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1、计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理第五章第五章 设备管理设备管理计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.0 设备管理的功能设备管理的功能缓冲区管理缓冲区管理缓冲区管理缓冲区管理设备分配设备分配设备分配设备分配设备处理设备处理设备处理设备处理虚拟设备虚拟设备虚拟设备虚拟设备设备独立性设备独立性设备独立性设备独立性计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理 现代操作系统都采用分层结构构建设备管理模型，一现代操作系统都采用分层结构构建设备管理模型，一现代操作系统都采用分层结构构建设备管理模型，一现代操作系统都采用分层结构构建设备管理模型，
2、一种常见的设备管理模型如图种常见的设备管理模型如图种常见的设备管理模型如图种常见的设备管理模型如图通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型用户进程用户进程用户进程用户进程设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件设备硬件设备硬件设备硬件实现实现实现实现I/OI/O缓冲区管理以缓冲区管理以缓冲区管理以缓冲区管理以及设备映射功能及设备映射功能及设备映射功能及设备映射功能将设备硬件无关层与硬件设备隔将设备硬件无关层与硬件设备隔将设备硬件无关层与硬件设备隔将设备硬件无关层与硬件设备隔离
3、开来。从设备硬件无关层看，离开来。从设备硬件无关层看，离开来。从设备硬件无关层看，离开来。从设备硬件无关层看，设备硬件相关层为其提供了一个设备硬件相关层为其提供了一个设备硬件相关层为其提供了一个设备硬件相关层为其提供了一个相对简洁的相对简洁的相对简洁的相对简洁的I/OI/O功能接口；该接功能接口；该接功能接口；该接功能接口；该接口屏蔽了设备硬件复杂的操作细口屏蔽了设备硬件复杂的操作细口屏蔽了设备硬件复杂的操作细口屏蔽了设备硬件复杂的操作细节。从设备硬件相关层内部看，节。从设备硬件相关层内部看，节。从设备硬件相关层内部看，节。从设备硬件相关层内部看，该层主要实现了设备驱动功能该层主要实现了设备驱
4、动功能该层主要实现了设备驱动功能该层主要实现了设备驱动功能计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.1 I/O系统系统 5.1.1 I/O5.1.1 I/O5.1.1 I/O5.1.1 I/O设备的类型设备的类型设备的类型设备的类型 1)1)按传输速率分类按传输速率分类按传输速率分类按传输速率分类低速设备低速设备低速设备低速设备：典型设备有键盘、：典型设备有键盘、：典型设备有键盘、：典型设备有键盘、鼠标器、语音的输入和输鼠标器、语音的输入和输鼠标器、语音的输入和输鼠标器、语音的输入和输出等设备出等设备出等设备出等设备中速设备中速设备中速设备中速设备：典型设备有行式打印机、激
5、光打印机等：典型设备有行式打印机、激光打印机等：典型设备有行式打印机、激光打印机等：典型设备有行式打印机、激光打印机等高速设备高速设备高速设备高速设备：典型设备有磁带机、：典型设备有磁带机、：典型设备有磁带机、：典型设备有磁带机、磁盘机、磁盘机、磁盘机、磁盘机、光盘机等光盘机等光盘机等光盘机等计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理块设备块设备块设备块设备(Block Device)(Block Device)：用于存储信息，属于有结构：用于存储信息，属于有结构：用于存储信息，属于有结构：用于存储信息，属于有结构设备。典型的块设备是磁盘。磁盘设备的基本特征是其设备。典型的块设
6、备是磁盘。磁盘设备的基本特征是其设备。典型的块设备是磁盘。磁盘设备的基本特征是其设备。典型的块设备是磁盘。磁盘设备的基本特征是其传输速率较高，另一特征是可寻址，即对它可随机地读传输速率较高，另一特征是可寻址，即对它可随机地读传输速率较高，另一特征是可寻址，即对它可随机地读传输速率较高，另一特征是可寻址，即对它可随机地读/写任一块；此外，磁盘设备的写任一块；此外，磁盘设备的写任一块；此外，磁盘设备的写任一块；此外，磁盘设备的I/OI/O常采用常采用常采用常采用DMADMA方式方式方式方式字符设备字符设备字符设备字符设备(Character Device)(Character Device)：用于
