第四章-设备管理-.pptx

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1、第四章第四章 设备管理设备管理1本章要点本章要点oo设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型ooI/OI/OI/OI/O子系统的组成、结构子系统的组成、结构子系统的组成、结构子系统的组成、结构oo设备的控制、设备的控制、设备的控制、设备的控制、I/OI/OI/OI/O控制控制控制控制oo设备的类型设备的类型设备的类型设备的类型oo设备分配设备分配设备分配设备分配ooI/OI/OI/OI/O缓冲技术缓冲技术缓冲技术缓冲技术oo虚拟设备与虚拟设备与虚拟设备与虚拟设备与SPOOLingSPOOLingSPOOLingSPOOLing系统系统系统

2、系统oo磁盘设备的管理磁盘设备的管理磁盘设备的管理磁盘设备的管理24.1 4.1 设备管理概述设备管理概述3设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配 设备映射设备映射设备驱动设备驱动I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理 4设备分配设备分配oo多多道道程程序序系系统统中中的的设设备备不不允允许许用用户户直直接接使使用用，而是由操作系统统一调度和控制。而是由操作系统统一调度和控制。oo设备分配功能是设备管理的基本任务。设备分配功能是设备管理的基本任务。oo设设备备分分配配程程序序按按照照一一定定的的策策略略，为为申申请请设设备备的用户进程分配设备，记录设备的使用情况的用户进程分配设备

3、，记录设备的使用情况 5设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配 设备映射设备映射设备驱动设备驱动I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理 6设备映射设备映射oo为为了了提提高高应应用用软软件件对对运运行行平平台台的的适适应应能能力力，方方便便实实现现应应用用软软件件I/OI/O重重定定向向，大大多多数数现现代代操操作作系系统统均均支支持持应应用用软软件件对对设设备备的的无无关关性性，即即通通常常所所说说的的设设备备无无关关性性，或或者者设设备备独独立立性性。设设设设备备备备无无无无关关关关性性性性：应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的、用用用用于于于于实

4、实实实现现现现I/OI/OI/OI/O操操操操作作作作的的的的设设设设备备备备与与与与物物物物理理理理I/OI/OI/OI/O系系系系统统统统中中中中实实实实际际际际安安安安装装装装的的的的设设设设备备备备没没没没有有有有固定的联系。固定的联系。固定的联系。固定的联系。7设备映射设备映射oo逻辑设备和物理设备逻辑设备和物理设备 逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备是是是是指指指指，应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的用用用用于于于于实实实实现现现现I/OI/OI/OI/O操作的设备。操作的设备。操作的设备。操作的设备。物理设备则指，物理物理设备则指，物理物理设备则指，物

5、理物理设备则指，物理I/OI/OI/OI/O系统中实际安装的设备。系统中实际安装的设备。系统中实际安装的设备。系统中实际安装的设备。oo从从应应用用软软件件的的角角度度看看，逻逻辑辑设设备备是是一一类类物物理理设设备备的的抽抽象象。从从操操作作系系统统设设备备管管理理程程序序的的角角度度看看，物物理理设设备备则则是是某某种种逻逻辑辑设设备备的的实例。实例。8设备映射设备映射oo如如如如果果果果某某某某系系系系统统统统支支支支持持持持设设设设备备备备无无无无关关关关性性性性，那那那那么么么么该该该该系系系系统统统统中中中中应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的逻逻逻逻辑

6、辑辑辑设设设设备备备备与与与与实实实实际际际际安安安安装装装装的的的的物物物物理理理理设设设设备备备备没没没没有有有有固固固固定的联系。定的联系。定的联系。定的联系。oo事事事事实实实实上上上上，在在在在应应应应用用用用软软软软件件件件运运运运行行行行期期期期间间间间，操操操操作作作作系系系系统统统统的的的的设设设设备备备备管管管管理理理理程程程程序序序序必必必必须须须须将将将将该该该该应应应应用用用用软软软软件件件件对对对对逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备的的的的引引引引用用用用转转转转换换换换成成成成对相关物理设备的引用对相关物理设备的引用对相关物理设备的引用对相关物理设备的引用。oo设设

