理 缓冲管理q缓冲的引入q单缓冲和双缓冲q循环缓冲q缓冲

5、池（Buffer Pool）5/21/2023 11Operating System循环缓冲 循环缓冲q循环缓冲的引入v当输入与输出速度基本匹配时，双缓冲能获得较好效果；当速度相差较大时，可引入多个（大小相等）缓冲，组织成循环缓冲的形式q循环缓冲的组成v多个缓冲区 用于装输入数据的空缓冲区R 已装满数据的满缓冲区G 计算进程正在使用的现行工作缓冲区Cv多个指针 指示计算进程下一可用缓冲区Nextg 指示输入进程下一可用空缓冲区Nexti 指示计算进程正在使用的缓冲区Current5/21/2023 12Operating System循环缓冲 循环缓冲类型：R:空缓冲；G：满缓冲；C：当前缓冲

6、5/21/2023 13Operating System循环缓冲 循环缓冲q循环缓冲区的使用v Getbuf过程 为计算进程和输入进程提供缓冲区，并移动指针v Releasebuf过程 当计算进程或输入使用完缓冲区后，调用过程将缓冲区释放q进程同步输入、计算进程并行v Nexti指针追赶上Nextg指针 输入进程速度大于计算进程，全部空缓冲区已满，无可用缓冲区，输入进程阻塞（系统受计算限制）v Nextg指针追赶上Nexti指针 计算进程速度大于输入进程，全部缓冲区空，无可用数据，计算进程阻塞（系统受I/O限制）5/21/2023 14Operating System缓冲管理 缓冲管理q缓冲的

7、引入q单缓冲和双缓冲q循环缓冲q缓冲池（Buffer Pool）5/21/2023 15Operating System缓冲池（缓冲池（Buffer Pool Buffer Pool）q缓冲池的组成v专用缓冲的利用率不高，与环形缓冲不同的是缓冲池中的缓冲区是系统的公用资源，可供多个进程共享，既能用于输入，也能用于输出v缓冲区类型 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v缓冲队列：按其使用情况 空缓冲队列emq 输入队列inq 输出队列outq5/21/2023 16Operating System缓冲池（缓冲池（Buffer Pool Buffer Pool）q缓冲池的组成

8、v四种工作缓冲区用于收容输入数据的工作缓冲区（hin）用于提取输入数据的工作缓冲区（sin）用于收容输出数据的工作缓冲区（hout）用于提取输出数据的工作缓冲区（sout）5/21/2023 17Operating System缓冲池（缓冲池（Buffer Pool Buffer Pool）q两个对缓冲区操作的过程vGetbuf(type)，type-队列类型 vPutbuf(type,number)，number-指某缓冲区v队列是临界资源需设置互斥信号量MS，每个队列一个MS(type)资源信号量RS，每个队列一个RS(type)v队列操作过程 Takebuf(type)：取type所指队

9、列队首缓冲区 Addbuf(type,number)：将number所指缓冲区加到type所指队列尾5/21/2023 18Operating System缓冲池（缓冲池（Buffer Pool Buffer Pool）Procedure Getbuf(type)begin Wait(RS(type);Wait(MS(type);B(number):=Takebuf(type);/从队首摘下一个缓冲区 Signal(MS(type);end Procedure Putbuf(type,number)begin Wait(MS(type);Addbuf(type,number);/将指定缓冲区挂

10、在type指定队列上 Signal(MS(type);Signal(RS(type);end 互斥信号量MS(type)资源信号量RS(type)5/21/2023 19Operating System缓冲池（缓冲池（Buffer Pool Buffer Pool）q缓冲池的组成v四种工作缓冲区用于收容输入数据的工作缓冲区（hin）用于提取输入数据的工作缓冲区（sin）用于收容输出数据的工作缓冲区（hout）用于提取输出数据的工作缓冲区（sout）5/21/2023 20Operating System缓冲池（缓冲池（Buffer Pool Buffer Pool）q缓冲区工作方式hinsou

