1、執(zhí)行操作系統(tǒng)原理教程，第5章設(shè)備管理，本章教育目標(biāo)，設(shè)備管理的主要功能掌握投入產(chǎn)出控制三種方式掌握緩沖技術(shù)和輪詢技術(shù)掌握設(shè)備的分配設(shè)備的處理，本章教育內(nèi)容，設(shè)備管理概要投入產(chǎn)出系統(tǒng)設(shè)備分配和資源再生設(shè)備處理設(shè)備管理采用的技術(shù)， 設(shè)備管理概要設(shè)備管理的塔斯克設(shè)備管理的主要功能設(shè)備分類、設(shè)備管理的塔斯克是完成用戶的I/O要求，為用戶分配I/O設(shè)備，提高電腦CPU和I/O設(shè)備的利用率，提高I/O設(shè)備的速度，使用戶易于使用I/O設(shè)備。 設(shè)備管理的主要功能，緩沖管理管理各種類型的緩沖器，調(diào)整各種設(shè)備的工作速度，提高系統(tǒng)的使用效率。 其實(shí)現(xiàn)反應(yīng)歷程是采用不同類型的緩沖反應(yīng)歷程。 解老虎鉗分配根據(jù)來自用戶的

2、I/O請(qǐng)求，被分配所需的解老虎鉗。 其實(shí)現(xiàn)反應(yīng)歷程是配置設(shè)備控制表、控制器控制表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 解老虎鉗處理實(shí)現(xiàn)電腦CPU和解老虎鉗支重輪之間的通訊。 其實(shí)現(xiàn)反應(yīng)歷程通過對(duì)應(yīng)的處理程序來實(shí)現(xiàn)。 虛擬數(shù)據(jù)老虎鉗是將一次只能使用一個(gè)進(jìn)程的物理數(shù)據(jù)老虎鉗改造為可供多個(gè)進(jìn)程共享給云同步的數(shù)據(jù)老虎鉗。數(shù)據(jù)老虎鉗分類、數(shù)據(jù)老虎鉗依賴分類系統(tǒng)數(shù)據(jù)老虎鉗和用戶數(shù)據(jù)老虎鉗操作特性分類老虎鉗可以將存儲(chǔ)設(shè)備和I/O設(shè)備共享屬性分類設(shè)備分類為共享設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備。 按信息交換單位進(jìn)行分類時(shí)，可以將數(shù)據(jù)老虎鉗分為子搖滾樂老虎鉗和字符設(shè)備。 投入產(chǎn)出系統(tǒng)、I/O系統(tǒng)的構(gòu)成I/O去老虎鉗、支重輪I/O通道、I/O系統(tǒng)

3、的控制方式、I/O系統(tǒng)的構(gòu)成、微機(jī)I/O系統(tǒng)微機(jī)的I/O系統(tǒng)一般采用總線I/O系統(tǒng)構(gòu)成，如圖5-1所示。 男公關(guān)I/O系統(tǒng)有通道的I/O系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5-2所示。 其中，I/O系統(tǒng)共分為4級(jí)：最低級(jí)別為I/O去老虎鉗，次最低級(jí)別為去老虎鉗控制支重輪，次最高級(jí)別為I/O通道，最高級(jí)別為男公關(guān)。 I/o decont支重輪、decont支重輪的概念decont支重輪是電腦CPU和周邊decont老虎鉗之間的接口，是可尋址的設(shè)備，各地址與設(shè)備對(duì)應(yīng)。 解老虎鉗命令支重輪的功能命令的接收和識(shí)別數(shù)據(jù)交換了解數(shù)據(jù)老虎鉗的狀態(tài)和報(bào)告地址識(shí)別老虎鉗命令支重輪的配置命令支重輪由以下三部分組成，如圖5-3所示： I

4、/O通道、I/O通道的概念I(lǐng)/O通道是指專門負(fù)責(zé)投入產(chǎn)出定工作的處理器。 I/O通道的分類字節(jié)復(fù)用通道數(shù)據(jù)選擇通道排列復(fù)用通道、I/O系統(tǒng)的控制方式、柱計(jì)程儀直接控制方式、柱計(jì)程儀直接控制方式的概念柱計(jì)程儀直接控制方式也被稱為忙等待方式，在一個(gè)設(shè)備的操作未完成時(shí)， 控制計(jì)程儀程序經(jīng)常檢測(cè)機(jī)器的狀態(tài)，程序直接控制方式的步驟，用戶需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，處理器向去老虎鉗命令支重輪發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)去老虎鉗進(jìn)行輸入。 在數(shù)據(jù)老虎鉗輸入數(shù)據(jù)時(shí)，處理器通過反復(fù)執(zhí)行測(cè)試命令斷續(xù)地檢測(cè)數(shù)據(jù)老虎鉗的狀態(tài)暫存器的值，完成狀態(tài)暫存器的值表示數(shù)據(jù)老虎鉗的輸入后，處理器取出數(shù)據(jù)暫存器的數(shù)據(jù)并發(fā)送到存儲(chǔ)器指定的存儲(chǔ)器單元，