7、设设备备备备管管管管理理理理的的的的这这这这种种种种功功功功能能能能称称称称为为为为逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备到到到到物物物物理理理理设设设设备备备备的的的的映映映映射功能，简称射功能，简称射功能，简称射功能，简称设备映射功能设备映射功能设备映射功能设备映射功能。9设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配 设备映射设备映射设备驱动设备驱动I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理 10设备驱动设备驱动 oo又又又又称称称称设设设设备备备备处处处处理理理理，指指指指对对对对物物物物理理理理设设设设备备备备进进进进行行行行控控控控制制制制，以以以以实实实实现现现现真真真真正的正的正的

8、正的I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。oo设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动的的的的主主主主要要要要任任任任务务务务是是是是：接接接接收收收收上上上上层层层层软软软软件件件件发发发发来来来来的的的的抽抽抽抽象象象象服服服服务务务务请请请请求求求求，例例例例如如如如读读读读/写写写写命命命命令令令令，再再再再把把把把它它它它转转转转换换换换为为为为具具具具体体体体要要要要求求求求，通通通通过过过过一一一一系系系系列列列列的的的的I/OI/OI/OI/O指指指指令令令令，控控控控制制制制设设设设备备备备完完完完成成成成请请请请求求求求的的的的操操操操作作作作；同同同同时时时时，设设设设

9、备备备备驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序还还还还将将将将设设设设备备备备发发发发来来来来的的的的有有有有关关关关信信信信号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。号传送给上层软件，例如设备是否已损坏等。11设备驱动设备驱动oo设备驱动程序与硬件密切相关，应为每一类设备配设备驱动程序与硬件密切相关，应为每一类设备配设备驱动程序与硬件密切相关，应为每一类设备配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。置一种驱动程序。置一种驱动程序。置一种驱动程序。oo设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系统的设备驱动

10、程序一般由设备开发厂商根据操作系统的设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系统的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要求组织编写，操作系统仅对与设备驱动的接口提要求组织编写，操作系统仅对与设备驱动的接口提要求组织编写，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。出要求，一般不负责具体设备驱动程序的编写。出要求，一般不负责具体设备驱动程序的编写。出要求，一般不负责具体设备驱动程序的编写。oo有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用，原有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用，原有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用

11、，原有时候，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，因很可能就是没有专门的或通用的设备驱动程序，因很可能就是没有专门的或通用的设备驱动程序，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，使得设备无法正常或者设备驱动程序设计有问题，使得设备无法正常或者设备驱动程序设计有问题，使得设备无法正常或者设备驱动程序设计有问题，使得设备无法正常工作。工作。工作。工作。12设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配 设备映射设备映射设备驱动设备驱动I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理 13I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理oo为

12、为为为了了了了缓缓缓缓和和和和处处处处理理理理机机机机与与与与外外外外部部部部设设设设备备备备间间间间速速速速度度度度不不不不匹匹匹匹配配配配的的的的矛矛矛矛盾盾盾盾，提提提提高高高高处处处处理理理理机机机机和和和和外外外外部部部部设设设设备备备备间间间间的的的的并并并并行行行行性性性性，现现现现代代代代操操操操作作作作系系系系统统统统大都在设备管理部分引入了大都在设备管理部分引入了大都在设备管理部分引入了大都在设备管理部分引入了缓冲技术缓冲技术缓冲技术缓冲技术。oo通常，缓冲区是指通常，缓冲区是指通常，缓冲区是指通常，缓冲区是指内存内存内存内存中的若干区域，用于缓存进中的若干区域，用于缓存进

13、中的若干区域，用于缓存进中的若干区域，用于缓存进程与外部设备间的数据传输。又称为程与外部设备间的数据传输。又称为程与外部设备间的数据传输。又称为程与外部设备间的数据传输。又称为I/OI/OI/OI/O缓冲区。缓冲区。缓冲区。缓冲区。ooI/OI/OI/OI/O缓冲区管理的任务是：组织缓冲区管理的任务是：组织缓冲区管理的任务是：组织缓冲区管理的任务是：组织I/OI/OI/OI/O缓冲区，并为使缓冲区，并为使缓冲区，并为使缓冲区，并为使用者提供获得和释放用者提供获得和释放用者提供获得和释放用者提供获得和释放I/OI/OI/OI/O缓冲区的手段。缓冲区的手段。缓冲区的手段。缓冲区的手段。14通用设备

