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1、软件技术设备管理软件技术设备管理第1页，本讲稿共33页本章基本内容与要求本章基本内容与要求n基本内容基本内容q设备管理的有关概念设备管理的有关概念qI/O请求的检测与控制请求的检测与控制q缓冲技术缓冲技术q设备管理程序设备管理程序q虚拟设备技术虚拟设备技术n要求要求q掌握设备管理的有关概念掌握设备管理的有关概念q掌握掌握I/O请求的检测与控制请求的检测与控制q掌握缓冲技术、设备管理程序、虚拟设备技术掌握缓冲技术、设备管理程序、虚拟设备技术第2页，本讲稿共33页第一节第一节 设备管理的有关概念设备管理的有关概念1.设备分类设备分类2.设备管理的任务设备管理的任务第3页，本讲稿共33页1.设备分类
2、设备分类1从数据组织的角度分类从数据组织的角度分类 块设备块设备 以块为单位组织和传送数据，每块的大小一般是512的倍数，如磁盘是一种典型的块设备。字符设备字符设备 以字符为单位组织和传送数据，如键盘、打印机等。磁道磁道扇区扇区2从资源分配的角度分类从资源分配的角度分类 独占设备独占设备 在系统运行期间，在某一段时间内，为某一进程所独占的设备。大多数低速设备属于独占设备，如纸带输入机、打印机等。共享设备共享设备 允许若干用户或进程同时共同使用的设备，如磁盘等。虚拟设备虚拟设备 通过软件技术（如假脱机技术），把原来的独占设备改造成共享设备。第4页，本讲稿共33页设备管理的功能n n方便用户使用设
3、备方便用户使用设备qq方便性：方便用户使用I/O设备qq设备独立性:用户的程序与设备相互独立,完成用户提出的I/O请求,为用户分配I/O设备n n提高设备的使用效率提高设备的使用效率qq并行性:使外设和CPU工作高度重叠qq有效性和均衡性:提高CPU和I/O设备的利用率第5页，本讲稿共33页设备管理的主要内容设备管理的主要内容1)I/O请求的检测与控制2)解决设备的低速性与CPU高速性之间的矛盾，提高CPU的利用率3)设备分配策略第7页，本讲稿共33页第二节第二节 I/O请求的检测与控制请求的检测与控制n循环测试循环测试I/O方式方式n中断驱动方式中断驱动方式n直接内存存取（直接内存存取（DM
4、A）方式）方式nI/O通道方式通道方式第8页，本讲稿共33页1.循环测试循环测试I/O方式方式n利用利用I/O测试指令测试设备的忙与闲。若设备处于闲状态，则测试指令测试设备的忙与闲。若设备处于闲状态，则执行输入输出指令；若设备处于忙状态，则执行输入输出指令；若设备处于忙状态，则I/O测试指令不断测试指令不断对设备进行测试，直到设备空闲为止。对设备进行测试，直到设备空闲为止。n缺点缺点:CPU要花费大量时间进行设备忙要花费大量时间进行设备忙/闲测试，造成闲测试，造成CPU资资源的极大浪费。源的极大浪费。第9页，本讲稿共33页2.中断驱动方式中断驱动方式n当进程需要启动某个当进程需要启动某个I/O
5、设备工作时，便由设备工作时，便由CPU向相应的设备向相应的设备控制器发出一条控制器发出一条I/O指令，然后立即返回继续执行原来的任务，指令，然后立即返回继续执行原来的任务，而设备控制器便按照该指令的要求去控制而设备控制器便按照该指令的要求去控制I/O设备。每当设备设备。每当设备完成完成I/O操作，便以中断请求方式通知操作，便以中断请求方式通知CPU，然后转向相应的中，然后转向相应的中断处理程序进行相应处理。断处理程序进行相应处理。第10页，本讲稿共33页4.I/O通道方式通道方式n通道方式有独立的通道方式有独立的I/O管理机制，这时只要发一条管理机制，这时只要发一条I/O指令给通道，告诉通道执