5、啟動(dòng)數(shù)據(jù)老虎鉗如果用戶進(jìn)程需要將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)老虎鉗，也必須發(fā)出啟動(dòng)命令開始輸出數(shù)據(jù)老虎鉗，等待輸出操作完成。 計(jì)程儀柱直接控制方式的特點(diǎn)是工作過程簡(jiǎn)單，電腦CPU利用率低。 中斷控制方式1、中斷控制方式的概念中斷是指在計(jì)算機(jī)執(zhí)行中，在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生異常或意想不到的緊急處理上通告，電腦CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前執(zhí)行中的程序執(zhí)行相應(yīng)的事件處理器，處理結(jié)束后返回原來的中斷目的地繼續(xù)執(zhí)行新的進(jìn)程中斷控制方式2、中斷控制方式的步驟需要輸入數(shù)據(jù)的過程，從電腦CPU發(fā)出啟動(dòng)指令，啟動(dòng)外圍設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)。此命令還會(huì)打開狀態(tài)暫存器的中斷行政許可二進(jìn)制位云同步。 進(jìn)程發(fā)出指令并啟動(dòng)解老虎鉗后，該進(jìn)程將丟棄處理器并等待輸入完

6、成。 因此，進(jìn)程調(diào)度器被調(diào)度為由另一個(gè)就緒進(jìn)程占用該處理器。 輸入完成后，I/O控制支重輪通過中斷請(qǐng)求線向電腦CPU發(fā)出中斷信號(hào)。 當(dāng)接收到中斷信號(hào)時(shí)，電腦CPU轉(zhuǎn)換成解老虎鉗中斷處理程序。 解老虎鉗中斷處理程序?qū)⑤斎霐?shù)據(jù)暫存器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給特定的存儲(chǔ)器針織面料，以便在請(qǐng)求輸入的進(jìn)程中使用。 叫醒云同步等待輸入完成的進(jìn)程，返回被中斷的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。 在以后的某個(gè)時(shí)刻，進(jìn)程調(diào)度器選擇提交請(qǐng)求輸入的進(jìn)程，該進(jìn)程從約定的存儲(chǔ)單元取得數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行處理。 中斷控制方式3、中斷控制方式的特征中斷控制方式與普通計(jì)程儀程序直接控制方式相比，電腦CPU的利用效率提高。 每個(gè)投入產(chǎn)出有一個(gè)數(shù)據(jù)中斷，一次數(shù)據(jù)傳輸

7、需要多次中斷，浪費(fèi)了電腦CPU的處理時(shí)間。 另外，直接存儲(chǔ)器存取控制方式1、直接存儲(chǔ)器存取控制方式的概念是，I/O數(shù)據(jù)老虎鉗的控制通過直接存儲(chǔ)器訪問控制支重輪進(jìn)行，通過直接存儲(chǔ)器訪問控制支重輪，能夠在數(shù)據(jù)老虎鉗和主存儲(chǔ)器之間沒有CPU的干擾地統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。直接存儲(chǔ)器存取控制方式2、直接存儲(chǔ)器存取控制方式的步驟過程要求數(shù)據(jù)老虎鉗輸入一批數(shù)據(jù)時(shí)，電腦CPU將數(shù)據(jù)老虎鉗輸入的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)內(nèi)存地址和傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)作為直接存儲(chǔ)器訪問kont支重輪的地址寄存器，并將中斷位和啟動(dòng)位置設(shè)為1，啟動(dòng)設(shè)備開始數(shù)據(jù)輸入，允許中斷發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求的進(jìn)程成為等待狀態(tài)，進(jìn)程調(diào)度器調(diào)度其他進(jìn)程占用電腦CPU。 輸入數(shù)據(jù)老虎鉗繼