11、tsinhout收容输入提取输出用户进程提取输入收容输出缓冲池 Getbuf(emq)Putbuf(inq,hin)Getbuf(inq)Putbuf(emp,sin)Getbuf(emq)Putbuf(outq,hout)Getbuf(outq)Putbuf(emq,sout)5/21/2023 21Operating System3.缓冲区的工作方式 图 5-15 缓冲区的工作方式 v 1.收容输入；2.提取输入；3.收容输出；4.提取输出1.hin=getbuf(emq)；putbuf(inq,hin)2.sin=getbuf(inq)；计算；putbuf(emq,sin)3.hout=

12、getbuf(emq)；putbuf(outq,hout)4.sout=getbuf(outq)；输出；putbuf(emq,sout)5/21/2023 22Operating System缓冲q无缓冲时问题分析：设备直接向进程地址空间传送数据(如用户从磁带中读数据块的操作），则进程要么忙等待，要么阻塞。v如果用忙等待方式，则浪费大量CPU时间；v如果是阻塞方式，则进程阻塞在设备的I/O请求队列中。这时，不能将进程全部换出，还可能出现单进程死锁。（进程在等待I/O操作结果之前被换出，等待I/O事件，而I/O操作也被阻塞，等待该进程被换入。）5/21/2023 23Operating Syst

13、em第五章 第五章 设备管理 设备管理qI/O系统 qI/O控制方式 q缓冲管理 q 设备分配q设备处理q磁盘存储器管理5/21/2023 24Operating System设备分配 设备分配q设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素q设备独立性q独占设备的分配程序qSPOOLing技术5/21/2023 25Operating System设备分配中的数据结构 设备分配中的数据结构q在多道程序环境下，系统中的设备所有进程共享，为防止进程对系统资源的无序竞争，必须由系统统一分配设备q某进程向系统提出I/O请求时，设备分配程序按一定策略分配设备、控制器和通道，形成一条数据传输通路，以供主机

14、和设备间信息交换q为实现设备分配，系统中应设置相应的数据结构，对每台设备、通道、控制器的情况进行登记5/21/2023 26Operating System5.4 设 备 分 配 5.4.1 设备分配中的数据结构 1.设备控制表DCT2.控制器控制表COCT3.通道控制表CHCT4.系统设备表SDT 5/21/2023 27Operating System设备分配中的数据结构 设备分配中的数据结构q设备控制表DCT设备类型 type设备标识符：deviceid设备状态：等待/不等待 忙/闲指向控制器表COCT的指针重复执行次数或时间设备队列的队首指针DCT 1DCT 2DCT n设备控制表集合

15、每个设备一张，记录本设备的情况正使用，则忙标志置1；若与其相连的控制器或通道忙，则等待标志置1请求本设备未满足的进程PCB队列5/21/2023 28Operating System设备分配中的数据结构 设备分配中的数据结构q控制器控制表、通道控制表控制器标识符：controllerid控制器状态：忙/闲与控制器连接的通道表指针控制器队列的队首指针控制器队列的队尾指针通道标识符：channelid通道状态：忙/闲与通道连接的控制器表首址通道队列的队首指针通道队列的队尾指针(a)控制器表COCT(b)通道表CHCT一个控制器一张 一个通道一张5/21/2023 29Operating Syste

16、m设备分配中的数据结构 设备分配中的数据结构q系统设备表SDT 系统 设备表SDT表目1表目i设备类设备标识符DCT驱动程序入口整个系统一张，记录已被连接到系统中的所有物理设备的情况5/21/2023 30Operating System设备分配 设备分配q设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素q设备独立性q独占设备的分配程序qSPOOLing技术5/21/2023 31Operating System5.4.2 设备分配时应考虑的因素 为 了 使 系 统 有 条 不 紊 地 工 作，系 统 在 进 行 设 备 分 配 时，应考虑这样几个因素：（1）设备的固有属性；（2）设备分配算法；（

