移动通信操作系统综述 第五章

1、IC-MSP V1.0第五章第五章I/OI/O设置设置 移动通信操作系统综述IC-MSP V1.0回顾q基本存储管理基本存储管理q交换交换q虚拟存储器虚拟存储器q页面置换算法页面置换算法q分页算法模型分页算法模型q分页系统中的设计问题分页系统中的设计问题IC-MSP V1.0目标q 掌握掌握I/OI/O硬件原理和软件原理硬件原理和软件原理q 理解软件层次理解软件层次q 了解盘、时钟、终端的相关概念了解盘、时钟、终端的相关概念q 了解电源管理了解电源管理IC-MSP V1.0I/OI/O硬件组成硬件组成I/O设备块设备Block Device字符设备Character Device以字符为单位发

2、送或接收一个字符流 以块为单位进行信息传输IC-MSP V1.0I/OI/O硬件组成硬件组成q块设备：把信息存储在固定长度的块中每块有自己的地址，磁盘是典型的块设备。q字符设备：以字符为单位发送和接受一个字符流。网络接口，鼠标等。q时钟既不是按块访问，也不产生和接受字符流。q存储映像显示器也不属于这两种。IC-MSP V1.0I/OI/O硬件分类硬件分类1)1)独占设备独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备。（如打印机，磁带等）2)2)共享设备共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。（如硬盘）IC-MSP

3、V1.0I/OI/O硬件分类硬件分类q虚设备虚设备q在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备q目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率q实例：SPOOLing技术，利用虚设备技术 用硬盘模拟输入输出设备）IC-MSP V1.0I/OI/O软件的组成软件的组成qIO软件的基本思想是按分层的思想构成，较低层软件要使较高层软件独立于硬件的特性，较高层软件则要向用户提供一个友好的、清晰的、简单的、功能更强的接口。IC-MSP V1.0I/OI/O软件的目标软件的目标 q设备独立性q出错处理 q同步（阻塞）和异步（中断

4、驱动）传输 q共享设备和独占设备的处理问题 IC-MSP V1.0I/OI/O软件的目标软件的目标q在设计IO软件时的一个关键概念是设备独立性。用户在编写使用软盘或硬盘上文件的程序时，无需为不同的设备类型而修改程序就可以使用。q与设备独立性密切相关的是统一命名这一目标。一个文件或一个设备的名字只应是一个简单的字符串或一个整数，不应依赖于设备。q大多数物理I/O是异步的，cpu启动传输后便转去做其它工作，直到中断发生。IC-MSP V1.0I/OI/O软件的目标软件的目标q出错处理是IO软件的另一个目标。一般来说，数据传输中的错误应尽可能地在接近硬件层上处理。q最后一个问题是可共享设备和独占设备

5、的处理问题，有些设备可以让多个用户同时使用，而其它一些设备必须由单个用户独占使用，直到该用户使用完其它用户才能使用。IC-MSP V1.0I/O软件的层次结构软件的层次结构q中断处理程序 q设备驱动程序q与设备无关的操作系统软件q用户层软件IC-MSP V1.0中断处理程序q中断处理工作完全由操作系统完成q用户进程不知道中断的产生和处理程q每个进程在启动一个IO操作后阻塞 q直到IO操作完成并产生一个中断q由操作系统接管CPU后唤醒该进程为止IC-MSP V1.0设备驱动程序设备驱动程序 每个设备驱动程序处理一种设备类型。接收/执行来自与设备无关的上层软件的抽象请求。每一个控制器都设有一个或多

6、个设备寄存器，用来存放向设备发送的命令和参数。设备驱动程序负责释放这些命令，并监督它们正确执行。IC-MSP V1.0设备驱动程序设备驱动程序 在设备驱动程序的进程释放一条或多条命令后，系统有两种处理方式，多数情况下，执行设备驱动程序的进程必须等待命令完成，这样，在命令开始执行后，它阻塞自已，直到中断处理时将它解除阻塞为止。而在其它情况下，命令执行不必延迟就很快完成。IC-MSP V1.0与设备无关的与设备无关的I/OI/O软件软件 IC-MSP V1.0与设备无关的与设备无关的I/OI/O软件软件q独立于设备的软件的基本任务是实现所有设备都需要的功能，并且向用户级软件提供一个统一的接口。q如

