操作系統(tǒng)原理第八章輸入輸出管理

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1、第八章輸入輸出管理8.1I/O管理概念8.2緩沖技術(shù)8.3設(shè)備分配技術(shù)8.4I/O控制8.1輸入/輸出管理概念一、引言設(shè)備分類1.存儲(chǔ)設(shè)備:是存儲(chǔ)信息的設(shè)備，如：磁盤、磁鼓。（以塊為單位傳輸信息）。2.輸入輸出設(shè)備:能將信息從計(jì)算機(jī)外部輸入到機(jī)內(nèi)，或反之，如：鍵盤、顯示器、打印機(jī)。3.傳輸設(shè)備負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)之間的信息傳輸，如調(diào)制調(diào)節(jié)器、網(wǎng)卡。設(shè)備按傳輸信息的特點(diǎn)來分：字符設(shè)備、塊設(shè)備28.1輸入/輸出管理概念設(shè)備管理的設(shè)計(jì)目標(biāo)1.提高設(shè)備利用率（關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的并行操作）合理分配設(shè)備提高設(shè)備與CPU、各外部設(shè)備之間的并行性（通道和中斷）2.方便用戶使

2、用獨(dú)立于設(shè)備：用戶使用的設(shè)備與物理設(shè)備無關(guān)建立虛擬環(huán)境3.設(shè)備處理的一致性設(shè)備品種繁多、用法各異，逐一管理十分復(fù)雜；輸入輸出系統(tǒng)應(yīng)將設(shè)備的特性與處理它們的程序分開。38.1輸入/輸出管理概念二、輸入/輸出管理功能1.狀態(tài)跟蹤動(dòng)態(tài)地記錄各種設(shè)備的狀態(tài)（保留在設(shè)備控制塊中）2.確定設(shè)備分配策略決定設(shè)備分配策略，確定誰、何時(shí)存取設(shè)備、使用多長(zhǎng)時(shí)間。3.設(shè)備分配與回收作業(yè)級(jí)——靜態(tài)分配：作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)就進(jìn)行分配，退出系統(tǒng)時(shí)就收回全部資源。進(jìn)程級(jí)——?jiǎng)討B(tài)分配：進(jìn)程需要使用某設(shè)備而提出申請(qǐng)時(shí)進(jìn)行分配，使用完畢后立即將其收回。4.設(shè)備控制負(fù)責(zé)將用戶I/O請(qǐng)求轉(zhuǎn)

3、換為設(shè)備能識(shí)別的I/O指令，實(shí)施設(shè)備驅(qū)動(dòng)和中斷處理的工作。4三.設(shè)備獨(dú)立性1.設(shè)備獨(dú)立性概念(1)什么是設(shè)備獨(dú)立性:所謂設(shè)備獨(dú)立性是指，用戶在編制程序時(shí)所使用的設(shè)備與實(shí)際使用的設(shè)備無關(guān)，也就是在用戶程序中僅使用邏輯設(shè)備名。(2)邏輯設(shè)備名:邏輯設(shè)備名，是用戶自己指定的設(shè)備名(或設(shè)備號(hào))，它是暫時(shí)的、可更改的。(3)物理設(shè)備名:物理設(shè)備名是系統(tǒng)提供的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)名稱，它是永久的、不可更改的。8.1輸入/輸出管理概念52.設(shè)備獨(dú)立性的實(shí)現(xiàn)(1)在高級(jí)語言中用軟通道實(shí)現(xiàn)使用高級(jí)語言提供的指派語句，通過指派一個(gè)邏輯設(shè)備名（通道號(hào)）來定義一個(gè)設(shè)備或文件。如：

4、fd=open(“/dev/lp”,mode)；number1=write（fd，buf，count1）；(2)在批處理系統(tǒng)中，用連接說明語句來定義如：OUTPUT1=LPT(3)在交互系統(tǒng)中，用指派命令來定義如：PDP系列機(jī)上的RT11系統(tǒng)ASSIGN設(shè)備物理名設(shè)備邏輯名8.1輸入/輸出管理概念6邏輯設(shè)備描述器ldd（logic-device-descriptor)是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)程控制塊中有一個(gè)指針指向它。3.實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性的優(yōu)點(diǎn)方便用戶改善設(shè)備利用率提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可適應(yīng)性8.1輸入/輸出管理概念ldd_ptrpcbI1sr1dcb_