7、数据的输入和输：用于数据的输入和输：用于数据的输入和输：用于数据的输入和输出，属于无结构设备。典型字符设备如交互式终端、打出，属于无结构设备。典型字符设备如交互式终端、打出，属于无结构设备。典型字符设备如交互式终端、打出，属于无结构设备。典型字符设备如交互式终端、打印机等。基本特征是其传输速率较低，另一特征是不可印机等。基本特征是其传输速率较低，另一特征是不可印机等。基本特征是其传输速率较低，另一特征是不可印机等。基本特征是其传输速率较低，另一特征是不可寻址；此外，常采用中断驱动方式寻址；此外，常采用中断驱动方式寻址；此外，常采用中断驱动方式寻址；此外，常采用中断驱动方式2)2)按信息交换的单
8、位分类按信息交换的单位分类按信息交换的单位分类按信息交换的单位分类5.1.1 I/O5.1.1 I/O5.1.1 I/O5.1.1 I/O设备的类型设备的类型设备的类型设备的类型 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理独占设备独占设备独占设备独占设备：为临界资源：为临界资源：为临界资源：为临界资源共享设备共享设备共享设备共享设备：典型设备：典型设备：典型设备：典型设备磁盘磁盘磁盘磁盘虚拟设备虚拟设备虚拟设备虚拟设备3)3)按设备的共享属性分类按设备的共享属性分类按设备的共享属性分类按设备的共享属性分类5.1.1 I/O5.1.1 I/O5.1.1 I/O5.1.1 I/O设
9、备的类型设备的类型设备的类型设备的类型 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理处理机与处理机与处理机与处理机与I/OI/O设备之间的基本连接都是通过总线实现的。设备之间的基本连接都是通过总线实现的。设备之间的基本连接都是通过总线实现的。设备之间的基本连接都是通过总线实现的。即处理机连接在总线上，与设备无关。设备则根据需要连即处理机连接在总线上，与设备无关。设备则根据需要连即处理机连接在总线上，与设备无关。设备则根据需要连即处理机连接在总线上，与设备无关。设备则根据需要连接在相应的总线上，可多可少，结构和安装均十分灵活接在相应的总线上，可多可少，结构和安装均十分灵活接在相应的
10、总线上，可多可少，结构和安装均十分灵活接在相应的总线上，可多可少，结构和安装均十分灵活总线型总线型总线型总线型I/OI/O系统的结构系统的结构系统的结构系统的结构处理机处理机处理机处理机内存内存内存内存I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备总线类型：总线类型：总线类型：总线类型：ISAISA、EISAEISA、VESAVESA、PCIPCI、AGPAGP总线系统总线系统总线系统总线系统 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理 传统的设备由机械部分和电子部分组成，电子部分在传
11、统的设备由机械部分和电子部分组成，电子部分在传统的设备由机械部分和电子部分组成，电子部分在传统的设备由机械部分和电子部分组成，电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转，形成系统的控制下驱动机械部分运转，形成系统的控制下驱动机械部分运转，形成系统的控制下驱动机械部分运转，形成I/OI/O操作。操作。操作。操作。电子部分比机械部分速度快，为降低硬件成本，将电电子部分比机械部分速度快，为降低硬件成本，将电电子部分比机械部分速度快，为降低硬件成本，将电电子部分比机械部分速度快，为降低硬件成本，将电子部分从设备中分立出来作为一个独立的部件，即设备控子部分从设备中分立出来作为一个独立的部件，即设备控子部分从
12、设备中分立出来作为一个独立的部件，即设备控子部分从设备中分立出来作为一个独立的部件，即设备控制器。制器。制器。制器。设备不直接与设备不直接与设备不直接与设备不直接与CPUCPU通信，而是通过设备控制器通信。通信，而是通过设备控制器通信。通信，而是通过设备控制器通信。通信，而是通过设备控制器通信。设备与设备控制器间的接口如图：设备与设备控制器间的接口如图：设备与设备控制器间的接口如图：设备与设备控制器间的接口如图：在设备与设备控制器在设备与设备控制器在设备与设备控制器在设备与设备控制器之间传送数据信号之间传送数据信号之间传送数据信号之间传送数据信号设备控制器向设备控制器向设备控制器向设备控制器向
