第7章 设备管理-1

第7章设备管理●I/O设备管理概述

●磁盘管理●I/O系统

●缓冲管理本章要点7.1I/O设备管理概述I/O管理的基本任务完成用户提出的I/O请求提高I/O速率改善I/O设备的利用率7.1I/O设备管理概述I/O管理的功能监视设备的状态进行设备分配完成I/O操作缓冲管理I/O硬件组成主机I/O系统——四级结构微型机I/O系统——单总线结构I/O设备设备的类型按设备进行信息交换的单位分类：块设备—如：磁盘、光盘

块大小512B~32KB。

特点：速度高、随机访问、I/O采用DMA方式。字符设备—如：键盘、打印机、网卡。

特点：速度低、不可寻址、I/O采用中断方式。I/O设备设备的类型按共享属性分类：独占设备共享设备虚拟设备设备控制器●设备控制器或适配器

CPU与I/O设备之间的接口，接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备工作。

通常一台控制器可控制多台同一类型的设备。●设备控制器的形式：印刷电路卡，又称接口卡。●设备驱动程序：控制设备控制器的软件设备控制器的组成控制器的功能数据交换——数据寄存器接收和识别CPU发来的命令——控制寄存器了解设备的状态，报告给CPU——状态寄存器地址识别——地址译码器设备控制器的组成控制器与CPU之间接口——用于控制设备与总线之间交换数据。控制器与设备之间接口——用于根据CPU发来的命令，控制设备的动作。I/O逻辑——用于实现对设备的控制。将启动命令发送给控制器；以及对收到的地址进行译码，再根据译出的命令对设备进行控制。设备通道通道

——外设很多时，在CPU与控制器之间增加通道，减轻CPU负担。增加通道的目的

建立独立的I/O操作，使CPU从繁重的I/O中解放出来通道的实质

是特殊的处理机指令类型单一没有内存通道的类型字节多路通道连接中、低速外设。如打印机、终端等。以字节为传送单位。传送时，通道与多个外设交叉传递，当一个外设交换一个字节后，立即腾出，将通道让给另一个设备使用。通道的类型数组选择通道连接磁盘等高速外设。以块为传送单位。连接多个外设，但一段时间只被一个设备独占，直至释放。数组多路通道连接高速外设。如磁盘。多个外设轮流使用通道，每次传送一个物理块。综合字节多路通道的”并行“和数组选择通道的”高速“的优点。利用一台设备”读写定位”的时间，再与另一外设交换信息。字节多路通道连接中、低速外设。如打印机、终端等。以字节为传送单位。传送时，通道与多个外设交叉传递，当一个外设交换一个字节后，立即腾出，将通道让给另一个设备使用。通道的连接方式单通路连接I/O繁忙时，通道成为瓶颈。多通路连接设备与计算机之间增加多条通路增强可靠性7.2I/O控制方式略7.3I/O系统I/O系统层次结构设备分配考虑因素设备固有属性独享设备共享设备虚拟设备设备分配算法先来先服务优先级高者优先设备分配中的安全性安全分配方式（单请求方式）不安全分配方式设备的独立性设备独立性（也称设备无关性）指用户程序独立于具体物理设备。设备独立性的优点设备分配时的灵活性易于实现I/O重定向设备独立性的实现——逻辑设备表操作系统实现逻辑设备到物理设备的转换。逻辑设备表（LogicalUnitTable，LUT）

LUT的设置：

整个系统一张（单用户系统）一个用户一张（多用户系统）设备分配用数据结构系统设备表SDT（整个系统一张）设备控制表DCT（每个设备一张）控制器控制表COCT（每个控制器一张）通道控制表CHCT（每个通道一张）设备分配程序单通路情况下的设备分配程序SPOOLing技术——SimultancousPeriphernalOperationsOn-LineSPOOLing的系统组成：输入井和输出井输入缓冲区和输出缓冲区输入进程SPi和输出进程SPoSPOOLing技术SPOOLing特点：提高I/O速度将独占设备改造为共享设备实现虚拟设备功能设备驱动程序设备驱动程序的功能：接收来自上层的I/O请求，并检查请求的合法性。向有关I/O设备的控制器（中的控制/状态寄存器）发出控制命令，监督它们的正确执行，并进行必要的错误处理。对等待各种设备、控制器和通道的进程进行排队。执行比寄存器级别更高的一些特殊处理，如代码转换、退出处理等。