14、管理分层模型通用设备管理分层模型 oo将将设设备备管管理理功功能能模模块块分分为为设设备备硬硬件件无无关关以以及及设备设备硬件相关硬件相关两个层次。两个层次。oo设设备备硬硬件件无无关关层层主主要要实实现现：I/OI/O缓缓冲冲区区管管理理以以及及设设备备映映射射功功能能。该该层层与与设设备备用用法法有有关关，与设备硬件无关。与设备硬件无关。oo一一般般地地，根根据据设设备备的的用用法法，该该层层也也可可视视作作虚虚拟存储系统、文件系统或通信系统的一部分。拟存储系统、文件系统或通信系统的一部分。15通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型 oo设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件相相相相关关关关层

15、层层层将将将将设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件无无无无关关关关层层层层与与与与设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件隔隔隔隔离离离离开来。开来。开来。开来。oo从从从从设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件无无无无关关关关层层层层的的的的角角角角度度度度看看看看，设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件相相相相关关关关层层层层为为为为其其其其提提提提供供供供了了了了一一一一个个个个相相相相对对对对简简简简洁洁洁洁的的的的I/OI/OI/OI/O功功功功能能能能接接接接口口口口；该该该该接接接接口口口口屏屏屏屏蔽蔽蔽蔽了设备硬件复杂的操作细节。了设备硬件复杂的操作细节。了设备硬件复杂的操作细节。了设备硬件复杂的操作

16、细节。oo从从从从设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件相相相相关关关关层层层层的的的的内内内内部部部部看看看看，该该该该层层层层主主主主要要要要实实实实现现现现设设设设备备备备驱驱驱驱动功能。毫无疑问，该层与设备硬件密切相关。动功能。毫无疑问，该层与设备硬件密切相关。动功能。毫无疑问，该层与设备硬件密切相关。动功能。毫无疑问，该层与设备硬件密切相关。16通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型用户进程用户进程用户进程用户进程设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件设备硬件设备硬件设备硬件17支持中断的设备管理模型支持中

17、断的设备管理模型 用户进程用户进程用户进程用户进程设备硬件设备硬件设备硬件设备硬件内核中断内核中断内核中断内核中断管理模块管理模块管理模块管理模块I/OI/OI/OI/O请求请求请求请求IOCSIOCSIOCSIOCS资源等待队列资源等待队列资源等待队列资源等待队列I/OI/OI/OI/O等待队列等待队列等待队列等待队列设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序启动过程启动过程启动过程启动过程|继续过程继续过程继续过程继续过程设备中断设备中断设备中断设备中断184.2 4.2 计算机计算机I/OI/O子系统的组成子系统的组成 19总线型总线型I/OI/O系统的结构系统的结构处理机处理机处

18、理机处理机I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备系统总线系统总线系统总线系统总线内存内存内存内存20通道型通道型I/OI/O系统的结构系统的结构处理机处理机处理机处理机I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道系统总线系统总线系统总线系统总线内存内存内存内存I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道I/OI/OI/OI/

19、O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备21具有控制器的具有控制器的I/OI/O系统结构系统结构 oo传统的设备传统的设备传统的设备传统的设备=机械部分机械部分机械部分机械部分+电子部分电子部分电子部分电子部分oo电电电电子子子子部部部部分分分分在在在在系系系系统统统统的的的的控控控控制制制制下下下下驱驱驱驱动动动动机机机机械械械械部部部部分分分分运运运运转转转转，完完完完成成成成I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。oo由由由由于于于于设设设设备备备备中中中中电电电电子子子子部部部部分

20、分分分比比比比机机机机械械械械部部部部分分分分的的的的速速速速度度度度快快快快得得得得多多多多。为为为为了了了了降降降降低低低低硬硬硬硬件件件件成成成成本本本本，将将将将电电电电子子子子部部部部分分分分从从从从设设设设备备备备中中中中分分分分离离离离出出出出来来来来作作作作为一个独立的部件，这就是为一个独立的部件，这就是为一个独立的部件，这就是为一个独立的部件，这就是控制器控制器控制器控制器。oo分分分分离离离离之之之之后后后后的的的的设设设设备备备备仅仅仅仅由由由由机机机机械械械械部部部部分分分分构构构构成成成成，一一一一个个个个控控控控制制制制器器器器可可可可与与与与多多多多个个个个设设设

21、设备备备备相相相相连连连连，交交交交替替替替地地地地或或或或分分分分时时时时地地地地控控控控制制制制与与与与其其其其相相相相连连连连的的的的设备。例如，磁盘控制器可以控制多个磁盘驱动器。设备。例如，磁盘控制器可以控制多个磁盘驱动器。设备。例如，磁盘控制器可以控制多个磁盘驱动器。设备。例如，磁盘控制器可以控制多个磁盘驱动器。22具有控制器的具有控制器的I/OI/O系统结构系统结构处理机处理机处理机处理机控制器控制器控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道系统总线系统总线系统总线系统总线内存内存内存内存I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道控制