8、續(xù)利用電腦CPU的占空比，繼續(xù)寫入內(nèi)存，直到數(shù)據(jù)暫存器內(nèi)的所有請(qǐng)求的字節(jié)都被傳輸。 直接存儲(chǔ)器訪問控制支重輪在傳輸字節(jié)數(shù)完成時(shí)，經(jīng)由中斷請(qǐng)求線發(fā)送中斷信號(hào)，電腦CPU在接收到中斷信號(hào)時(shí)傳輸中斷處理程序，啟動(dòng)等待輸入完成的進(jìn)程，返回中斷的程序計(jì)程儀。 在此后的某一時(shí)刻，進(jìn)程調(diào)度器選擇進(jìn)行請(qǐng)求輸入的進(jìn)程，該進(jìn)程從指定存儲(chǔ)器的起始地址取出數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。直接存儲(chǔ)器存取控制方式3、直接存儲(chǔ)器存取控制方式的特征I/O數(shù)據(jù)傳輸速度快，電腦CPU負(fù)荷少。 在直接存儲(chǔ)器訪問方式中，數(shù)據(jù)的傳輸方向、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址、傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等由電腦CPU控制。 每個(gè)德老虎鉗都需要一個(gè)直接存儲(chǔ)器訪問控件支重輪。 此外

9、，信道控制方法1、信道控制方法的概念是，以存儲(chǔ)器為中心、數(shù)據(jù)老虎鉗和存儲(chǔ)器直接交換數(shù)據(jù)的控制方法。 電腦CPU僅發(fā)出啟動(dòng)命令就顯示與頻道相對(duì)應(yīng)的操作和I/O去老虎鉗，該命令可以啟動(dòng)頻道，并從存儲(chǔ)器中調(diào)用該頻道來執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的頻道命令。通道控制方式2、通道控制方式的步驟進(jìn)程請(qǐng)求輸入數(shù)據(jù)時(shí)，電腦CPU發(fā)出啟動(dòng)指令，指定I/O動(dòng)作、老虎鉗編號(hào)和對(duì)應(yīng)的通道。 對(duì)應(yīng)的通道接收到來自電腦CPU的啟動(dòng)命令后，讀取存儲(chǔ)器中保存的通道命令計(jì)程儀程序，執(zhí)行通道計(jì)程儀程序，控制設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到存儲(chǔ)器內(nèi)的指定區(qū)域。 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，向電腦CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 電腦CPU一收到中斷信號(hào)就轉(zhuǎn)發(fā)中斷處理程序，調(diào)用等待輸入完成

10、的進(jìn)程，進(jìn)入中斷的程序計(jì)程儀。 在此后的某一時(shí)刻，進(jìn)程調(diào)度器選擇進(jìn)行請(qǐng)求輸入的進(jìn)程，該進(jìn)程從指定存儲(chǔ)器的起始地址取出數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。信道控制方法3、信道控制特征信道所需的電腦CPU干預(yù)少。 一個(gè)通道可以控制多個(gè)去老虎鉗。 對(duì)電腦CPU的利用效率高。設(shè)備分配和回收、設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在設(shè)備分配中應(yīng)考慮的要素設(shè)備分配設(shè)備回收設(shè)備分配程序的改進(jìn)、設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備控制表(DCT )系統(tǒng)為每個(gè)設(shè)備配置設(shè)備控制表，記錄設(shè)備特性和I/O控制支重輪的連接情況。在每個(gè)控制支重輪控制特羅爾表(COCT )控制支重輪中，設(shè)定反映控制支重輪的使用狀態(tài)和與通道的連接狀況等的表。 信道控制表(CHCT )

11、為每個(gè)信道組成一個(gè)表，以反映信道的使用情況。 systemdevicetable (SDT )記錄系統(tǒng)中所有物理數(shù)據(jù)老虎鉗的連接情況，每個(gè)物理數(shù)據(jù)老虎鉗占用一個(gè)條目。 在整個(gè)系統(tǒng)上配置1張。 如圖5-5所示，應(yīng)考慮設(shè)備的分配的要素、設(shè)備的使用性質(zhì)、設(shè)備的分配、算法設(shè)備分配的保密工作設(shè)備的獨(dú)立性、設(shè)備的分配、步驟：分配設(shè)備，如圖5-6所示。 分配控制支重輪如圖5-7所示。 分配信道如圖5-8所示。 設(shè)備的資源再生、資源再生過程如圖5-9所示。 改進(jìn)的去老虎鉗分配計(jì)程儀程序和去老虎鉗分配計(jì)程儀程序的兩個(gè)特征之一是，進(jìn)程以物理去老虎鉗名稱發(fā)出I/O請(qǐng)求。 二是系統(tǒng)采用了單通路I/O系統(tǒng)配置。 這種系