13、I/OI/O设备设备设备设备发送控制信号用发送控制信号用发送控制信号用发送控制信号用传送指示设备当前状传送指示设备当前状传送指示设备当前状传送指示设备当前状态的信号态的信号态的信号态的信号5.1.2 5.1.2 5.1.2 5.1.2 设备控制器设备控制器设备控制器设备控制器计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.1.2 5.1.2 5.1.2 5.1.2 设备控制器设备控制器设备控制器设备控制器分类分类分类分类控制块设备的控制器控制块设备的控制器控制块设备的控制器控制块设备的控制器控制字符设备的控制器控制字符设备的控制器控制字符设备的控制器控制字符设备的控制器计算机操作
14、系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.1.2 5.1.2 5.1.2 5.1.2 设备控制器设备控制器设备控制器设备控制器基本功能基本功能基本功能基本功能 1)1)接收和识别命令接收和识别命令接收和识别命令接收和识别命令 2)2)数据交换数据交换数据交换数据交换 3)3)标识和报告设备的状态标识和报告设备的状态标识和报告设备的状态标识和报告设备的状态 4)4)地址识别地址识别地址识别地址识别 5)5)数据缓冲数据缓冲数据缓冲数据缓冲 6)6)差错控制差错控制差错控制差错控制 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理组成组成组成组成 计算机操作系统计算机操作系统第
15、五章第五章 设备管理设备管理5.1.3 I/O5.1.3 I/O5.1.3 I/O5.1.3 I/O通道通道通道通道 1.I/O1.I/O通道通道通道通道(I/O Channel)(I/O Channel)设备的引入设备的引入设备的引入设备的引入 目的：建立独立的目的：建立独立的目的：建立独立的目的：建立独立的I/OI/O操作，不仅使数据的传送能力独立于操作，不仅使数据的传送能力独立于操作，不仅使数据的传送能力独立于操作，不仅使数据的传送能力独立于CPUCPU，而且也希望有关对而且也希望有关对而且也希望有关对而且也希望有关对I/OI/O操作的组织、管理及其结束处理也尽量独立，操作的组织、管理及
16、其结束处理也尽量独立，操作的组织、管理及其结束处理也尽量独立，操作的组织、管理及其结束处理也尽量独立，以保证以保证以保证以保证CPUCPU有更多的时间去进行数据处理有更多的时间去进行数据处理有更多的时间去进行数据处理有更多的时间去进行数据处理 I/O I/O通道是一种特殊的处理机，具有执行通道是一种特殊的处理机，具有执行通道是一种特殊的处理机，具有执行通道是一种特殊的处理机，具有执行I/OI/O指令的能力，并指令的能力，并指令的能力，并指令的能力，并通过执行通道通过执行通道通过执行通道通过执行通道(I/O)(I/O)程序来控制程序来控制程序来控制程序来控制I/OI/O操作操作操作操作I/OI/
17、O通道与一般的处理机的区别通道与一般的处理机的区别通道与一般的处理机的区别通道与一般的处理机的区别:指令类型单一指令类型单一指令类型单一指令类型单一通道没有自己的内存，通道与通道没有自己的内存，通道与通道没有自己的内存，通道与通道没有自己的内存，通道与CPUCPU共享内存共享内存共享内存共享内存计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.2.通道类型通道类型通道类型通道类型 1)1)字节多路通道字节多路通道字节多路通道字节多路通道(Byte Multiplexor Channel)(Byte Multiplexor Channel)2)2)数组选择通道数组选择通道数组选择通道
18、数组选择通道(Block Selector Channel)(Block Selector Channel)3)3)数组多路通道数组多路通道数组多路通道数组多路通道(Block Multiplexor Channel)(Block Multiplexor Channel)计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理I/OI/O设备通道连接方式设备通道连接方式设备通道连接方式设备通道连接方式 处理机处理机处理机处理机内存内存内存内存I/OI/O通道通道通道通道I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O通道通道通道通道I/OI/O
19、设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理I/OI/O设备通道、控制器连接方式（单通路）设备通道、控制器连接方式（单通路）设备通道、控制器连接方式（单通路）设备通道、控制器连接方式（单通路）处理机处理机处理机处理机内存内存内存内存I/OI/O通道通道通道通道I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O通道通道通道通道I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器“瓶颈瓶颈瓶颈瓶颈