22、器控制器控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备23设备的控制设备的控制设备的寻址与操作设备的寻址与操作oo从从处处理理机机的的角角度度看看，各各种种外外部部设设备备可可以以看看作作是由一组设备寄存器组成的。是由一组设备寄存器组成的。oo常常见见的的设设备备寄寄存存器器有有：操操作作方方式式寄寄存存器器、命命令寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。令寄存器、数据寄存器、状态寄存器等

23、。oo为了使为了使CPUCPU能够寻址这些设备寄存器，硬件能够寻址这些设备寄存器，硬件平台引入了平台引入了I/OI/O端口地址的概念。端口地址的概念。24设备的控制设备的控制设备的寻址与操作设备的寻址与操作ooI/OI/OI/OI/O端口地址的编址方式有两种：端口地址的编址方式有两种：端口地址的编址方式有两种：端口地址的编址方式有两种：（1 1 1 1）将设备寄存器与内存物理单元统一编址；）将设备寄存器与内存物理单元统一编址；）将设备寄存器与内存物理单元统一编址；）将设备寄存器与内存物理单元统一编址；（2 2 2 2）独立于内存物理地址为设备寄存器编址。）独立于内存物理地址为设备寄存器编址。）

24、独立于内存物理地址为设备寄存器编址。）独立于内存物理地址为设备寄存器编址。oo无无无无论论论论一一一一个个个个设设设设备备备备是是是是否否否否由由由由多多多多个个个个控控控控制制制制器器器器控控控控制制制制，或或或或者者者者一一一一个个个个控控控控制制制制器器器器控控控控制制制制了了了了多多多多少少少少个个个个设设设设备备备备，每每每每一一一一个个个个设设设设备备备备都都都都能能能能通通通通过过过过这这这这些些些些寄存器的地址唯一确定。寄存器的地址唯一确定。寄存器的地址唯一确定。寄存器的地址唯一确定。25设备的控制设备的控制即插即用即插即用即插即用即插即用 oo随着外部设备种类增加，设备间极可

25、能发生随着外部设备种类增加，设备间极可能发生冲突。即，设备使用的中断号、冲突。即，设备使用的中断号、DMADMA、内存、内存地址、端口地址可能因相同或重叠而导致设地址、端口地址可能因相同或重叠而导致设备无法正常工作。备无法正常工作。oo手工调整这些设备的相关参数要求用户具有手工调整这些设备的相关参数要求用户具有较多的计算机硬件知识，并对系统配置的硬较多的计算机硬件知识，并对系统配置的硬件有较全面的了解。件有较全面的了解。26设备的控制设备的控制即插即用即插即用即插即用即插即用oo顾顾名名思思义义是是指指，插插上上了了就就可可使使用用，不不需需要要用用户进行其它设置。户进行其它设置。oo“即即插

26、插即即用用”技技术术取取消消了了跳跳线线和和软软件件配配置置程程序序，当当用用户户插插入入一一个个“即即插插即即用用”适适配配卡卡或或设设备备时时，“即即插插即即用用”功功能能就就可可以以自自动动进进行行检检测测，配配置置相相应应的的接接口口参参数数，并并安安装装相相应应的的驱动程序。驱动程序。27设备的控制设备的控制即插即用即插即用即插即用即插即用oo对已安装硬件的自动和动态识别对已安装硬件的自动和动态识别包包包包括括括括系系系系统统统统初初初初始始始始安安安安装装装装时时时时、两两两两次次次次系系系系统统统统启启启启动动动动之之之之间间间间以以以以及及及及运运运运行行行行时时时时发发发发生

27、生生生的的的的硬硬硬硬件件件件事件（如笔记本的对接事件（如笔记本的对接事件（如笔记本的对接事件（如笔记本的对接/分离以及设备的插入分离以及设备的插入分离以及设备的插入分离以及设备的插入/拔出）的响应；拔出）的响应；拔出）的响应；拔出）的响应；oo配合操作系统分配配合操作系统分配/再分配硬件资源再分配硬件资源 oo加载相应的驱动程序。加载相应的驱动程序。当当当当系系系系统统统统中中中中加加加加入入入入新新新新设设设设备备备备时时时时，如如如如果果果果操操操操作作作作系系系系统统统统中中中中没没没没有有有有集集集集成成成成相相相相应应应应设设设设备备备备的的的的驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序，则