17、3）设备分配的安全性；（4）设备独立性。5/21/2023 32Operating System设备分配时应考虑的因素 设备分配时应考虑的因素q设备的固有属性v独占性 一段时间内，只允许一个进程独占，大多数低度速/设备都属于独享设备v共享性 允许多个进程同时共享，如磁盘、磁鼓之类的外存储器，既具有很能大的存储容量，其定位操作的时间又短v可虚拟性 独占设备经某种技术处理，改造成虚拟设备，把一台输入机虚拟为几台“虚拟”的输入机。例如：为了提高设备利用率引入了脱机输入输出或采用SPOOLing技术，变一台为“多台设备”缺点：设备得不到充分利用，可能产生死锁5/21/2023 33Operating

18、System设备分配时应考虑的因素 设备分配时应考虑的因素q设备分配v独占设备 防止死锁v共享设备 由于同时有多个进程同时访问，且访问频繁，就会影响整个设备使用效率，影响系统效率。因此要考虑多个访问请求到达时服务的顺序，使平均服务时间越短越好。注意各进程的访问次序进行合理调度v虚拟设备5/21/2023 34Operating System设备分配时应考虑的因素 设备分配时应考虑的因素q设备分配算法v先来先服务v优先级高者优先q设备分配中的安全性v安全分配方式 每当进程发出I/O请求后，便进入阻塞状态，I/O操作完成后唤醒 优点：摒弃了“请求和保持”条件，不会产生死锁v不安全分配方式 进程发出

19、I/O请求后仍继续运行，继续申请I/O设备 优点：可操作多个设备，推进迅速缺点：推进速度缓慢缺点：可能产生死锁5/21/2023 35Operating System缓冲的引入 缓冲的引入q缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾v数据到达速率与其离去速率不同q减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制q提高CPU和I/O设备之间的并行性v提高系统的吞吐量和设备的利用率5/21/2023 36Operating System缓冲q无缓冲时问题分析：设备直接向进程地址空间传送数据(如用户从磁带中读数据块的操作），则进程要么忙等待，要么阻塞。v如果用忙等待方式，则浪费大量CPU时间；v

20、如果是阻塞方式，则进程阻塞在设备的I/O请求队列中。这时，不能将进程全部换出，还可能出现单进程死锁。v进程在等待I/O操作结果之前被换出，等待I/O事件，而I/O操作也被阻塞，等待该进程被换入。5/21/2023 37Operating System设备分配 设备分配q设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素q设备独立性q独占设备的分配程序qSPOOLing技术5/21/2023 38Operating System设备独立性 设备独立性q设备独立性(Device Independence)的概念v为了提高OS的可适应性和可扩展性，在现代OS中都毫无例外地实现了设备独立性，也称为设备无关性

21、v定义：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。即 应用程序独立于具体使用的物理设备v为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备这两个概念v在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称v系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能，这非常类似于存储器管理中所介绍的逻辑地址和物理地址的概念5/21/2023 39Operating System设备独立性 设备独立性q设备独立性的优点v设备分配时的灵活性系统可将该逻辑设备类中的任一台分配给进程使用所有设备均占用时才阻塞v易于实现I/O重定向所谓I/O重定向，指用于I/O操作的设

22、备可以更换，而不必改变应用程序如调试程序时输出到屏幕，而实际应用时改为输出到打印机5/21/2023 40Operating System设备独立性 设备独立性q设备独立性软件v设备驱动程序是一个与硬件（或设备）紧密相关的软件。v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接口。v设备驱动程序的作用是为内核I/O子系统隐藏设备控制器之间的差异v为了实现设备独立性，必须在设备驱动程序上设置一层软件，称为设备独立性软件5/21/2023 41Operating System2.设备独立性软件 为了实现设备独立性，必须再将驱动程序之上设备一层软件，称为设备独立性软件，其主要功能