20、”问题问题问题问题 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理I/OI/O设备通道、控制器连接方式（多通路）设备通道、控制器连接方式（多通路）设备通道、控制器连接方式（多通路）设备通道、控制器连接方式（多通路）处理机处理机处理机处理机内存内存内存内存I/OI/O通道通道通道通道I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O设备设备设备设备I/OI/O通道通道通道通道I/OI/O设备设备设备设备控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器5.2 I/O控制方式控制方式 5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 程序程序程序程序I/OI/OI/OI/
21、O方式方式方式方式 忙忙忙忙-等方式等方式等方式等方式CPUCPU与与与与I/OI/O设备速度不匹配，使得设备速度不匹配，使得设备速度不匹配，使得设备速度不匹配，使得CPUCPU极大浪费极大浪费极大浪费极大浪费5.2.2 5.2.2 5.2.2 5.2.2 中断驱动中断驱动中断驱动中断驱动I/OI/OI/OI/O控制方式控制方式控制方式控制方式 CPUCPU、设备并行工作、设备并行工作、设备并行工作、设备并行工作提高了系统的资源利用率和吞吐量提高了系统的资源利用率和吞吐量提高了系统的资源利用率和吞吐量提高了系统的资源利用率和吞吐量以字（节）为单位进行干预以字（节）为单位进行干预以字（节）为单位
22、进行干预以字（节）为单位进行干预计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.2.3 5.2.3 5.2.3 5.2.3 直接存储器访问直接存储器访问直接存储器访问直接存储器访问DMA I/ODMA I/ODMA I/ODMA I/O控制方式控制方式控制方式控制方式 1.DMA(Direct Memory Access)1.DMA(Direct Memory Access)控制方式的引入控制方式的引入控制方式的引入控制方式的引入 特点：特点：特点：特点：数据传输的基本单位是数据块，即在数据传输的基本单位是数据块，即在数据传输的基本单位是数据块，即在数据传输的基本单位是数据块，即
23、在CPUCPU与与与与I/OI/O设备之设备之设备之设备之间，每次传送至少一个数据块；间，每次传送至少一个数据块；间，每次传送至少一个数据块；间，每次传送至少一个数据块；所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPUCPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。干预，整块数
24、据的传送是在控制器的控制下完成的。干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.DMA2.DMA控制器的组成控制器的组成控制器的组成控制器的组成 命令命令命令命令/状态寄存器状态寄存器状态寄存器状态寄存器CRCR。用于接收从。用于接收从。用于接收从。用于接收从CPUCPU发来的发来的发来的发来的I/OI/O命令或有关控制信息，命令或有关控制信息，命令或有关控制信息，命令或有关控制信息，或设或设或设或设备的状态备的状态备的状态备的状态数据计数器数据计数器数据计数器数据计数器DCDC。存放本
25、次存放本次存放本次存放本次CPUCPU要读或要读或要读或要读或写的字写的字写的字写的字(节节节节)数数数数内存地址寄存器内存地址寄存器内存地址寄存器内存地址寄存器MARMAR。在输入时，它。在输入时，它。在输入时，它。在输入时，它存放把数据从设备传送到内存的起始目存放把数据从设备传送到内存的起始目存放把数据从设备传送到内存的起始目存放把数据从设备传送到内存的起始目标地址；在输出时，它存放由内存到设标地址；在输出时，它存放由内存到设标地址；在输出时，它存放由内存到设标地址；在输出时，它存放由内存到设备的内存源地址备的内存源地址备的内存源地址备的内存源地址数据寄存器数据寄存器数据寄存器数据寄存器D
