操作系统第15讲课件

操作系统概念第十五讲 设备管理（1）

OperatingSystemConceptionDavidfu回顾文件系统的逻辑结构分为几类？物理结构分为几类？文件系统的存取控制有几种方法？OperatingSystemConceptionDavidfu本课总体纲要设备管理概述数据传输控制方式中断技术OperatingSystemConceptionDavidfu设备分类按设备使用特性分类：存储设备、I/O设备、终端设备、脱机设备按从属关系分类：系统设备、用户设备按设备的资源管理分类：独占设备、共享设备、虚拟设备按信息的交换单位分类：块设备、字符设备OperatingSystemConceptionDavidfu设备管理功能设备分配按照设备类型和相应的控制算法将设备分配给申请的进程，将未分配到设备的进程放入等待队列。设备处理提供进程管理系统的接口，当进程要求设备资源时，建立进程通信接口设备独立性以及并行操作性为用户提供友好的透明接口，屏蔽了具体硬件设备的细节缓冲管理CPU的执行速度和内存的访问速度较高，而设备的数据存取速度较低。系统通过建立缓冲区来实现数据存取的平衡，从而提高CPU的利用率。OperatingSystemConceptionDavidfu本课总体纲要设备管理概述数据传输控制方式中断技术OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式程序直接控制方式（programmeddirectcontrol):由用户进程直接控制内存或CPU和外围设备之间的信息传送。OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式接收到“Start”命令接收和发送数据准备准备完毕标志触发器置“Done”等待CPU来的下一条指令CPU发“start”命令等待执行下条指令开始数据传送标志触发器为“Done”？否是否是外围设备OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式优点：控制简单，不需要较多硬件支持缺点：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进行数据交换，执行效率低OperatingSystemConceptionDavidfu中断处理过程设备接收CPU发来的Start指令缓冲寄存器满吗？控制器发送中断信号CPU向设备发送Start指令中断允许位置1其他进程执行中断处理被中断进程执行收到中断信号？中断控制方式否是否是中断请求线OperatingSystemConceptionDavidfu中断方式优点：与程序直接控制方式相比，使CPU的利用率大大提高支持多道程序和设备的并行操作缺点：由于中断次数较多，处理中断将耗去大量CPU处理时间在并行操作情况下，中断次数急剧增加可能造成CPU无法响应中断而出现数据丢失现象。外围设备速度很高，导致CPU来不及取走数据而丢失OperatingSystemConceptionDavidfuDMA方式DMA方式：在外围设备和内存之间开辟直接数据交换通道。DMA方式挪用CPU的一个工作周期把数据缓冲寄存器中的数据直接送到地址寄存器所指向的内存区域中OperatingSystemConceptionDavidfuDMA数据传送处理过程DMA控制器接收到Start启动设备准备数据将数据送到数据缓冲寄存器将缓冲寄存器的内容送入内存改变传送字节数寄存器和内存地址寄存器的内容传送字节数＝0？发中断信号停止I/O操作发Start指令设置相应寄存器允许中断位当进程等待，调度其他进程运行被调度的进程执行接收到中断信号？进行中断处理设备CPU否是OperatingSystemConceptionDavidfuDMA方式的特点DMA方式与中断方式的主要区别：中断方式是在数据缓冲寄存器满之后发中断要求CPU进行中断处理DMA方式则是在所要求转送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理缺点：当外围设备管理的控制越来越复杂，多个DMA控制器同时使用显然会引起内存地址的冲突并使控制复杂化OperatingSystemConceptionDavidfu通道控制方式通道定义：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。有自己的通道指令，这些通道指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号通道指令：通道指令一般包含交换数据在内存中的位置、传送方向、数据块长度以及被控制的I/O设备的地址信息等OperatingSystemConceptionDavidfu通道控制方式处理过程通道接收到Start读出内存中通道指令设置I/O控制寄存器中的状态寄存器设备根据通道指令，发送数据传送字节数＝0？发中断信号停止I/O操作发Start指令指明I/O操作设备号和对应通道当进程等待，调度其他进程运行被调度的进程执行接收到中断信号？进行中断处理设备CPU否是否是OperatingSystemConceptionDavidfu通道方式传输数据的特点通道方式与DMA方式的区别：在DMA方式中，数据的传送方向、存放数据的内存起始地址以及传送数据块长度等都由CPU控制在通道方式中，这些都由专管输入输出的硬件－通道来完成。DMA方式中，每台设备都至少有一个DMA控制器与之相对应通道方式可以做到一个通道控制多台设备与内存进行数据交换，从而减轻了CPU的工作负担。OperatingSystemConceptionDavidfu本课总体纲要设备管理概述数据传输控制方式中断技术OperatingSystemConceptionDavidfu中断技术（2）开中断：CPU内部处理机状态字PSW的中断允许位可以设置使CPU接收中断或禁止中断，接收中断称为开中断。关中断：设置PSW中断允许位，禁止中断，称为关中断。中断屏蔽：指再中断请求产生后，系统使用软件方式有选择的封锁部分中断而允许其余部分中断仍能得到响应。有的中断不允许关中断和中断屏蔽，如电源调电中断。OperatingSystemConceptionDavidfu中断技术（3）根据中断源产生的条件,可以分为：外中断：来自处理机和内存外部的中断。I/O中断，外部信号中断，定时器中断以及调试中断内中断：处理机和内存内部产生的中断，内中断一般也称为陷阱（trap）地址非法、校验错、页面失效、存取访问控制错，除零错等。OperatingSystemConceptionDavidfu中断技术（6）判断中断响应文件关中断保存被中断现场分析中断原因转中断处理子程序执行中断处理子程序恢复现场开中断返回中断点OperatingSystemConceptionDavidfu系统发生中断的种类进程调度中断时钟中断电源失效和故障中断设备中断OperatingSystemConceptionDavidfu课堂作业通道又称为I/O处理机，它用于实现之间的信息传输内