第四章设备管理.pptx

第四章 设备管理本章要点设备管理的主要功能、模型I/O子系统的组成、结构设备的控制、I/O控制设备的类型设备分配I/O缓冲技术虚拟设备与SPOOLing系统磁盘设备的管理4.1 设备管理概述设备管理的主要功能 设备分配 设备映射设备驱动I/O缓冲区的管理 设备分配多道程序系统中的设备不允许用户直接使用，而是由操作系统统一调度和控制。设备分配功能是设备管理的基本任务。设备分配程序按照一定的策略，为申请设备的用户进程分配设备，记录设备的使用情况 设备管理的主要功能 设备分配 设备映射设备驱动I/O缓冲区的管理 设备映射为了提高应用软件对运行平台的适应能力，方便实现应用软件I/O重定向，大多数现代操作系统均支持应用软件对设备的无关性，即通常所说的设备无关性，或者设备独立性。 —设备无关性：应用软件所引用的、用于实现I/O操作的设备与物理I/O系统中实际安装的设备没有固定的联系。设备映射逻辑设备和物理设备 — 逻辑设备是指，应用软件所引用的用于实现I/O操作的设备。— 物理设备则指，物理I/O系统中实际安装的设备。从应用软件的角度看，逻辑设备是一类物理设备的抽象。从操作系统设备管理程序的角度看，物理设备则是某种逻辑设备的实例。设备映射如果某系统支持设备无关性，那么该系统中应用软件所引用的逻辑设备与实际安装的物理设备没有固定的联系。事实上，在应用软件运行期间，操作系统的设备管理程序必须将该应用软件对逻辑设备的引用转换成对相关物理设备的引用。设备管理的这种功能称为逻辑设备到物理设备的映射功能，简称设备映射功能。设备管理的主要功能 设备分配 设备映射设备驱动I/O缓冲区的管理 设备驱动 又称设备处理，指对物理设备进行控制，以实现真正的I/O操作。设备驱动的主要任务是：接收上层软件发来的抽象服务请求，例如读/写命令，再把它转换为具体要求，通过一系列的I/O指令，控制设备完成请求的操作；同时，设备驱动程序还将设备发来的有关信号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。 设备驱动设备驱动程序与硬件密切相关，应为每一类设备配置一种驱动程序。设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系统的要求组织编写，操作系统仅对与设备驱动的接口提出要求，一般不负责具体设备驱动程序的编写。有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用，原因很可能就是没有专门的或通用的设备驱动程序，或者设备驱动程序设计有问题，使得设备无法正常工作。设备管理的主要功能 设备分配 设备映射设备驱动I/O缓冲区的管理 I/O缓冲区的管理为了缓和处理机与外部设备间速度不匹配的矛盾，提高处理机和外部设备间的并行性，现代操作系统大都在设备管理部分引入了缓冲技术。通常，缓冲区是指内存中的若干区域，用于缓存进程与外部设备间的数据传输。又称为I/O缓冲区。I/O缓冲区管理的任务是：组织I/O缓冲区，并为使用者提供获得和释放I/O缓冲区的手段。 通用设备管理分层模型 将设备管理功能模块分为设备硬件无关以及设备硬件相关两个层次。设备硬件无关层主要实现：I/O缓冲区管理以及设备映射功能。该层与设备用法有关，与设备硬件无关。一般地，根据设备的用法，该层也可视作虚拟存储系统、文件系统或通信系统的一部分。通用设备管理分层模型 设备硬件相关层将设备硬件无关层与设备硬件隔离开来。从设备硬件无关层的角度看，设备硬件相关层为其提供了一个相对简洁的I/O功能接口；该接口屏蔽了设备硬件复杂的操作细节。从设备硬件相关层的内部看，该层主要实现设备驱动功能。毫无疑问，该层与设备硬件密切相关。用户进程设备硬件无关层设备硬件相关层设备硬件通用设备管理分层模型内核中断管理模块用户进程I/O请求IOCS资源等待队列I/O等待队列设备中断设备驱动程序启动过程|继续过程设备硬件支持中断的设备管理模型 4.2 计算机I/O子系统的组成 处理机内存系统总线I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备总线型I/O系统的结构处理机内存系统总线I/O通道I/O通道I/O通道I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备通道型I/O系统的结构具有控制器的I/O系统结构 传统的设备 = 机械部分 + 电子部分电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转，完成I/O操作。由于设备中电子部分比机械部分的速度快得多。为了降低硬件成本，将电子部分从设备中分离出来作为一个独立的部件，这就是控制器。分离之后的设备仅由机械部分构成，一个控制器可与多个设备相连，交替地或分时地控制与其相连的设备。例如，磁盘控制器可以控制多个磁盘驱动器。处理机内存系统总线I/O通道I/O通道控制器控制器控制器控制器I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备I/O设备具有控制器的I/O系统结构设备的控制—设备的寻址与操作从处理机的角度看，各种外部设备可以看作是由一组设备寄存器组