28、则则则会会会会要要要要求求求求用用用用户户户户指指指指定定定定驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序的的的的位位位位置置置置并并并并完完完完成成成成驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序的的的的安装。安装。安装。安装。28设备驱动程序设备驱动程序oo设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序一一一一般般般般由由由由设设设设备备备备制制制制造造造造商商商商提提提提供供供供，不不不不包包包包含含含含在在在在操操操操作系统中。作系统中。作系统中。作系统中。oo但但但但是是是是，为为为为了了了了方方方方便便便便用用用用户户户户，操操操操作作作作系系系系统统统统软软软软件件件件包包包包中中中中通通通通常常常常

29、会会会会集集集集成成成成提提提提供供供供标标标标准准准准的的的的、通通通通用用用用的的的的或或或或者者者者流流流流行行行行的的的的、常常常常用用用用设设设设备备备备厂厂厂厂商商商商的设备驱动程序供用户选择。的设备驱动程序供用户选择。的设备驱动程序供用户选择。的设备驱动程序供用户选择。oo从从从从系系系系统统统统分分分分层层层层的的的的观观观观点点点点来来来来讲讲讲讲，设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序可可可可以以以以是是是是操操操操作作作作系统的一部分，也可以被认为是硬件设备的一部分。系统的一部分，也可以被认为是硬件设备的一部分。系统的一部分，也可以被认为是硬件设备的一部分。系统

30、的一部分，也可以被认为是硬件设备的一部分。29I/O控制方式控制方式程序程序程序程序I/OI/O方式方式方式方式 oo在在早早期期的的计计算算机机系系统统中中，由由于于没没有有中中断断装装置置，处处理理机机对对于于I/O设设备备的的控控制制采采取取程程序序I/O方方式式oo也称忙等待方式或循环测试方式。也称忙等待方式或循环测试方式。oo对于读操作，这种方式的基本工作过程为：对于读操作，这种方式的基本工作过程为：30处处处处理理理理机机机机向向向向设设设设备备备备(或或或或设设设设备备备备控控控控制制制制器器器器)发发发发出出出出一一一一条条条条I/OI/O指指指指令令令令启启启启动动动动设设设

31、设备备备备、输输输输入入入入数数数数据据据据，同同同同时时时时将将将将状状状状态态态态寄寄寄寄存存存存器器器器中中中中的的的的“忙忙忙忙”标志置为标志置为标志置为标志置为1 1。处处处处理理理理机机机机不不不不断断断断地地地地循循循循环环环环测测测测试试试试忙忙忙忙标标标标志志志志，直直直直到到到到忙忙忙忙标标标标志志志志变变变变为为为为0 0；处处处处理理理理机机机机通通通通过过过过I/OI/O读读读读指指指指令令令令将将将将数数数数据据据据从从从从数数数数据据据据寄寄寄寄存存存存器器器器中中中中取取取取出，送入内存中指定单元；出，送入内存中指定单元；出，送入内存中指定单元；出，送入内存中指

32、定单元；若若若若数数数数据据据据已已已已读读读读完完完完，则则则则结结结结束束束束本本本本过过过过程程程程，否否否否则则则则转转转转，继继继继续续续续读下一个数据。读下一个数据。读下一个数据。读下一个数据。oo在在在在程程程程序序序序I/OI/O方方方方式式式式中中中中，由由由由于于于于处处处处理理理理机机机机的的的的速速速速度度度度非非非非常常常常快快快快，而而而而设设设设备备备备的的的的速速速速度度度度相相相相对对对对较较较较慢慢慢慢，使使使使得得得得处处处处理理理理机机机机的的的的绝绝绝绝大大大大部部部部分分分分时时时时间间间间都都都都处处处处于于于于等等等等待待待待设设设设备备备备完完

33、完完成成成成数数数数据据据据I/OI/O的的的的循循循循环环环环测测测测试试试试中中中中，造成对造成对造成对造成对CPUCPU的极大浪费。的极大浪费。的极大浪费。的极大浪费。31I/O控制方式控制方式中断中断中断中断I/OI/O方式方式方式方式oo对于读操作，中断方式的基本工作过程为：对于读操作，中断方式的基本工作过程为：对于读操作，中断方式的基本工作过程为：对于读操作，中断方式的基本工作过程为：处处处处理理理理机机机机向向向向设设设设备备备备(或或或或设设设设备备备备控控控控制制制制器器器器)发发发发出出出出一一一一条条条条I/OI/OI/OI/O指指指指令令令令，启动设备，输入数据；启动设