23、可分为以下两个方面：（1）执行所有设备的公有操作（2）向用户层（或文件层）软件提供统一接口。5/21/2023 42Operating System2.设备独立性软件 1)执行所有设备的公有操作 对独立设备的分配与回收；将 逻 辑设备名映射 为 物 理 设 备 名，进 一 步 可 以 找 到相应物理设备的驱动程序；对设备进行保护，禁止用户直接访问设备；缓冲管理，即 对 字 符 设 备 和 块 设 备 的 缓 冲 区 进 行 有效的管理，以提高I/O 的效率；差错控制。由 于 在I/O 操 作 中 的 绝 大 多 数 错 误 都 与设 备 无 关，故 主 要 由 设 备 驱 动 程 序 处 理，

24、而 设 备 独 立 性 软件只处理那些设备驱动程序无法处理的错误。5/21/2023 43Operating System 2)向用户层(或文件层)软件提供统一接口 无论何种设备，它们向用户所提供的接口应该是相同的。例如，对各种设备的读操作，在应用程序中都使用read；而对各种设备的写操作，也都使用write。5/21/2023 44Operating System设备独立性 设备独立性q逻辑设备名到物理设备名映射的实现 v逻辑设备表（Lgical Unit Table）用于实现将应用程序中的逻辑设备名映射为物理设备名逻辑设备名 物理设备名驱动程序入口地址/dev/tty/dev/printe

25、r3510242046逻辑设备名/dev/tty/dev/printer系统设备表指针35(a)(b)LUT 的设置可采取两种方式：整个系统设置一张LUT。不允许在LUT 中具有相同的逻辑设备名，这就是要求所有用户不使用相同的逻辑设备名。为每个用户设置一张LUT。用户建立一个进程，同时也为之建立一张LUT。5/21/2023 45Operating System设备分配 设备分配q设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素q设备独立性q独占设备的分配程序qSPOOLing技术5/21/2023 46Operating System独占设备的分配程序 独占设备的分配程序q基本的设备分配程序v分

26、配设备v分配控制器v分配通道5/21/2023 47Operating System 5/21/2023 48独 独占 占设 设备 备的 的分 分配 配程 程序 序分配设备1分配控制器1分配通道1申请设备1按设备物理名查SDT设备忙？根据安全策略进行分配由DCT查COCT分配控制器由COCT查CHCT分配通道否是由SDT查设备 DCT5/21/2023 49Operating System独占设备的分配程序 独占设备的分配程序q设备分配程序的改进v基本分配程序的问题进程以物理设备名提出I/O请求采用单通路I/O系统结构，容易产生瓶颈v改进方案增加设备独立性 考虑多通路情况5/21/2023 5

27、0为进程P分配所需的I/O设备从SDT表查该类设备的控制表DCT不忙不安全分配此设备给进程P不忙不忙分配此控制器给进程P分配此通道给进程P启动I/O,进行具体的I/O操作忙进程P的PCB放入此设备的等待队列YN忙进程 P 的 PCB 放入此控制器的等待队列YNY忙Y进程P的PCB放入此通道的等待队列NYNN多通路设备分配流程示意图由DCT检查该设备忙否?检查分配此设备的安全性?最后一个DCT?最后一个COCT?最后一个DCT?此设备连接的COCT忙否?此控制器连接的CHCT忙否?最后一个COCT?最后一个CHCT?5/21/2023 51Operating System设备分配 设备分配q设备

28、分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素q设备独立性q独占设备的分配程序qSPOOLing技术5/21/2023 52Operating System脱机输入 脱机输入/输出（输出（Off-Line I/O Off-Line I/O）方式）方式硬件不断发展，CPU速度的提高、系统规模扩大，人机矛盾严重，如何解决？磁带磁带 磁带磁带5/21/2023 53Operating SystemSPOOLing SPOOLing 技术 技术q什么是SPOOLing技术v为了缓和CPU的高速性与I/O设备低速性间的矛盾而引入了脱机输入、脱机输出技术v在多道程序环境下，其中的一道程序模拟脱机输入时的外围控制