5、ptrO1lp3dcb_ptr^ldd1ldd2Ldd包括：設(shè)備邏輯名設(shè)備物理名設(shè)備控制塊dcb指針邏輯設(shè)備描述器隊(duì)列勾鏈字78.1輸入/輸出管理概念四.設(shè)備控制塊1.什么是設(shè)備控制塊(DCB)系統(tǒng)為每一臺(tái)設(shè)備都配置了一個(gè)用來記錄設(shè)備的硬件特性、連接和使用情況的一組數(shù)據(jù)，稱為設(shè)備控制塊。2.設(shè)備轉(zhuǎn)換表進(jìn)程的每個(gè)I/O請(qǐng)求都要轉(zhuǎn)換成調(diào)用一個(gè)能執(zhí)行I/O操作的設(shè)備例程。通過操作碼檢索“設(shè)備轉(zhuǎn)換表”以找到相應(yīng)的設(shè)備例程地址。82.設(shè)備控制塊的內(nèi)容表8.1設(shè)備控制塊dcb1.設(shè)備名：是設(shè)備的系統(tǒng)名，即設(shè)備的物理名。2.設(shè)備屬性：描述設(shè)備現(xiàn)行狀態(tài)的一組屬性

6、3.命令轉(zhuǎn)換表：轉(zhuǎn)換表包含設(shè)備特定的I/O例程地址，不具備相應(yīng)功能的設(shè)備在其例程地址上可以填“－1”。設(shè)備名設(shè)備屬性指向命令轉(zhuǎn)換表的指針在I/O總線上的設(shè)備地址設(shè)備狀態(tài)當(dāng)前用戶進(jìn)程指針I(yè)/O請(qǐng)求隊(duì)列指針8.1輸入/輸出管理概念9一.緩沖概念1.什么是緩沖緩沖是兩種不同速度的設(shè)備之間傳輸信息時(shí)平滑傳輸過程的常用手段。2.緩沖器是以硬件的方式來實(shí)現(xiàn)緩沖，容量較小，是用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)的一種存儲(chǔ)裝置。3.軟件緩沖區(qū)用來保存在兩設(shè)備之間或在設(shè)備和應(yīng)用程序之間所傳數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域。8.2緩沖技術(shù)104.為什么引入緩沖(1)處理數(shù)據(jù)流的生產(chǎn)者與消費(fèi)者間的速度差異

7、如：從調(diào)制解調(diào)器收到一個(gè)文件，并保存到硬盤上。(2)協(xié)調(diào)傳輸數(shù)據(jù)大小不一致的設(shè)備在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用來處理消息的分段和重組。(3)應(yīng)用程序的拷貝語義如：操作系統(tǒng)為保證系統(tǒng)調(diào)用write的正確語義，即應(yīng)用程序要寫入磁盤的數(shù)據(jù)就是write系統(tǒng)調(diào)用發(fā)生時(shí)的版本。方法：在系統(tǒng)調(diào)用返回前將應(yīng)用程序緩沖區(qū)復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū)。8.2緩沖技術(shù)11二.常用的緩沖技術(shù)雙緩沖、環(huán)形緩沖、緩沖池１.雙緩沖在雙緩沖方案下，為輸入或輸出分配兩個(gè)緩沖區(qū)buf1、buf2。(1)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，如何利用雙緩沖(2)輸出數(shù)據(jù)時(shí)，如何利用雙緩沖(3)緩沖區(qū)既用于輸入，也用于輸出數(shù)據(jù)時(shí)，如何

8、利用雙緩沖8.2緩沖技術(shù)12(1)輸入、輸出數(shù)據(jù)時(shí)，如何利用雙緩沖輸入設(shè)備BUF1進(jìn)程┇┇①②③BUF2②③輸出設(shè)備BUF1進(jìn)程┇┇①②