I/O系統(tǒng)

I/O設備

• I/O設備的類型
  
• 按設備的使用特性分類：存儲設備、輸入/輸出設備
• 按傳輸速率分類：低速、中速、高速設備
• 按信息交換的單位分類：塊設備、字符設備
• 按設備的共享屬性分類：獨占設備、共享設備、虛擬設備

設備與控制器的接口

• 數據信號線
• 控制信號線
• 狀態(tài)信號線

設備控制器

設備控制器是計算機中的一個實體，其主要職責是控制一個或多個I/O設備，以實現I/O設備和計算機之間的數據交換。它是計算機和設備的接口，接受CPU發(fā)來的指令，以使理機中繁雜的設備控制實務中解脫出來。

• 基本功能
  
• 接受和識別命令
• 數據交換
• 標識和報告設備的狀態(tài)
• 地址識別
• 數據緩沖
• 差錯控制
• 設備控制器的組成
  
• 設備處理器和處理機的接口
• 設備控制器與設備的接口
• I/O邏輯

I/O通道

I/O通道是一種特殊的處理機，它具有執(zhí)行I/O的能力，并通過執(zhí)行通道程序來控制I/O操作。但其指令簡單、與CPU共享內存

• 通道類型

• 字節(jié)多路通道
• 數組選擇通道
• 數組多路通道

• 瓶頸問題
  通過增加設備到主機間的通路而不增加通道

總線系統(tǒng)

• ISA
• EISA
• VESA
• PCI

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I/O控制方式

程序I/O方式

浪費大量CPU時間與資源

中斷驅動I/O控制方式

由CPU向設備控制器發(fā)指令，有專門的設備控制處理I/O請求。

直接存儲器訪問I/O控制方式

• DMA I/O控制方式

• 數據傳輸的基本單位是數據塊
• 其傳輸的數據是直接傳入到內存的，不用再經過CPU處理
• 僅在一個和多個數據塊的開始和結束時，才需CPU干預，整塊數據的傳送是在控制器下完成的。

• DMA控制器組成

• DMA工作過程

I/O通道控制方式

• I/O通道的引入
• 通道程序

緩沖管理

緩沖區(qū)的引入

• 緩和CPU與I/O設備間速度不匹配問題
• 減少對CPU的中斷頻率，放寬對CPU中斷相應時間
• 提高CPU和O/I之間的并行性

單緩沖和雙緩沖

單緩沖

每個計算機只有一個緩沖區(qū)。

雙緩沖

每個計算機有兩個緩沖區(qū)，可以在進程讀緩沖的時候同時向另一個緩沖區(qū)寫緩沖。在兩臺電腦通信的時候，可以雙向發(fā)送信息。

循環(huán)緩沖

循環(huán)緩沖的組成

• 多個緩沖區(qū)

• 多個緩沖區(qū)
• 多個指針

• 循環(huán)緩沖區(qū)的使用

• Getbuf
• Releasebuf

• 進程同步
  使用輸入循環(huán)隊列，可使輸入進程和計算進程并行執(zhí)行。

緩沖池

• 緩沖池的組成
  
• 空緩沖區(qū)
• 裝滿輸入數據的緩沖區(qū)

3. 裝滿輸出數據的緩沖區(qū)

輸入隊列

空緩沖隊列

輸出隊列

• Getbuf過程和Putbuf過程

• 緩沖區(qū)的工作方式

收容輸入 數據進程輸入數據

提取輸出 輸出進程輸出數據

提取輸入 計算檢查輸出數據

收容輸出 計算進程輸出數據

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I/O軟件

I/O軟件的設計原則和目標

• 與具體設備無關
• 統(tǒng)一命名
• 對錯誤的處理
• 緩沖技術
• 設備的分配和釋放
• I/O控制方式

I/O軟件的四個層次

1、用戶軟件層

實現與用戶交互的接口，用戶可以直接調用在用戶層提供的，與I/O調用有關的庫函數，對設備進行操作

2、設備獨立軟件

負責實現與設備驅動器的統(tǒng)一接口、設備命名、設備的保護以及設備的分配和釋放等、同時為設備管理和數據傳送提供必要的存儲空間。

3、設備驅動程序

與硬件直接相關，負責具體實現系統(tǒng)對設備發(fā)出的指令，驅動I/O設備工作的驅動程序。

4、中斷處理程序

用于保護被中斷進程的CPU環(huán)境，轉入相應的中斷處理程序進行，處理，處理完后再恢復被中斷程序。

中斷處理程序

• 喚醒被阻塞的驅動進程
• 保護被中斷進程的CPU環(huán)境
• 轉入相應的設備處理程序
• 中斷處理
• 恢復被中斷進程的現場

設備驅動程序

1、設備驅動程序的功能

2、設備處理方式

3、設備驅動程序的特點

4、設備驅動程序的處理過程

設備獨立性軟件

1、設備獨立性的概念

2、設備獨立性軟件

3、設備邏輯名到物理設備名映射的實現

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設備分配

設備分配的數據結構

• 設備控制表
• 控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設備表

設備分配時應考慮的因素

• 設備的固有屬性
• 設備分配算法
• 設備分配中的安全性

獨占設備的分配程序

• 基本的設備分配程序
• 設備分配程序的改進

SPOOLing技術

• 內容
• 組成
• 共享打印機
• SPOOLing系統(tǒng)的特點

磁盤存儲器的管理

磁盤性能簡述

1、數據的組織和格式

磁盤設備可包括一或多個物理盤片，每個磁盤片分一個或兩個存儲面，每個磁盤面被組織成了若干個環(huán)心，這種環(huán)稱為磁道，各磁道之間留有必要的間隙。

2、磁盤的類型

• 固定頭磁盤
• 移動頭磁盤

3、磁盤的訪問時間

• 尋道時間
  把磁臂移動到指定磁道上所經歷的時間
• 旋轉延遲時間
  扇區(qū)移動到磁頭下面的時間
• 傳輸時間
  把數據從磁盤讀出或向磁盤寫入數據所經歷的過程

磁盤調度

1、先來先服務 FCFS

其根據進程請求訪問磁盤的先后次序進行調度，公平，簡單。

2、最短尋道時間優(yōu)先 SSTF

其要求訪問的磁道與當前磁頭所在的距離最近，以使每次尋道時間最短。

3、掃描算法 SCAN

該算法不僅考慮到欲訪問的磁道與當前磁道間的距離，更優(yōu)先考慮的是磁頭當前的移動方向。其下一個考慮的對象，應是其欲訪問的磁道在當前磁道方向上，又是距離最近的，1 ----->2 2------>1 即循環(huán)掃描。

4、循環(huán)掃描算法 CSCAN

其與掃描算法不同的地方是其掃描方式不同 1----->2 磁頭返回到1 1----->2

5、NStepSCAN 和 FSCAN

磁盤高速緩存

其是一組在邏輯上屬于磁盤，而物理上是駐留在內存中的盤塊。

數據交付方式

• 數據交付
• 指針交付

置換算法

• 訪問頻率
• 可預見性
• 數據的一致性

周期的回寫磁盤

提高磁盤I/O的其他方法

1、提前讀

2、延遲寫

3、優(yōu)化物理塊的分布

4、虛擬盤

廉價磁盤冗余陣列

• 并行交叉存取
• RAID的分級
• RAID的優(yōu)點

總結

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统总结 设备管理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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