操作系統(tǒng)原理課件第八章IO管理

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1、第八章I/O管理計(jì)算機(jī)外部設(shè)備在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除CPU和內(nèi)存外所有的設(shè)備和裝置稱為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備（外圍設(shè)備、I/O設(shè)備）。8.1I/O管理的概念8.1.1引言8.1I/O管理的概念8.1.1引言存儲(chǔ)設(shè)備：用來(lái)存放各種信息的設(shè)備稱為存儲(chǔ)設(shè)備，例如，軟盤、硬盤、光盤和磁帶等；I/O設(shè)備：用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入和輸出信息的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有些設(shè)備既可以做存儲(chǔ)設(shè)備，也可以做I/O設(shè)備，例如，軟盤、硬盤等。I/O管理就是設(shè)備管理，它是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有的外部設(shè)備

2、。8.1I/O管理的概念8.1.1引言計(jì)算機(jī)外部設(shè)備種類繁多，特性各異。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.速度不同的外部設(shè)備的傳輸速度的差別相當(dāng)大，如鍵盤的傳輸速度不過(guò)幾十，上百個(gè)字符，而磁盤的傳輸速度則是60萬(wàn)字節(jié)/每秒。2.傳輸單位有的設(shè)備的傳輸單位是字節(jié)，如鍵盤、打印機(jī)、顯示器；有的傳輸單位是字符塊，如軟盤、硬盤、磁帶等；有的傳輸單位是位，如個(gè)人計(jì)算機(jī)中的SerialPort(s)COM1、COM28.1I/O管理的概念8.1.1引言3.容許的操作（操作特性）設(shè)備完成的操作種類各不相同，如打印機(jī)只允許寫(xiě)操作，鍵盤

3、只能做讀操作，而磁盤既可讀，也可寫(xiě)。4.出錯(cuò)條件不同的設(shè)備，其出錯(cuò)條件也不相同，即數(shù)據(jù)傳輸失敗的原因各種各樣，如打印機(jī)有缺紙錯(cuò)，磁盤I/O有奇偶校驗(yàn)錯(cuò)等。設(shè)備的分類（1）按系統(tǒng)和用戶的觀點(diǎn)分類(從屬關(guān)系)系統(tǒng)設(shè)備——指在操作系統(tǒng)生成時(shí)已經(jīng)登記在系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如鍵盤、顯示器、磁盤、打印機(jī)等；用戶設(shè)備——OS生成后未登記在系統(tǒng)中的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，繪圖儀、游戲操作柄、掃描儀等。（2）按操作特性分類存貯設(shè)備——是計(jì)算機(jī)用來(lái)存放各種信息的設(shè)備。如磁盤、磁帶等。I/O設(shè)備——是向CPU傳輸信息或輸出經(jīng)CPU加工處理的信息的設(shè)

4、備。如鍵盤、顯示器、打印機(jī)等8.1I/O管理的概念8.1.1引言（3）按資源分配的角度獨(dú)享設(shè)備——是指在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶進(jìn)程使用的設(shè)備。多數(shù)低速的I/O設(shè)備都屬于這種類型，如打印機(jī)就是典型的獨(dú)享設(shè)備；共享設(shè)備——是指在一段時(shí)間內(nèi)允許允許幾個(gè)用戶同時(shí)使用的設(shè)備，磁盤、光盤等；虛擬設(shè)備——通過(guò)SPOOLING（虛擬脫機(jī)）技術(shù)把獨(dú)享設(shè)備變換成幾臺(tái)邏輯設(shè)備，可供多個(gè)用戶進(jìn)程同時(shí)使用，這種經(jīng)過(guò)虛擬技術(shù)處理后的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。（4）按基本信息單位分類字符設(shè)備——鍵盤、打印機(jī)、顯示器塊設(shè)備——一般塊大小為512B~8

5、KB，如磁帶、磁盤、光盤8.1I/O管理的概念8.1.1引言8.1I/O管理的概念8.1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)及任務(wù)設(shè)計(jì)目標(biāo)：1.字符代碼的獨(dú)立性：系統(tǒng)能識(shí)別各種不同的字符代碼，并能以標(biāo)準(zhǔn)形式向用戶程序提供數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在使用的ASCII碼（美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼）2.設(shè)備獨(dú)立性：獨(dú)立于設(shè)備類型、獨(dú)立于同類設(shè)備的具體設(shè)備號(hào)（對(duì)于設(shè)備的控制）3.效率：提高設(shè)備的使用效率，盡可能提高設(shè)備的并行操作，充分利用通道和緩沖技術(shù)。4.設(shè)備處理的一致性：設(shè)備的統(tǒng)一控制和處理。任務(wù)：完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分配I/O設(shè)備，提高I/O設(shè)備的利

6、用率，方便用戶使用I/O設(shè)備。8.1I/O管理的概念8.1.3I/O管理功能1.狀態(tài)跟蹤設(shè)備控制塊是存放設(shè)備管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)通過(guò)設(shè)備控制塊掌握設(shè)備的狀態(tài)。2.設(shè)備存取在多用戶環(huán)境中，系統(tǒng)必須決定一種策略，以確定誰(shuí)將取得一臺(tái)設(shè)備、使用多長(zhǎng)時(shí)間，何時(shí)存取設(shè)備。3.設(shè)備分配在多用戶的環(huán)境下，負(fù)責(zé)設(shè)備的分配和回收。4.設(shè)備控制設(shè)備控制包括設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、完成和故障中斷處理。8.1I/O管理的概念8.1.4設(shè)備獨(dú)立性一、設(shè)備獨(dú)立性的概念設(shè)備獨(dú)立性是指用戶在編程序時(shí)所使用的設(shè)備與實(shí)際設(shè)備無(wú)關(guān)。用戶程序中只使用邏輯設(shè)

7、備名。兩類設(shè)備獨(dú)立性：1.一個(gè)程序應(yīng)獨(dú)立于分配給它的某類設(shè)備的具體設(shè)備。即在用戶程序中只指明I/O使用的設(shè)備類型即可。如在系統(tǒng)中配備了兩臺(tái)打印機(jī)，用戶要打印時(shí)只要告訴系統(tǒng)要將信息送到打印機(jī)即可。2.程序要盡可能地與它使用的設(shè)備類型無(wú)關(guān)。即在用戶程序中只要指出要輸入或輸出信息，至于信息I/O使用的設(shè)備不需用戶指明。二、設(shè)備獨(dú)立性的實(shí)現(xiàn)利用軟通道、作業(yè)說(shuō)明書(shū)等實(shí)現(xiàn)8.1I/O管理的概念8.1.4設(shè)備獨(dú)立性三、設(shè)備獨(dú)立性的優(yōu)點(diǎn)1.方便用戶編程2.使用程序運(yùn)行不受具體的機(jī)器環(huán)境的限制3.便于程序移植8.1I/O管理的概念

8、8.1.5設(shè)備控制塊一、設(shè)備控制塊設(shè)備控制塊是設(shè)備管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來(lái)存放設(shè)備的管理和控制信息，每類設(shè)備有一個(gè)設(shè)備控制塊。8.1I/O管理的概念8.1.5設(shè)備控制塊二、設(shè)備轉(zhuǎn)換表（設(shè)備開(kāi)關(guān)表）設(shè)備開(kāi)關(guān)表存放設(shè)備驅(qū)動(dòng)和控制程序入口地址。8.2緩沖技術(shù)8.2.1概述CPU與各種外部設(shè)備的速度上的差異很大，設(shè)備與設(shè)備之間的速度的差異也很大。系統(tǒng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)需要I/O，有