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8.3設備分配技術8.4I/O控制8.1輸入/輸出管理概念一、引言設備分類1.存儲設備:是存儲信息的設備，如：磁盤、磁鼓。（以塊為單位傳輸信息）。2.輸入輸出設備:能將信息從計算機外部輸入到機內(nèi)，或反之，如：鍵盤、顯示器、打印機。3.傳輸設備負責計算機之間的信息傳輸，如調(diào)制調(diào)節(jié)器、網(wǎng)卡。設備按傳輸信息的特點來分：字符設備、塊設備28.1輸入/輸出管理概念設備管理的設計目標1.提高設備利用率（關鍵是實現(xiàn)設備的并行操作）合理分配設備提高設備與CPU、各外部設備之間的并行性（通道和中斷）2.方便用戶使

2、用獨立于設備：用戶使用的設備與物理設備無關建立虛擬環(huán)境3.設備處理的一致性設備品種繁多、用法各異，逐一管理十分復雜；輸入輸出系統(tǒng)應將設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)跟蹤動態(tài)地記錄各種設備的狀態(tài)（保留在設備控制塊中）2.確定設備分配策略決定設備分配策略，確定誰、何時存取設備、使用多長時間。3.設備分配與回收作業(yè)級——靜態(tài)分配：作業(yè)進入系統(tǒng)時就進行分配，退出系統(tǒng)時就收回全部資源。進程級——動態(tài)分配：進程需要使用某設備而提出申請時進行分配，使用完畢后立即將其收回。4.設備控制負責將用戶I/O請求轉(zhuǎn)

3、換為設備能識別的I/O指令，實施設備驅(qū)動和中斷處理的工作。4三.設備獨立性1.設備獨立性概念(1)什么是設備獨立性:所謂設備獨立性是指，用戶在編制程序時所使用的設備與實際使用的設備無關，也就是在用戶程序中僅使用邏輯設備名。(2)邏輯設備名:邏輯設備名，是用戶自己指定的設備名(或設備號)，它是暫時的、可更改的。(3)物理設備名:物理設備名是系統(tǒng)提供的設備的標準名稱，它是永久的、不可更改的。8.1輸入/輸出管理概念52.設備獨立性的實現(xiàn)(1)在高級語言中用軟通道實現(xiàn)使用高級語言提供的指派語句，通過指派一個邏輯設備名（通道號）來定義一個設備或文件。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系列機上的RT11系統(tǒng)ASSIGN設備物理名設備邏輯名8.1輸入/輸出管理概念6邏輯設備描述器ldd（logic-device-descriptor)是一種數(shù)據(jù)結構，進程控制塊中有一個指針指向它。3.實現(xiàn)設備獨立性的優(yōu)點方便用戶改善設備利用率提高系統(tǒng)的可擴展性和可適應性8.1輸入/輸出管理概念ldd_ptrpcbI1sr1dcb_

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

6、3.命令轉(zhuǎn)換表：轉(zhuǎn)換表包含設備特定的I/O例程地址，不具備相應功能的設備在其例程地址上可以填“－1”。設備名設備屬性指向命令轉(zhuǎn)換表的指針在I/O總線上的設備地址設備狀態(tài)當前用戶進程指針I(yè)/O請求隊列指針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備之間傳輸信息時平滑傳輸過程的常用手段。2.緩沖器是以硬件的方式來實現(xiàn)緩沖，容量較小，是用來暫時存放數(shù)據(jù)的一種存儲裝置。3.軟件緩沖區(qū)用來保存在兩設備之間或在設備和應用程序之間所傳數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域。8.2緩沖技術104.為什么引入緩沖(1)處理數(shù)據(jù)流的生產(chǎn)者與消費者間的速度差異

7、如：從調(diào)制解調(diào)器收到一個文件，并保存到硬盤上。(2)協(xié)調(diào)傳輸數(shù)據(jù)大小不一致的設備在計算機網(wǎng)絡中用來處理消息的分段和重組。(3)應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)生時的版本。方法：在系統(tǒng)調(diào)用返回前將應用程序緩沖區(qū)復制到內(nèi)核緩沖區(qū)。8.2緩沖技術11二.常用的緩沖技術雙緩沖、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緩沖區(qū)buf1、buf2。(1)輸入數(shù)據(jù)時，如何利用雙緩沖(2)輸出數(shù)據(jù)時，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，如何

8、利用雙緩沖8.2緩沖技術12(1)輸入、輸出數(shù)據(jù)時，如何利用雙緩沖輸入設備BUF1進程┇┇①②③BUF2②③輸出設備BUF1進程┇┇①②