29、机功能v在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出功能，此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行v把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，或称为假脱机操作5/21/2023 54Operating SystemSPOOLing SPOOLing 技术 技术qSPOOLing系统的组成v输入井和输出井在磁盘上的两个存储空间输入井模拟脱机输入，暂存输入数据输出井模拟脱机输出，暂存输出数据v输入缓冲区和输出缓冲区用来缓和CPU与磁盘之间的速度的矛盾v输入进程SPi和输出进程SPo模拟脱机I/O时的

30、外围控制机5/21/2023 55Operating System脱机输入 脱机输入/输出（输出（Off-Line I/O Off-Line I/O）方式）方式磁带磁带 磁带磁带5/21/2023 56Operating SystemSPOOLing SPOOLing 技术 技术5/21/2023 57Operating SystemSPOOLing SPOOLing 技术 技术q共享打印机v打印机为独占设备，利用SPOOLing技术，可将之改造为共享设备v用户请求打印时，SPOOLing系统处理如下由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中输出进程再为用户进程申请

31、一张空白的用户请求打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上5/21/2023 58Operating SystemSPOOLing SPOOLing 技术 技术qSPOOLing系统特点v提高了I/O的速度v将独占设备改造为共享设备v实现了虚拟设备功能5/21/2023 59Operating SystemSPOOLing SPOOLing 技术 技术SPOOLing技术今天仍被广泛使用q网络文件传送 先把文件送到网络SPOOLing目录，然后网络值班进程把它取出并传递到目标地址qInternet电子邮件系统 为了寄邮，调用电子邮件程序 待发信存在SPOOLing中供以后

32、传输q注意：SPOOLing只提高设备利用率，缩短用户程序执行时间，并不提高CPU利用率5/21/2023 60Operating System第五章 第五章 设备管理 设备管理qI/O系统 qI/O控制方式 q缓冲管理 q设备分配q 设备处理q磁盘存储器管理5/21/2023 61Operating System设备处理 设备处理q中断处理程序的处理过程q设备驱动程序的功能和特点q设备驱动程序的处理过程q独立于设备的服务软件5/21/2023 62Operating System设备处理 设备处理系统层次结构接收上层软件发来的抽象要求read/write，转换成具体的要求，发给设备控制器将由

33、设备控制器发来的信号送给上层软件5/21/2023 63Operating SystemI/O I/O 中断处理程序 中断处理程序q中断处理程序v系统为每类设备设置一个中断处理程序，它们的入口地址被存放在内存的固定单元中，称为中断向量。v 当某台设备完成一次操作时，发出中断信号，接受中断信号，暂停现行进程的执行，根据中断向量转到相应的中断处理程序执行。v中断处理程序的基本工作包括：保留现行进程的执行现场；通知等待该操作完成的进程；最终转入进程调度程序进行重新调度。5/21/2023 64Operating System中断处理程序的处理过程 中断处理程序的处理过程PSW程序状态字PC(N1)程

34、序计数器R0Rn寄存器 开始返回用户程序 中断服务子例程PSWPC(N1)中断栈TTM栈指针YNN1R0Rn5/21/2023 65Operating System中断处理程序的处理过程 中断处理程序的处理过程I/O完成后，驱动程序必须检查本次I/O操作中是否发生了错误，并向上层软件报告，最终向调用者报告本次I/O的执行情况5/21/2023 66Operating System设备处理 设备处理q中断处理程序的处理过程q设备驱动程序的功能和特点q设备驱动程序的处理过程q独立于设备的服务软件5/21/2023 67Operating System设备处理 设备处理系统层次结构5/21/2023

35、 68Operating System设备驱动程序的功能和特点 设备驱动程序的功能和特点q设备处理程序又称为设备驱动程序，是I/O进程与设备控制器之间的通信程序q不论是哪种设备驱动程序，它的功能是相同的v接收用户的I/O请求命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要求（I/O请求块），例如，将磁盘块号转换为磁盘的盘面、磁道号及扇区号v检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式v发出I/O命令并检查设备状态，空闲则启动I/O完成指定的操作，忙碌则将请求者的请求块挂到相应设备的I/O请求队列v及时响应由控制器或通道发来的中断请求并处理v若计算机系统设置有通