6、行指令给通道，告诉通道执行I/O操作要访问的设备，操作要访问的设备，通道便从内存储器中读取通道程序以完成通道便从内存储器中读取通道程序以完成I/O控制控制管理。管理。第14页，本讲稿共33页第三节第三节 缓冲技术缓冲技术n在内存中划出一块由在内存中划出一块由n个单元组成的区域，称为缓个单元组成的区域，称为缓冲区，作为外部设备传输数据的临时存储区。冲区，作为外部设备传输数据的临时存储区。n目的：解决处理数据过程中目的：解决处理数据过程中CPU的高速性与设备的高速性与设备传输的低速性之间的矛盾传输的低速性之间的矛盾 q单缓冲区和双缓冲区单缓冲区和双缓冲区q多缓冲区多缓冲区q缓冲池缓冲池第16页，本
7、讲稿共33页1.单缓冲区和双缓冲区单缓冲区和双缓冲区用户进程用户进程传送传送输入输入/输出输出I/O设备设备用户进程用户进程传送传送输入输入/输出输出I/O设备设备第17页，本讲稿共33页2.多缓冲区多缓冲区 把多个缓冲区连接起来分成两部分，一部分用于输入，一部分把多个缓冲区连接起来分成两部分，一部分用于输入，一部分把多个缓冲区连接起来分成两部分，一部分用于输入，一部分把多个缓冲区连接起来分成两部分，一部分用于输入，一部分用于输出。用于输出。用于输出。用于输出。RRGGGGP（下次可取用的缓下次可取用的缓冲区地址）冲区地址）q（输入设备输入时可用的输入设备输入时可用的缓冲区地址）缓冲区地址）R
8、RGGGGP（输出设备按输出设备按P指指针依次输出）针依次输出）q（输出数据从这里依次输出数据从这里依次输入缓冲区）输入缓冲区）输入缓冲区输入缓冲区输出缓冲区输出缓冲区第18页，本讲稿共33页3.缓冲池缓冲池n把输入输出缓冲区统一起来，形成一个既能用于输入又能用于输出的缓冲区，称为缓把输入输出缓冲区统一起来，形成一个既能用于输入又能用于输出的缓冲区，称为缓冲池。在缓冲池中存在三种类型缓冲区：冲池。在缓冲池中存在三种类型缓冲区：q1）输入数据缓冲区）输入数据缓冲区q2）输出数据缓冲区）输出数据缓冲区q3）空白缓冲区）空白缓冲区n每一种缓冲区都通过指针分别链成三个队列，称为输入队列每一种缓冲区都通
9、过指针分别链成三个队列，称为输入队列(in)，输出队列，输出队列(out)和和空白队列空白队列(em)。第19页，本讲稿共33页第四节第四节 设备管理程序设备管理程序n逻辑设备与物理设备逻辑设备与物理设备n设备分配程序设备分配程序n设备驱动程序设备驱动程序第20页，本讲稿共33页采购部采购部1.逻辑设备与物理设备逻辑设备与物理设备十点钟叫张十点钟叫张三去买菜三去买菜十点钟叫采十点钟叫采购部找人去购部找人去买菜买菜第21页，本讲稿共33页逻辑设备与物理设备n绝对设备号：绝对设备号：就是将每一台设备确定一个编号（相就是将每一台设备确定一个编号（相当于一个绝对地址）。当于一个绝对地址）。（物理设备号
10、）（物理设备号）n相对设备号：设备类型号（逻辑设备号）相对设备号：设备类型号（逻辑设备号）系统为系统为每一类设备规定一个类型号每一类设备规定一个类型号n符号名（逻辑设备名）：符号名（逻辑设备名）：在在OSOS的命令语言中，通的命令语言中，通常用符号名代替常用符号名代替设备类型号设备类型号，如：，如：COMCOM为串行打印为串行打印机，机，LPTLPT为并行打印机。为并行打印机。第22页，本讲稿共33页1.逻辑设备与物理设备逻辑设备与物理设备设备独立性（与设备无关性）设备独立性（与设备无关性）使用户程序与实际使用的物理设备无关，可以脱使用户程序与实际使用的物理设备无关，可以脱离具体的物理设备来使
11、用设备。由系统进行逻辑设离具体的物理设备来使用设备。由系统进行逻辑设备与物理设备之间的对应关系维护，并由系统做相备与物理设备之间的对应关系维护，并由系统做相应的连接工作。应的连接工作。第23页，本讲稿共33页2.设备分配程序设备分配程序n当有进程提出当有进程提出I/OI/O请求时，依次完成设备、控制器和请求时，依次完成设备、控制器和通道的分配工作；通道的分配工作；n分配算法：先请求先服务算法、优先级算法。分配算法：先请求先服务算法、优先级算法。第24页，本讲稿共33页3.设备驱动程序设备驱动程序）使）使CPU通过发通过发I/O指令，去启动指定的指令，去启动指定的I/O设备，进行设备，进行I/O