34、备，输入数据；启动设备，输入数据；启动设备，输入数据；处理机完成其它工作，设备准备数据；处理机完成其它工作，设备准备数据；处理机完成其它工作，设备准备数据；处理机完成其它工作，设备准备数据；当当当当设设设设备备备备准准准准备备备备好好好好数数数数据据据据并并并并将将将将数数数数据据据据存存存存入入入入数数数数据据据据寄寄寄寄存存存存器器器器，向向向向处理机发中断信号，告之数据已准备好；处理机发中断信号，告之数据已准备好；处理机发中断信号，告之数据已准备好；处理机发中断信号，告之数据已准备好；处处处处理理理理机机机机响响响响应应应应中中中中断断断断请请请请求求求求，从从从从数数数数据据据据寄寄寄

35、寄存存存存器器器器中中中中将将将将数数数数据据据据取取取取出，送入内存的指定单元；出，送入内存的指定单元；出，送入内存的指定单元；出，送入内存的指定单元；若数据已读完，结束。否则，转若数据已读完，结束。否则，转若数据已读完，结束。否则，转若数据已读完，结束。否则，转，继续。，继续。，继续。，继续。oo中中中中断断断断方方方方式式式式控控控控制制制制I/OI/OI/OI/O的的的的优优优优点点点点在在在在于于于于，设设设设备备备备与与与与处处处处理理理理机机机机并并并并行行行行，提提提提高高高高了了了了处处处处理理理理机机机机的的的的利利利利用用用用率率率率。性性性性能能能能优优优优于于于于程程

36、程程序序序序控控控控制制制制I/OI/OI/OI/O方方方方式。式。式。式。32I/O控制方式控制方式DMADMA方式方式方式方式oo中断中断中断中断I/OI/O比程序比程序比程序比程序I/OI/O方式高效，但以字方式高效，但以字方式高效，但以字方式高效，但以字/字节为传字节为传字节为传字节为传输单位。每完成一个字输单位。每完成一个字输单位。每完成一个字输单位。每完成一个字/字节的传输，设备均要向字节的传输，设备均要向字节的传输，设备均要向字节的传输，设备均要向CPUCPU请求一次中断。请求一次中断。请求一次中断。请求一次中断。oo对于块设备而言，这种方式的效率还是显得有些低对于块设备而言，这

37、种方式的效率还是显得有些低对于块设备而言，这种方式的效率还是显得有些低对于块设备而言，这种方式的效率还是显得有些低下。因为，频繁的、大量的中断所累积的开销很大。下。因为，频繁的、大量的中断所累积的开销很大。下。因为，频繁的、大量的中断所累积的开销很大。下。因为，频繁的、大量的中断所累积的开销很大。oo为了进一步减少处理机对为了进一步减少处理机对为了进一步减少处理机对为了进一步减少处理机对I/OI/O事务的干预，出现了事务的干预，出现了事务的干预，出现了事务的干预，出现了 DMADMA（Direct Memory Access)Direct Memory Access)直接存储器直接存储器直接存

38、储器直接存储器访问访问访问访问方式。方式。方式。方式。33DMADMA的特点的特点oo数据传输的基本单位是数据传输的基本单位是数据块数据块；oo数数据据直直接接从从设设备备送送入入内内存存，或或者者直直接接从从内内存存送入设备；送入设备；oo仅仅在在传传送送一一个个或或多多个个数数据据块块的的开开始始和和结结束束时时，才需要处理机的干预。才需要处理机的干预。oo与与中中断断方方式式相相比比，DMADMA方方式式大大大大减减少少了了数数据据I/OI/O对对处处理理机机的的占占用用，进进一一步步提提高高了了处处理理机机的的利利用用率率，提提高高了了处处理理机机和和I/OI/O设设备备的的并并行行操