12、統(tǒng)容易引起“瓶頸”現(xiàn)象。 對(duì)于改進(jìn)去老虎鉗分配計(jì)程儀程序提高去老虎鉗的獨(dú)立性，包括多徑效應(yīng)情況、去老虎鉗處理、去老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序的功能和特征去老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序的處理過程、去老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序的功能和特征1、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能1將抽象要求轉(zhuǎn)化為具體要求。 二是檢查用戶I/O鏈路伊斯特的有效性，了解I/O數(shù)據(jù)老虎鉗的狀態(tài)，傳遞相關(guān)的殘奧儀表，并設(shè)置數(shù)據(jù)老虎鉗的行為。 第三，發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)分配的I/O數(shù)據(jù)老虎鉗，完成指定的I/O操作。 第四，及時(shí)響應(yīng)來自控制支重輪或通道的中斷請(qǐng)求，根據(jù)該中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。 第五，對(duì)于安裝了通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序會(huì)根據(jù)用戶的I/O請(qǐng)求自動(dòng)配置通

13、道計(jì)程儀報(bào)。 解老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序的功能和特征2、解老虎鉗處理的方式1是根據(jù)數(shù)據(jù)老虎鉗的種類設(shè)定進(jìn)程，專門執(zhí)行這種解老虎鉗的I/O操作。 第二，通過在整個(gè)系統(tǒng)上設(shè)置I/O進(jìn)程，專用于到系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)老虎鉗的I/O操作。 第三，用戶進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程可以只為每個(gè)數(shù)據(jù)老虎鉗設(shè)置適當(dāng)?shù)慕饫匣Q處理程序，而不需要設(shè)置專用的解老虎鉗過程。 解老虎鉗驅(qū)動(dòng)的功能和特征3、解老虎鉗驅(qū)動(dòng)的特征之一是，驅(qū)動(dòng)主要請(qǐng)求I/O的過程和解老虎鉗控制支重輪之間的通訊程序。 二是驅(qū)動(dòng)程序與I/O去老虎鉗的特性密切相關(guān)。 第三，驅(qū)動(dòng)程序與I/O控制方式密切相關(guān)。 第四，驅(qū)動(dòng)程序與硬件密切相關(guān)，其中一部分硬化到ROM。 解老虎鉗驅(qū)動(dòng)器的

14、處理過程包括：具體要求抽象要求檢查I/O要求的合法性讀出和檢查數(shù)據(jù)老虎鉗的狀態(tài)轉(zhuǎn)送所需的殘奧儀表設(shè)定動(dòng)作方式啟動(dòng)I/O數(shù)據(jù)老虎鉗、解老虎鉗管理采用技術(shù)、緩沖技術(shù)中斷技術(shù)假脫機(jī)技術(shù)、緩沖技術(shù)1、緩沖導(dǎo)入因素緩和電腦CPU和I/o減老虎鉗間速度不整合向不符點(diǎn)減少電腦CPU的中斷頻率，減輕對(duì)中斷的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間限制提高電腦CPU和I/O數(shù)據(jù)老虎鉗之間的并行性，緩沖器技術(shù)2，緩沖器的理解緩沖器是提高電腦CPU和外圍設(shè)備的并行性的技術(shù)。 可以在所有數(shù)據(jù)到達(dá)的速度和遠(yuǎn)離的速度不同的地方使用緩沖區(qū)。 例如，在電腦CPU和內(nèi)存之間有指令緩存，在主內(nèi)存和顯視器之間有顯示高速緩存區(qū)，在主內(nèi)存和打印機(jī)之間有打印高速緩

15、存區(qū)等。 緩沖的實(shí)現(xiàn)方式有兩種。 一個(gè)是在硬件緩沖區(qū)中實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)是在硬件緩沖區(qū)中實(shí)現(xiàn)。 二是在內(nèi)存中切出用于存儲(chǔ)臨時(shí)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)的區(qū)域。 這個(gè)區(qū)域稱為緩沖區(qū)。 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定緩沖區(qū)的個(gè)數(shù)，將緩沖技術(shù)分為單緩沖區(qū)、雙緩沖區(qū)、犀喀嚦聲緩沖區(qū)、緩沖池。 緩沖技術(shù)3、緩沖技術(shù)分類單緩沖概念、工作原理、特征如圖5-11所示。 雙減震墊的概念、工作原理和特點(diǎn)如圖5-12所示。 循環(huán)緩沖區(qū)的概念、工作原理和特點(diǎn)如圖5-13所示。 緩沖池的概念、工作原理和特征如圖5-14所示。中斷技術(shù)、中斷的概念中斷的類型中斷的響應(yīng)中斷的處理、中斷的概念、中斷由于某種上通告的發(fā)生而中止當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行，處理發(fā)生的上通告，在中斷