12、操作。操作。）当）当I/O操作完成或发生其他事件时，操作完成或发生其他事件时，I/O设设备向备向CPU发出中断请求，要求处理机进行发出中断请求，要求处理机进行相应处理。相应处理。第25页，本讲稿共33页第五节第五节 虚拟设备技术虚拟设备技术n虚拟设备虚拟设备:是一个软件子系统，使用这个软件子系统，可以是一个软件子系统，使用这个软件子系统，可以将独占设备变成共享设备将独占设备变成共享设备,构成：构成：q外存储空间外存储空间q相应的数据结构相应的数据结构q控制代码控制代码nSPOOLing（Simultaneous Peripheral Operation On-Line）技术，习惯上称其为假脱机
13、技术。）技术，习惯上称其为假脱机技术。q当在外围设备和计算机处理器之间传送数据时，为了减少处理的当在外围设备和计算机处理器之间传送数据时，为了减少处理的延时延时,把辅助存储器作为缓冲存储器来使用的一种方法或技术。把辅助存储器作为缓冲存储器来使用的一种方法或技术。第26页，本讲稿共33页第五节第五节 虚拟设备技术虚拟设备技术n虚拟设备技术的引入虚拟设备技术的引入nSPOOLing系统的组成系统的组成nSPOOLing技术的特点第27页，本讲稿共33页Spooling输入进程输入进程Spooling输出进程输出进程作业的作业的执行执行输入井输入井输出井输出井磁盘磁盘输入设备输入设备输出设备输出设备
14、主机主机卡片机打印机卫星机主机输入磁带输入磁带输出磁带输出磁带早期脱机批处理早期脱机批处理1.虚拟设备技术的引入虚拟设备技术的引入 假脱机技术将一台低速的输入输出设备改变成一台高假脱机技术将一台低速的输入输出设备改变成一台高速的虚拟设备，把一台独占设备改变成具有共享能力的虚速的虚拟设备，把一台独占设备改变成具有共享能力的虚拟设备。这增加了系统调度和分配的灵活性，提高了设备拟设备。这增加了系统调度和分配的灵活性，提高了设备的利用率。的利用率。第28页，本讲稿共33页2.SPOOLing系统的组成系统的组成1）输入井和输出井2）输入缓冲区（输入队列）和输出缓冲区（输出队列）3）输入进程SPI和输出
15、进程SPO第29页，本讲稿共33页2.SPOOLing系统的组成系统的组成第30页，本讲稿共33页3.SPOOLing技术的特点技术的特点1）提高了提高了I/O速度速度 从对低速从对低速I/O设备进行的设备进行的I/O操作变为对操作变为对输入井或输出井的操作，如同脱机操作一样，提高了输入井或输出井的操作，如同脱机操作一样，提高了I/O速速度，缓和了度，缓和了CPU与低速与低速I/O设备速度不匹配的矛盾。设备速度不匹配的矛盾。2）设备并没有分配给任何进程设备并没有分配给任何进程 在输入井或输出井中，在输入井或输出井中，分配给进程的是一个存储区和建立的一张分配给进程的是一个存储区和建立的一张I/O
16、请求表。请求表。3）实现了虚拟设备功能实现了虚拟设备功能 多个进程同时使用同一独享设多个进程同时使用同一独享设备，而对每一进程而言，都认为自己独占这一设备，不备，而对每一进程而言，都认为自己独占这一设备，不过，该设备是逻辑上的设备。过，该设备是逻辑上的设备。第31页，本讲稿共33页练习练习n 21 是指通过破坏死锁产生的必要条件是指通过破坏死锁产生的必要条件来防止死锁的发生。引起死锁的必要条件中，来防止死锁的发生。引起死锁的必要条件中，22 是不应被破坏的，但对某种特殊资源是不应被破坏的，但对某种特殊资源（如打印机），该条件可以通过（如打印机），该条件可以通过 23 技术来破坏。技术来破坏。21、预防死锁、预防死锁22、互斥条件、互斥条件23、虚拟设备、虚拟设备第32页，本讲稿共33页思考：思考：nP175 17,23,26第33页，本讲稿共33页