39、作能力。操作能力。34I/O控制方式控制方式I/OI/OI/OI/O通道方式通道方式通道方式通道方式oo通通通通道道道道相相相相当当当当于于于于一一一一个个个个功功功功能能能能单单单单纯纯纯纯的的的的处处处处理理理理机机机机，专专专专门门门门用用用用于于于于处处处处理理理理I/OI/OI/OI/O操操操操作作作作。通通通通道道道道有有有有自自自自己己己己的的的的运运运运控控控控部部部部件件件件和和和和指指指指令令令令系系系系统统统统，但但但但没没没没有有有有专专专专门门门门的的的的内内内内存存存存，而而而而是是是是通通通通过过过过“周周周周期期期期窃窃窃窃用用用用”方方方方式式式式与与与与主主

40、主主机共享内存。机共享内存。机共享内存。机共享内存。oo通道通过执行通道程序来完成通道通过执行通道程序来完成通道通过执行通道程序来完成通道通过执行通道程序来完成I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。通通通通道道道道程程程程序序序序是是是是通通通通道道道道指指指指令令令令的的的的有有有有序序序序序序序序列列列列，它它它它由由由由系系系系统统统统中中中中的的的的输输输输入入入入/输输输输出出出出进进进进程程程程根根根根据据据据用用用用户户户户进进进进程程程程的的的的I/OI/OI/OI/O要要要要求求求求来来来来确确确确定定定定，可可可可以以以以是是是是事事事事先先先先编编编编制制制制好

41、好好好的的的的程程程程序序序序段段段段，也也也也可可可可以以以以动动动动态态态态产产产产生生生生。通通通通道道道道程程程程序序序序以以以以及及及及需需需需要要要要与与与与设设设设备备备备交交交交换换换换的的的的数数数数据据据据均均均均放放放放置置置置在内存中。在内存中。在内存中。在内存中。35I/O控制方式控制方式I/OI/OI/OI/O通道方式通道方式通道方式通道方式oo一一一一条条条条通通通通道道道道指指指指令令令令可可可可以以以以传传传传送送送送一一一一组组组组数数数数据据据据，一一一一个个个个通通通通道道道道程程程程序序序序可可可可以以以以传传传传送送送送多多多多组组组组数数数数据据据

42、据。多多多多组组组组数数数数据据据据全全全全部部部部传传传传送送送送完完完完毕毕毕毕后后后后(即即即即一一一一个通道程序执行完毕个通道程序执行完毕个通道程序执行完毕个通道程序执行完毕)，才向处理机发出一次中断。，才向处理机发出一次中断。，才向处理机发出一次中断。，才向处理机发出一次中断。oo通通通通道道道道不不不不仅仅仅仅可可可可以以以以传传传传送送送送数数数数据据据据，更更更更重重重重要要要要的的的的是是是是它它它它还还还还完完完完成成成成对对对对设设设设备备备备的的的的控控控控制制制制。在在在在通通通通道道道道的的的的协协协协助助助助下下下下，主主主主机机机机只只只只需需需需发发发发出出出

43、出一一一一个个个个启启启启动动动动通通通通道道道道、执执执执行行行行通通通通道道道道程程程程序序序序的的的的指指指指令令令令即即即即可可可可。主主主主机机机机仅仅仅仅与与与与通通通通道道道道直直直直接接接接通通通通信信信信，不不不不必必必必考考考考虑虑虑虑设设设设备备备备的的的的具具具具体体体体控控控控制制制制以以以以及及及及如如如如何何何何完完完完成成成成数据传送等问题，从而大大减轻了主机的负担。数据传送等问题，从而大大减轻了主机的负担。数据传送等问题，从而大大减轻了主机的负担。数据传送等问题，从而大大减轻了主机的负担。364.3 4.3 设备分类设备分类 37设备类型设备类型oo根根据据外

44、外部部设设备备的的用用途途不不同同，可可以以将将其其分分为为输输入入/输出型设备输出型设备与与存储型设备存储型设备；oo根根据据外外设设传传输输的的基基本本数数据据单单位位不不同同，可可以以将将设备分为设备分为块型设备块型设备与与字符型设备字符型设备；oo按按照照资资源源管管理理的的方方式式不不同同，可可以以将将设设备备分分为为独占型设备独占型设备和和共享型设备共享型设备。38输入输入/输出型输出型 VS 存储型设备存储型设备 oo输输入入/输输出出型型设设备备：键键盘盘、鼠鼠标标、显显示示器器、读读卡卡机机、扫扫描描仪仪、打打印印机机、绘绘图图仪仪、数数码码相相机等。机等。oo存储型设备：磁