26、RDR。用于暂存从设备到内。用于暂存从设备到内。用于暂存从设备到内。用于暂存从设备到内存，或从内存到设备的数据存，或从内存到设备的数据存，或从内存到设备的数据存，或从内存到设备的数据计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理3.DMA3.DMA工作过程工作过程工作过程工作过程 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.2.4 I/O5.2.4 I/O5.2.4 I/O5.2.4 I/O通道控制方式通道控制方式通道控制方式通道控制方式 1.I/O1.I/O通道控制方式的引入通道控制方式的引入通道控制方式的引入通道控制方式的引入 对一组数据块的读对一组数据块的读
27、对一组数据块的读对一组数据块的读(或写或写或写或写)及有关的控制和管理为单位及有关的控制和管理为单位及有关的控制和管理为单位及有关的控制和管理为单位的干预的干预的干预的干预实现实现实现实现CPUCPU、通道和通道和通道和通道和I/OI/O设备三者的并行操作，从而更设备三者的并行操作，从而更设备三者的并行操作，从而更设备三者的并行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率有效地提高整个系统的资源利用率有效地提高整个系统的资源利用率有效地提高整个系统的资源利用率计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.2.通道程序通道程序通道程序通道程序 (1)(1)操作码操作码操作码操作码(
28、2)(2)内存地址内存地址内存地址内存地址(3)(3)计数计数计数计数(4)(4)通道程序结束位通道程序结束位通道程序结束位通道程序结束位P P(5)(5)记录结束标志记录结束标志记录结束标志记录结束标志R R 操作操作操作操作 P PR R计数计数计数计数内存地址内存地址内存地址内存地址WRITE WRITE 0 00 08080813813WRITEWRITE0 00 014014010341034WRITEWRITE0 01 1606058305830WRITEWRITE0 01 130030020002000WRITEWRITE0 00 025025018501850WRITEWRIT
29、E1 11 1250250720720计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.3 缓冲管理缓冲管理 5.3.1 5.3.1 5.3.1 5.3.1 缓冲的引入缓冲的引入缓冲的引入缓冲的引入 (1)(1)缓和缓和缓和缓和CPUCPU与与与与I/OI/O设备间速度不匹配的矛盾。设备间速度不匹配的矛盾。设备间速度不匹配的矛盾。设备间速度不匹配的矛盾。(2)(2)减少对减少对减少对减少对CPUCPU的中断频率，的中断频率，的中断频率，的中断频率，放宽对放宽对放宽对放宽对CPUCPU中断响应时间中断响应时间中断响应时间中断响应时间的限制。的限制。的限制。的限制。(3)(3)提高提高
30、提高提高CPUCPU和和和和I/OI/O设备之间的并行性。设备之间的并行性。设备之间的并行性。设备之间的并行性。计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理例例例例CPUCPU中断频率：中断频率：中断频率：中断频率：9.6Kb/s9.6Kb/sCPUCPU响应时间：约响应时间：约响应时间：约响应时间：约100us100usCPUCPU中断频率：中断频率：中断频率：中断频率：1.2Kb/s1.2Kb/sCPUCPU响应时间：约响应时间：约响应时间：约响应时间：约100us100usCPUCPU中断频率：中断频率：中断频率：中断频率：1.2Kb/s1.2Kb/sCPUCPU响应时间：
31、约响应时间：约响应时间：约响应时间：约800us800us计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.3.2 5.3.2 5.3.2 5.3.2 单缓冲和双缓冲单缓冲和双缓冲单缓冲和双缓冲单缓冲和双缓冲 1.1.单缓冲单缓冲单缓冲单缓冲(Single Buffer)(Single Buffer)系统对数据的处理时间：系统对数据的处理时间：系统对数据的处理时间：系统对数据的处理时间：Max(C,T)+MMax(C,T)+M计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.2.双缓冲双缓冲双缓冲双缓冲(Double Buffer)(Double Buffer)系统对数