7、何给文件和设备这样的对象命名是操作系统中的一个主要课题。独立于设备的软件负责把设备的符号名映射到正确的设备驱动上。q设备保护：系统防止无权存取设备的用户存取设备。IC-MSP V1.0与设备无关的与设备无关的I/OI/O软件软件q不同的磁盘可以采用不同的扇区尺寸。向较高层软件掩盖这一事实并提供大小统一的块尺寸，这正是设备独立软件的一个任务。它可将若干扇区合成一个逻辑块。这样，较高层的软件只与抽象设备打交道，独立于物理扇区的尺寸而使用等长的逻辑块q缓冲技术：解决速度匹配问题。q设备分配：接收请求，检查设备是否可用。q出错处理：尽量在下层解决，解决不了上报。IC-MSP V1.0 用户空间的用户空

8、间的I/OI/O软件软件 系统调用，包括I/O系统调用，通常由库过程实现所有这些库过程显然都是I/O系统的组成部分并非所有的用户层I/O软件都是由库过程组成的Spooling系统就是另一种重要的类别 IC-MSP V1.0用户空间的用户空间的I/OI/O软件软件qSpooling技术qSPOOLing技术实质上是用户进程利用一共享设备的一个存储区，并不是真正占有这一设备，用户进程把要完成的任务以文件的形式存入存储区，在存储区中排队并等待SPOOLing系统调度，只有被SPOOLing系统调度并输出，此项任务才真正完成，通过这一技术可以大大提高了共享设备的使用率，节约了硬件资源。 IC-MSP

9、V1.0I/OI/O软件层次软件层次 IC-MSP V1.0磁磁 盘盘 q几乎所有计算机都使用磁盘来存储信息。q从存储角度来看，与内存相比，磁盘的优点： （1）可用的存储容量非常大 （2）每位的价格非常低 （3）关掉电源后信息不会丢失IC-MSP V1.0磁盘硬件磁盘硬件控制器可以同时控制两个或多个驱动器同时进行寻道控制器可以同时控制两个或多个驱动器同时进行寻道重叠寻道重叠寻道硬件组成硬件组成磁盘驱动器磁盘驱动器磁盘控制器磁盘控制器IC-MSP V1.0RAMRAM盘盘 qRAM盘的思想是简单的 ，它使用预先分配的主存来存储数据块。qRAM盘具有立即存取的优点（没有寻道和旋转延迟），这使得它适

10、用于存储需要频繁存取的程序和数据 IC-MSP V1.0RAM RAM 盘盘 IC-MSP V1.0面向字符的终端面向字符的终端 q键盘和显示器几乎是两个独立的设备q但是，由于所键入的字符必须回送到屏幕上显示，故两个设备又不完全独立q键盘驱动程序的基本工作是收集键盘的输入信息，它将接收的输入不加修改地向上层传送 IC-MSP V1.0时时 钟钟时时 钟（钟（ClockClock） 时钟类型时钟类型 与生活中的时钟完全不同与生活中的时钟完全不同q比较简单的时钟被连到比较简单的时钟被连到110V或或220V的电源线上的电源线上 q晶体振荡器晶体振荡器+计数器计数器+存储寄存器存储寄存器IC-MSP V1.0时时 钟钟 软软 件件 时钟硬件的工作是定期产生一个中断涉及时间的其他所有工作都必须由软件完成 q 维护日期时间q 防止进程超时运行q 对CPU的使用情况记账q 处理用户进程提出的ALARM系统调用q 为系统本身各部分提供监视定时器q 绘制运行直方图，完成监视和统计信息收集时钟软件的功能时钟软件的功能IC-MSP V1.0网络接口qSokcet：套接口。q套接口能被动态创建和删除。创建套接口时返回一个建立连接，接收发送数据，断开连接时所需的ID号。q工作在传输层之