36、道，则驱动程序根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序5/21/2023 69Operating System设备驱动程序的功能和特点 设备驱动程序的功能和特点q注意v每类设备有一个I/O请求队列，在系统初始化时，将系统中所有设备的I/O请求队列置为空v在系统初启时，系统为每类设备创建一个进程（其中的一种方式），执行程序就是该设备的设备驱动程序。由于系统初启时，相应的I/O请求队列为空，则在该队列上睡眠v一旦有I/O请求块挂入，唤醒该设备驱动进程。它被调度到时，从队列中取出一个I/O请求块，并按该块的内容执行一次I/O操作，发出I/O完成（或出错）中断信号。然后，检查请求队，若为空，则进入睡眠

37、状态，否则，取下一个请求块5/21/2023 70Operating System设备驱动程序的功能和特点 设备驱动程序的功能和特点q在不同的系统，设备驱动程序的运行方式v在整个系统中设置一个I/O进程，统一负责所有设备的驱动工作。专门用于执行系统中所有各类设备的I/O操作v为每一类设备设置一个进程，专门用于负责该类设备的驱动工作（I/O操作）v为每台设备建立一个设备驱动进程，它们分别负责专门设备的驱动工作。同类设备的各驱动进程共享该类设备的设备驱动程序。v不设置专门的设备处理进程，而只为各类设备设置相应的设备处理程序(模块)，供用户进程或系统进程调用5/21/2023 71Operating

38、 System设备驱动程序的功能和特点 设备驱动程序的功能和特点q为了控制I/O传输，系统为每类设备编制设备驱动程序q设备驱动程序是一种低级的系统例程。它必须和系统的输入输出硬设备相互通信。使用特权/指令来访问硬件，它通常是用汇编语言或系统编程语言写的q任务：主要负责接收和分析从设备分配转来的信息，并根据设备分配的结果，结合具体物理设备特性完成具体工作5/21/2023 72Operating System设备驱动程序的功能和特点 设备驱动程序的功能和特点q设备驱动程序的特点v驱动程序主要是指在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序v驱动程序与设备控制器和I/O设备的硬件特性紧密

39、相关，因而对不同类型的设备应配置不同的驱动程序v驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关v由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分必须用汇编语言书写5/21/2023 73Operating System设备处理 设备处理q中断处理程序的处理过程q设备驱动程序的功能和特点q设备驱动程序的处理过程q独立于设备的服务软件5/21/2023 74Operating System设备驱动程序的处理过程 设备驱动程序的处理过程q将抽象要求转换为具体要求v 设置控制器中的寄存器q检查I/O请求的合法性v 若请求的设备不支持本次的I/O请求，认为是非法操作q读出和检查设备的状态 v 检查设备是

40、否空闲或是否就绪q传送必要的参数 v 如数据量、起始地址等q工作方式的设置 v 对于有多种工作方式的设备进行设置q启动I/O设备v 驱动进程将自己阻塞起来，直到中断到来时将其唤醒5/21/2023 75Operating System设备处理 设备处理q中断处理程序的处理过程q设备驱动程序的功能和特点q设备驱动程序的处理过程q独立于设备的服务软件5/21/2023 76Operating System设备处理 设备处理系统层次结构5/21/2023 77Operating System设备处理 设备处理q独立于设备的服务软件v接受用户进程使用系统调用命令发来的请求v负责独享设备的分配和释放v对于块设备，负责外存空间的分配v管理I/O缓冲，负责缓冲区与用户内存区之间的数据传输v实现逻辑设备到物理设备以及设备驱动程序之间的映射v启动设备驱动程序完成任务v接受设备驱动程序的回答，并向用户进程回送I/O请求的完成情况v负责必要的出错处理5/21/2023 78Operating System第五章 第五章 设备管理 设备管理qI/O系统 qI/O控制方式 q缓冲管理 q设备分配q设备处理q 磁盘存储器管理5/21/2023 79