32、据的处理时间：系统对数据的处理时间：系统对数据的处理时间：系统对数据的处理时间：Max(C,T)Max(C,T)计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理计算机通信计算机通信计算机通信计算机通信 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.3.3 5.3.3 5.3.3 5.3.3 循环缓冲循环缓冲循环缓冲循环缓冲 1.1.循环缓冲的组成循环缓冲的组成循环缓冲的组成循环缓冲的组成 空缓冲区空缓冲区空缓冲区空缓冲区已装满数据已装满数据已装满数据已装满数据的缓冲区的缓冲区的缓冲区的缓冲区正在使用的现正在使用的现正在使用的现正在使用的现行工作缓冲区行工作缓冲区行工作
33、缓冲区行工作缓冲区指示输入进程下次可用指示输入进程下次可用指示输入进程下次可用指示输入进程下次可用的空缓冲区的指针的空缓冲区的指针的空缓冲区的指针的空缓冲区的指针指示计算进程下次可用的指示计算进程下次可用的指示计算进程下次可用的指示计算进程下次可用的数据缓冲区的指针数据缓冲区的指针数据缓冲区的指针数据缓冲区的指针指示计算进程正在使用的指示计算进程正在使用的指示计算进程正在使用的指示计算进程正在使用的数据缓冲区的指针数据缓冲区的指针数据缓冲区的指针数据缓冲区的指针计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.2.循环缓冲区的使用循环缓冲区的使用循环缓冲区的使用循环缓冲区的使用 (
34、1)Getbuf(1)Getbuf过程过程过程过程(2)Releasebuf(2)Releasebuf过程过程过程过程 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理3.3.进程同步进程同步进程同步进程同步 (1)Nexti(1)Nexti指针追赶上指针追赶上指针追赶上指针追赶上NextgNextg指针：无空缓冲区可用指针：无空缓冲区可用指针：无空缓冲区可用指针：无空缓冲区可用(2)Nextg(2)Nextg指针追赶上指针追赶上指针追赶上指针追赶上NextiNexti指针：无数据缓冲区可用指针：无数据缓冲区可用指针：无数据缓冲区可用指针：无数据缓冲区可用 计算机操作系统计算机操作系
35、统第五章第五章 设备管理设备管理5.3.4 5.3.4 5.3.4 5.3.4 缓冲池缓冲池缓冲池缓冲池(Buffer Pool)(Buffer Pool)(Buffer Pool)(Buffer Pool)1.缓冲池的组成缓冲池的组成 含有三种类型的缓冲区含有三种类型的缓冲区含有三种类型的缓冲区含有三种类型的缓冲区 空空空空(闲闲闲闲)缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区空缓冲队列空缓冲队列空缓冲队列空缓冲队列emqemq 装满输入数据的缓冲区装满输入数据的缓冲区装满输入数据的缓冲区装满输入数据的缓冲区输入队列输入队列输入队列输入队列inqinq 装满输出数据的缓冲区装满输出数据的缓冲区装满输出数据的缓
36、冲区装满输出数据的缓冲区 输出队列输出队列输出队列输出队列outqoutq三个队列：三个队列：三个队列：三个队列：空缓冲队列空缓冲队列空缓冲队列空缓冲队列emqemq 输入队列输入队列输入队列输入队列inqinq 输出队列输出队列输出队列输出队列outqoutq四种工作缓冲区：四种工作缓冲区：四种工作缓冲区：四种工作缓冲区：用于收容输入数据的工作缓冲区用于收容输入数据的工作缓冲区用于收容输入数据的工作缓冲区用于收容输入数据的工作缓冲区用于提取输入数据的工作缓冲区用于提取输入数据的工作缓冲区用于提取输入数据的工作缓冲区用于提取输入数据的工作缓冲区用于收容输出数据的工作缓冲区用于收容输出数据的工作
37、缓冲区用于收容输出数据的工作缓冲区用于收容输出数据的工作缓冲区用于提取输出数据的工作缓冲区用于提取输出数据的工作缓冲区用于提取输出数据的工作缓冲区用于提取输出数据的工作缓冲区计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.Getbuf2.Getbuf过程和过程和过程和过程和PutbufPutbuf过程过程过程过程 Procedure Getbuf(type)Procedure Getbuf(type)begin begin Wait(RS(type);Wait(RS(type);Wait(MS(type);Wait(MS(type);B(number):=B(number):=T
