操作系統(tǒng)概念第十五講 設備管理（1）

OperatingSystemConceptionDavidfu回顧文件系統(tǒng)的邏輯結構分為幾類？物理結構分為幾類？文件系統(tǒng)的存取控制有幾種方法？OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要設備管理概述數(shù)據(jù)傳輸控制方式中斷技術OperatingSystemConceptionDavidfu設備分類按設備使用特性分類：存儲設備、I/O設備、終端設備、脫機設備按從屬關系分類：系統(tǒng)設備、用戶設備按設備的資源管理分類：獨占設備、共享設備、虛擬設備按信息的交換單位分類：塊設備、字符設備OperatingSystemConceptionDavidfu設備管理功能設備分配按照設備類型和相應的控制算法將設備分配給申請的進程，將未分配到設備的進程放入等待隊列。設備處理提供進程管理系統(tǒng)的接口，當進程要求設備資源時，建立進程通信接口設備獨立性以及并行操作性為用戶提供友好的透明接口，屏蔽了具體硬件設備的細節(jié)緩沖管理CPU的執(zhí)行速度和內存的訪問速度較高，而設備的數(shù)據(jù)存取速度較低。系統(tǒng)通過建立緩沖區(qū)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存取的平衡，從而提高CPU的利用率。OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要設備管理概述數(shù)據(jù)傳輸控制方式中斷技術OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式程序直接控制方式（programmeddirectcontrol):由用戶進程直接控制內存或CPU和外圍設備之間的信息傳送。OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式接收到“Start”命令接收和發(fā)送數(shù)據(jù)準備準備完畢標志觸發(fā)器置“Done”等待CPU來的下一條指令CPU發(fā)“start”命令等待執(zhí)行下條指令開始數(shù)據(jù)傳送標志觸發(fā)器為“Done”？否是否是外圍設備OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式優(yōu)點：控制簡單，不需要較多硬件支持缺點：CPU和外圍設備只能串行工作CPU在一段時間內只能和一臺外圍設備進行數(shù)據(jù)交換，執(zhí)行效率低OperatingSystemConceptionDavidfu中斷處理過程設備接收CPU發(fā)來的Start指令緩沖寄存器滿嗎？控制器發(fā)送中斷信號CPU向設備發(fā)送Start指令中斷允許位置1其他進程執(zhí)行中斷處理被中斷進程執(zhí)行收到中斷信號？中斷控制方式否是否是中斷請求線OperatingSystemConceptionDavidfu中斷方式優(yōu)點：與程序直接控制方式相比，使CPU的利用率大大提高支持多道程序和設備的并行操作缺點：由于中斷次數(shù)較多，處理中斷將耗去大量CPU處理時間在并行操作情況下，中斷次數(shù)急劇增加可能造成CPU無法響應中斷而出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。外圍設備速度很高，導致CPU來不及取走數(shù)據(jù)而丟失OperatingSystemConceptionDavidfuDMA方式DMA方式：在外圍設備和內存之間開辟直接數(shù)據(jù)交換通道。DMA方式挪用CPU的一個工作周期把數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)直接送到地址寄存器所指向的內存區(qū)域中OperatingSystemConceptionDavidfuDMA數(shù)據(jù)傳送處理過程DMA控制器接收到Start啟動設備準備數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器將緩沖寄存器的內容送入內存改變傳送字節(jié)數(shù)寄存器和內存地址寄存器的內容傳送字節(jié)數(shù)＝0？發(fā)中斷信號停止I/O操作發(fā)Start指令設置相應寄存器允許中斷位當進程等待，調度其他進程運行被調度的進程執(zhí)行接收到中斷信號？進行中斷處理設備CPU否是OperatingSystemConceptionDavidfuDMA方式的特點DMA方式與中斷方式的主要區(qū)別：中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存器滿之后發(fā)中斷要求CPU進行中斷處理DMA方式則是在所要求轉送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結束時要求CPU進行中斷處理缺點：當外圍設備管理的控制越來越復雜，多個DMA控制器同時使用顯然會引起內存地址的沖突并使控制復雜化OperatingSystemConceptionDavidfu通道控制方式通道定義：通道是一個獨立于CPU的專管輸入輸出控制的處理機，它控制設備與內存直接進行數(shù)據(jù)交換。有自己的通道指令，這些通道指令受CPU啟動，并在操作結束時向CPU發(fā)中斷信號通道指令：通道指令一般包含交換數(shù)據(jù)在內存中的位置、傳送方向、數(shù)據(jù)塊長度以及被控制的I/O設備的地址信息等OperatingSystemConceptionDavidfu通道控制方式處理過程通道接收到Start讀出內存中通道指令設置I/O控制寄存器中的狀態(tài)寄存器設備根據(jù)通道指令，發(fā)送數(shù)據(jù)傳送字節(jié)數(shù)＝0？發(fā)中斷信號停止I/O操作發(fā)Start指令指明I/O操作設備號和對應通道當進程等待，調度其他進程運行被調度的進程執(zhí)行接收到中斷信號？進行中斷處理設備CPU否是否是OperatingSystemConceptionDavidfu通道方式傳輸數(shù)據(jù)的特點通道方式與DMA方式的區(qū)別：在DMA方式中，數(shù)據(jù)的傳送方向、存放數(shù)據(jù)的內存起始地址以及傳送數(shù)據(jù)塊長度等都由CPU控制在通道方式中，這些都由專管輸入輸出的硬件－通道來完成。DMA方式中，每臺設備都至少有一個DMA控制器與之相對應通道方式可以做到一個通道控制多臺設備與內存進行數(shù)據(jù)交換，從而減輕了CPU的工作負擔。OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要設備管理概述數(shù)據(jù)傳輸控制方式中斷技術OperatingSystemConceptionDavidfu中斷技術（2）開中斷：CPU內部處理機狀態(tài)字PSW的中斷允許位可以設置使CPU接收中斷或禁止中斷，接收中斷稱為開中斷。關中斷：設置PSW中斷允許位，禁止中斷，稱為關中斷。中斷屏蔽：指再中斷請求產生后，系統(tǒng)使用軟件方式有選擇的封鎖部分中斷而允許其余部分中斷仍能得到響應。有的中斷不允許關中斷和中斷屏蔽，如電源調電中斷。OperatingSystemConceptionDavidfu中斷技術（3）根據(jù)中斷源產生的條件,可以分為：外中斷：來自處理機和內存外部的中斷。I/O中斷，外部信號中斷，定時器中斷以及調試中斷內中斷：處理機和內存內部產生的中斷，內中斷一般也稱為陷阱（trap）地址非法、校驗錯、頁面失效、存取訪問控制錯，除零錯等。OperatingSystemConceptionDavidfu中斷技術（6）判斷中斷響應文件關中斷保存被中斷現(xiàn)場分析中斷原因轉中斷處理子程序執(zhí)行中斷處理子程序恢復現(xiàn)場開中斷返回中斷點OperatingSystemConceptionDavidfu系統(tǒng)發(fā)生中斷的種類進程調度中斷時鐘中斷電源失效和故障中斷設備中斷OperatingSystemConceptionDavidfu課堂作業(yè)通道又稱為I/O處理機，它用于實現(xiàn)之間的信息傳輸內