第八章 輸入輸出管理.ppt

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1、第八章輸入輸出管理8.1I/O管理概念什么是外圍設備？簡單來說，除CPU，內(nèi)存和總線外的獨立設備皆可稱為外圍設備。什么是I／O管理？即管理外圍設備，實現(xiàn)外圍設備的通信、分配、控制等多個方面的內(nèi)容。設備分類根據(jù)不同的觀點，可以有多種分類方法。按信息傳送方向不同可分為輸入設備和輸出設備兩類：輸入設備：計算機用來“感受”或“接觸”外部世界的設備，它將從外部世界來的信息輸入給計算機。如鍵盤、光字符閱讀機、電傳輸入機、數(shù)字化儀等輸出設備：計算機用來“影響”或“控制”外部世界。它將計算機加工好的信息輸出給外部世界。如：寬行打印機、繪圖儀等。設備分類按傳輸速率分

2、類低速（如鍵盤）：每秒幾個字節(jié)到數(shù)百個字節(jié)中速（如打印機）：每秒數(shù)千個字節(jié)到數(shù)十千個字節(jié)高速（如網(wǎng)卡、磁盤）每秒數(shù)百千個字節(jié)到數(shù)兆個字節(jié)按傳送信息單位不同可分為字符設備和塊設備兩類字符設備：設備上傳送的信息是以字符為單位組織的，如鍵盤、打印機等。特征：傳輸速率低；不可尋址；中斷驅(qū)動方式塊設備：設備上傳送的信息是以塊為單位組織的，如磁盤、光盤等。傳輸速率高；可尋址；DMA方式8.1I/O管理概念8.1.2輸入輸出的管理功能狀態(tài)跟蹤（設備控制塊DCB）設備存取設備分配設備控制8.1I/O管理概念8.1.3設備獨立性邏輯設備與物理設備：操作系統(tǒng)屏蔽物理設

3、備的各種實際特性，以一種獨立、穩(wěn)定、統(tǒng)一的接口對應于某一類物理設備，這些接口即為邏輯設備。思考：為什么要定義邏輯設備，這樣做有什么好處？8.1I/O管理概念8.1.3設備獨立性使用邏輯設備的好處：用戶或程序?qū)⒕Ψ旁诠δ艿膽没驅(qū)崿F(xiàn)上，不必關心實際的物理設備特性。一臺物理設備可對應于多種邏輯設備，實現(xiàn)設備共享。8.1I/O管理概念設備獨立性的實現(xiàn)用戶程序系統(tǒng)調(diào)用接口文件子系統(tǒng)設備控制器應用層設備驅(qū)動程序字符設備塊設備高速緩存操作系統(tǒng)物理設備層8.1I/O管理概念8.1.3設備獨立性實現(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

4、應性8.1I/O管理概念8.1.4設備控制塊(devicecontrolblock，DCB)設備控制塊：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)結(jié)構。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請求隊列指針設備控制塊8.2緩沖技術為進一步解決CPU和I／O設備間速度不匹配的矛盾引入了緩沖技術，也可用于解決程序所請求的邏輯記錄大小和設備的物理記錄大小失配的問題，是有效的利用cpu的重要技術。8.2緩沖技術緩沖技術的實現(xiàn)原理當某個進程進行數(shù)據(jù)輸出操作時，先將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，

5、當緩沖區(qū)滿時再將緩沖區(qū)的內(nèi)容送到輸出設備上；反之，當一個進程完成輸入操作時，先將輸入設備上的數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，當緩沖區(qū)滿時，再由CPU將數(shù)據(jù)取走。8.2緩沖技術在緩沖管理中必須建立緩沖區(qū)，緩沖區(qū)的設定有兩種方式：硬件方式：緩沖器——容量較小，增加成本，是用來暫時存放數(shù)據(jù)的一種存儲裝置。軟件方式：從主存空間中劃定出一個特殊的內(nèi)存區(qū)域作為緩沖區(qū)，以便于在I/O操作期間用來臨時存放I/O數(shù)據(jù)。8.2緩沖技術例：磁盤的“提前讀”和“延遲寫”提前讀就是把要讀的數(shù)據(jù)提前放到內(nèi)存里，等到要用的時候就直接從內(nèi)存里取，提高效率。延遲寫就是把要寫的數(shù)據(jù)先都放到內(nèi)存里，等

6、積累多了再一次性寫到硬盤，降低對硬盤的讀寫損耗。8.2緩沖技術常用的緩沖技術：雙緩沖，環(huán)行緩沖，緩沖池雙緩沖區(qū)：P1164-12引入雙緩沖技術，為輸入或輸出分配兩個緩沖區(qū)，并讓兩個緩沖區(qū)交替工作，就可以形成并行操作的方式。當輸入或是輸出時就可以形成并行操作的方式。等當該緩沖區(qū)滿后，再轉(zhuǎn)去占用另一個緩沖區(qū)，同時第一個緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)可被取走，緩沖區(qū)緩沖區(qū)可以釋放，當另一個緩沖區(qū)滿后，設備又可轉(zhuǎn)過來占用被釋放的緩沖區(qū)。這樣交替占用的緩沖區(qū)，可以使CPU與外設間的并行度進一步提高。8.3設備分配8.3.1設備分配的原則共享設備：動態(tài)分配獨占設備：靜態(tài)分配I

7、／O設備的分配算法（P206）先請求先服務優(yōu)先級最高者優(yōu)先設備分配的安全性：避免死鎖8.3設備分配8.3.4虛擬分配（圖8.4）將獨占設備通過特定緩沖保存輸入或輸出，以此模擬共享設備的并行特性。外部設備聯(lián)機同時操作SPOOL（SimultaneousPeripheralOperationOnLine）例：采用假脫機技術，用磁盤的一部分空間來代替打印機，用戶的打印操作實際上是對磁盤的寫操作，一旦打印機不忙，再從盤上取出打印，將慢速的獨占設備改造成了可共享的設備。8.3設備分配8.3.4虛擬分配虛擬技術：是在一類物理設備上模擬另一類物理設備的技術，是獨

8、占設備轉(zhuǎn)化為共享設備的技術。虛擬設備：用來代替獨占型設備的那部分外存空間（包括有關的控制表格）虛擬分配：當某進程需要與獨占