16、上通告的處理結(jié)束后，繼續(xù)執(zhí)行被中止的進(jìn)程。 在此將引起中斷的上通告稱為中斷源。 中斷上通告通常是由硬件檢測(cè)到的。 處理發(fā)生的上通告的程序叫做中斷處理程序。 中斷處理程序由執(zhí)行操作系統(tǒng)處理，是執(zhí)行操作系統(tǒng)的一部分。 中斷類型、硬件故障中斷是機(jī)器故障引起的中斷。 電源故障、主內(nèi)存錯(cuò)誤等。 計(jì)程儀程序中斷是由帶有程序計(jì)程儀程序的機(jī)器指令執(zhí)行時(shí)可能發(fā)生的各種問題引起的中斷。 例如發(fā)現(xiàn)定點(diǎn)命令的向上溢出、除數(shù)為0、地址越境等。 外部中斷是由各種外部上通告造成的中斷。 按下中斷牛鼻子時(shí)，定時(shí)器搖滾樂時(shí)間到了。 投入產(chǎn)出中斷是由于輸入輸出控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備完成了投入產(chǎn)出操作，以及執(zhí)行投入產(chǎn)出時(shí)通道和外圍設(shè)

17、備發(fā)生了錯(cuò)誤而造成的中斷。 訪問管理中斷是在正在執(zhí)行的進(jìn)程執(zhí)行訪問管理命令時(shí)引起的中斷。 例如，分配一臺(tái)外圍設(shè)備。 中斷響應(yīng)在處理器執(zhí)行指令之后，硬件中斷設(shè)備檢查是否出現(xiàn)中斷上通告，如果存在則停止當(dāng)前過程，并且執(zhí)行操作系統(tǒng)中斷處理程序占用處理器的過程被稱為“中斷響應(yīng)”。 圖515表示中斷的處理、中斷處理順序。 中斷裝置發(fā)現(xiàn)中斷上通告后，將中斷上通告保存在普通計(jì)程儀狀態(tài)字暫存器的中斷查詢密碼位置。 將計(jì)程儀程序狀態(tài)字暫存器的“當(dāng)前PSW”作為“舊PSW”保存在預(yù)先確定的主存儲(chǔ)器的固定用戶針織面料中。 根據(jù)中斷查詢密碼，將此類事件處理器的“新PSW”發(fā)送到柱計(jì)程儀狀態(tài)字暫存器。 處理器在新的PSW

18、控制下執(zhí)行處理該上通告的中斷處理程序。 中斷程序的處理完成后，重新開始現(xiàn)場(chǎng)，繼續(xù)執(zhí)行原來中斷的進(jìn)程。 假脫機(jī)技術(shù)、假脫機(jī)概念假脫機(jī)技術(shù)的配置假脫機(jī)技術(shù)的特征、假脫機(jī)概念、假脫機(jī)技術(shù)是用于將一臺(tái)排他老虎鉗改造成共享數(shù)據(jù)老虎鉗的單行的有效技術(shù)。 如果多個(gè)計(jì)程儀程序出現(xiàn)在系統(tǒng)中，則其中一個(gè)plum計(jì)程儀程序可以用來模擬離線輸入時(shí)外圍控制設(shè)備的功能，并向高速盤傳輸?shù)退買/O老虎鉗上的數(shù)據(jù)。 用別的普通計(jì)程儀模擬離線輸出時(shí)的外圍控制機(jī)的功能，從光盤向低速輸出設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。 由此，可在主機(jī)的直接控制下實(shí)現(xiàn)離線投入產(chǎn)出功能。假脫機(jī)技術(shù)的配置，假脫機(jī)技術(shù)由輸入阱和輸出阱的輸入緩沖器、輸出緩沖器的輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程請(qǐng)求打印隊(duì)列組成，如圖516所示，假脫機(jī)技術(shù)的特征提高了I/O速度。 SPOOLing技術(shù)引入了輸入阱和輸出阱，使輸入過程、用戶過程和輸出過程在云同步上運(yùn)行，從而提高I/O速度。 把排他機(jī)器改造成共享機(jī)器。 SPOOLing技術(shù)將所有用戶進(jìn)程的輸出傳輸?shù)捷敵鲒?，然后在輸出進(jìn)程中完成打印任務(wù)，因此輸出阱位于磁盤上，是共享dec老虎鉗。 由此，輪詢技術(shù)將打印機(jī)等壟斷設(shè)備