《操作系统设计与实现》第四章 IO设备管理.pptx

《操作系统设计与实现》第四章__IO设备管理《操作系统设计与实现》第四章 I/O设备(shèbèi)管理
主讲(zhǔjiǎng)教师：史广顺 ******@******@
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第一页，共72页。
内容提要(nèi rónɡ tí yào)
I/O设备管理概述
I/O硬件原理与软件原理
进程(jìnchéng)死锁
I/O设备管理实例剖析
内容提要(nèi rónɡ tí yào)
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第二页，共72页。
I/O设备(shèbèi)管理系统结构图
设备(shèbèi)管理概述
操作系统
I/O硬件管理
I/O软件管理
上层(shàngcéng)用户程序（应用层）
设备
控制器
命令寄存器
底层硬件设备（物理层）
中断处理程序
设备驱动程序
设备无关程序
用户进程
状态寄存器
数据寄存器
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第三页，共72页。
I/O设备的特点(tèdiǎn)分析
操作系统需要(xūyào)管理的最复杂的资源——I/O设备
I/O设备种类繁多，工作模式各不相同
I/O设备数据多样，处理方式各不相同
I/O设备性能参差，运行控制多种多样
最容易成为计算机系统的瓶颈——I/O设备
很多I/O设备使用机械操作，导致其速度较CPU相差很大
进程运行中的输入输出操作可能造成系统运行的性能瓶颈
I/O管理：如何最大限度保证I/O设备与CPU的并行工作
最实用、最体现操作系统特色的工作——I/O管理
兼容性：操作系统最难以完成的使命
标准化：IT技术迅速普及发展的本质
高性能：I/O设备发展的主要目标
I/O硬件(yìnɡ jiàn)管理
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第四页，共72页。
I/O设备(shèbèi)分类
按照设备的功能特性划分
存储型设备：保存各类数据（临时或永久）
输入输出型设备：提供人机交互手段
数据通信型设备：实现电子数据交换
按照数据的组织形式划分
块设备：以数据块为单位存储、传输数据
字符设备：以字节为单位存储、传输数据
按照资源分配的形式划分
独占式设备：一个时刻只能由一个进程使用，一般为低速I/O设备
共享式设备：一个时刻可由多个进程使用，资源利用率很高
虚拟式设备：用高速设备模拟低速设备，用共享设备模拟独占设备
按照程序使用的方式划分
逻辑设备：由操作系统维护，简便用户操作和控制的“设备结构(jiégòu)”
物理设备：由硬件结构(jiégòu)组成，真实完成各类I/O设备操作
I/O硬件(yìnɡ jiàn)管理
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第五页，共72页。
I/O设备(shèbèi)的差别
I/O设备的评价(píngjià)标准
设备的数据传输单位和传输率
设备的数据表示和应用目标
设备的控制方式和出错情况
I/O硬件(yìnɡ jiàn)管理
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第六页，共72页。
I/O管理(guǎnlǐ)的任务和目标
根据用户请求，控制各类I/O设备实现用户的目标
控制设备操作，实现设备与内存(nèi cún)的数据交换
设备的分配与回收、设备驱动程序、设备中断管理、各类缓冲区管理等
向用户提供方便的I/O设备接口，屏蔽底层硬件细节差别
虚拟机——逻辑设备的作用：用户能够简单方便的使用I/O设备
设备接口的方便性、友好性、透明性、设备无关性
利用各种技术，提高I/O设备的运行效率
设备与CPU之间、设备之间的并行
设备负载的均衡：保持设备的充分忙碌
实现对I/O设备的管理和保护
设备的分配与回收：针对独占设备和共享设备，实现合理的资源分配
设备的数据保护：不同设备之间的保护、设备内部的保护
I/O硬件(yìnɡ jiàn)管理
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第七页，共72页。
内容提要(nèi rónɡ tí yào)
I/O设备管理概述
I/O硬件原理与软件(ruǎn jiàn)原理
进程死锁
I/O设备管理实例剖析
内容提要(nèi rónɡ tí yào)
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第八页，共72页。
I/O设备硬件(yìnɡ jiàn)组成
I/O设备的硬件结构(jiégòu)
机械部分（物理装置）：由模拟信号驱动的各种机械装置
控制器/适配器（电子装置）：实现与主机的连接和通信
设备控制器的工作方式
常以板卡的形式与主板的总线插槽连接
通过设备的接口寄存器、缓冲区与CPU进行通信
设备控制器的工作内容
地址译码：实现对I/O地址空间的正确映射
外部通信：接受或者发送数据/状态信号
执行指令：将数字化指令转化为机械装置能够理解的模拟信号
性能增强：实现内部硬件缓冲、完成数据加工等性能提升目标
I/O硬件(yìnɡ jiàn)管理
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第九页，共72页。
操作系统(cāo zuò xì tǒnɡ)的硬件环境
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