45、带机、磁鼓机、磁盘机等。存储型设备：磁带机、磁鼓机、磁盘机等。可用作输入，也可以用作输出。主要用于长可用作输入，也可以用作输出。主要用于长期保存信息，但需要管理其上的存储空间。期保存信息，但需要管理其上的存储空间。oo可以在存储设备上可以建立文件系统，有组可以在存储设备上可以建立文件系统，有组织、有结构地长期存储信息。织、有结构地长期存储信息。39块型设备块型设备 VS VS 字符型设备字符型设备oo块块型型设设备备通通常常就就是是存存储储型型设设备备。这这类类设设备备由由若干长度相同的块构成。若干长度相同的块构成。oo一一块块的的长长度度通通常常为为2 2n n个个字字节节，如如256B25

46、6B、512B512B、1024B1024B等等。对对这这类类设设备备来来说说，块块是是存存储储分分配配的基本单位，也是的基本单位，也是I/OI/O传输的基本单位。传输的基本单位。oo字字符符型型设设备备通通常常就就是是输输入入/输输出出型型设设备备。这这类设备类设备I/OI/O传输的基本单位是字节。传输的基本单位是字节。40独占型独占型 VS VS 共享型设备共享型设备oo独占型设备包括所有的字符型设备及磁带机。独占型设备包括所有的字符型设备及磁带机。独占型设备包括所有的字符型设备及磁带机。独占型设备包括所有的字符型设备及磁带机。任意时间段内最多只能被一个进程占用。任意时间段内最多只能被一个

47、进程占用。任意时间段内最多只能被一个进程占用。任意时间段内最多只能被一个进程占用。使使使使用用用用时时时时，进进进进程程程程首首首首先先先先向向向向系系系系统统统统申申申申请请请请，可可可可能能能能进进进进入入入入阻阻阻阻塞塞塞塞状状状状态态态态。当当当当设设设设备备备备可可可可用用用用时时时时，唤唤唤唤醒醒醒醒一一一一个个个个等等等等待待待待进进进进程程程程。使使使使用用用用完完完完毕毕毕毕以以以以后后后后，进进进进程程程程必必必必须须须须释释释释放放放放设设设设备。备。备。备。oo共享型设备包括除磁带机以外的所有块型设备。共享型设备包括除磁带机以外的所有块型设备。共享型设备包括除磁带机以外

48、的所有块型设备。共享型设备包括除磁带机以外的所有块型设备。I/O I/O I/O I/O传输单位：块传输单位：块传输单位：块传输单位：块 宏观上，一个共享型设备可以被多个进程同时占用；微观上，宏观上，一个共享型设备可以被多个进程同时占用；微观上，宏观上，一个共享型设备可以被多个进程同时占用；微观上，宏观上，一个共享型设备可以被多个进程同时占用；微观上，多个进程交替使用同一设备。多个进程交替使用同一设备。多个进程交替使用同一设备。多个进程交替使用同一设备。进程使用这类设备时，无须申请或释放设备，也不存在某个进程使用这类设备时，无须申请或释放设备，也不存在某个进程使用这类设备时，无须申请或释放设备

49、，也不存在某个进程使用这类设备时，无须申请或释放设备，也不存在某个进程占用设备的问题。进程占用设备的问题。进程占用设备的问题。进程占用设备的问题。414.4 4.4 设备分配设备分配 42oo分配：设备、控制器和通道分配：设备、控制器和通道oo需要记录与他们相关的信息。包括：资源标需要记录与他们相关的信息。包括：资源标识、物理连接情况、占有进程、等待进程等。识、物理连接情况、占有进程、等待进程等。oo具体实现时，可以将其分为设备控制块、控具体实现时，可以将其分为设备控制块、控制器控制块和通道控制块。制器控制块和通道控制块。oo这些控制块中包含的信息在不同的系统中会这些控制块中包含的信息在不同的

50、系统中会有所不同有所不同 43设备控制块设备控制块UCB(Unit Control Block)(Unit Control Block)设备标识设备标识设备标识设备标识设备状态设备状态设备状态设备状态相连的控制器相连的控制器相连的控制器相连的控制器重试次数重试次数重试次数重试次数(I/O(I/O(I/O(I/O出错时的重试次数出错时的重试次数出错时的重试次数出错时的重试次数)占有设备的进程占有设备的进程占有设备的进程占有设备的进程设备等待队列设备等待队列设备等待队列设备等待队列(指向等待本设备的等待队列指向等待本设备的等待队列指向等待本设备的等待队列指向等待本设备的等待队列)通路待队列通路待队