38、akebuf(type);Takebuf(type);Signal(MS(type);Signal(MS(type);end end Procedure Putbuf(type,number)Procedure Putbuf(type,number)begin begin Wait(MS(type);Wait(MS(type);Addbuf(type,number);Addbuf(type,number);Signal(MS(type);Signal(MS(type);Signal(RS(type);Signal(RS(type);end end计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管
39、理设备管理3.缓冲区的工作方式缓冲区的工作方式 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.4 设备分配设备分配 5.4.1 5.4.1 5.4.1 5.4.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构 1.1.设备控制表设备控制表设备控制表设备控制表DCT DCT 一个设备一张设备控制表，记录本设备的情况一个设备一张设备控制表，记录本设备的情况一个设备一张设备控制表，记录本设备的情况一个设备一张设备控制表，记录本设备的情况计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.2.控制器控制表、控制器控制表、控制器控制表、控制器
40、控制表、通道控制表和系统设备表通道控制表和系统设备表通道控制表和系统设备表通道控制表和系统设备表 一个控制器一个一个控制器一个一个控制器一个一个控制器一个COCTCOCT表，记录本控制器情况表，记录本控制器情况表，记录本控制器情况表，记录本控制器情况一个通道一张通道控制表一个通道一张通道控制表一个通道一张通道控制表一个通道一张通道控制表记录系统中全部设备的情况记录系统中全部设备的情况记录系统中全部设备的情况记录系统中全部设备的情况计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑
41、的因素设备分配时应考虑的因素 1.设备的固有属性设备的固有属性(1)(1)独享设备：采用独享分配策略独享设备：采用独享分配策略独享设备：采用独享分配策略独享设备：采用独享分配策略 (2)(2)共享设备：注意调度共享设备：注意调度共享设备：注意调度共享设备：注意调度 (3)(3)虚拟设备虚拟设备虚拟设备虚拟设备计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.2.设备分配算法设备分配算法设备分配算法设备分配算法 (1)(1)先来先服务先来先服务先来先服务先来先服务(2)(2)优先级高者优先优先级高者优先优先级高者优先优先级高者优先计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备
42、管理3.3.设备分配中的安全性设备分配中的安全性设备分配中的安全性设备分配中的安全性 1)1)安全分配方式：安全分配方式：安全分配方式：安全分配方式：CPUCPU与与与与I/OI/O设备串行工作设备串行工作设备串行工作设备串行工作2)2)不安全分配方式：可能造成死锁不安全分配方式：可能造成死锁不安全分配方式：可能造成死锁不安全分配方式：可能造成死锁计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.4.3 5.4.3 5.4.3 5.4.3 设备独立性设备独立性设备独立性设备独立性 设备独立性：应用程序独立于具体使用的物理设备设备独立性：应用程序独立于具体使用的物理设备设备独立性：应
43、用程序独立于具体使用的物理设备设备独立性：应用程序独立于具体使用的物理设备 逻辑设备、物理设备逻辑设备、物理设备逻辑设备、物理设备逻辑设备、物理设备 在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名因此，系统须具有将逻辑设备
44、名称转换为某物理设备名因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能称的功能称的功能称的功能1.1.设备独立性设备独立性设备独立性设备独立性(Device Independence)(Device Independence)的概念的概念的概念的概念计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理在实现了设备独立性的功能后，在实现了设备独立性的功能后，在实现了设备独立性的功能后，在实现了设备独立性的功能后，可带来以下两方面的好可带来以下两方面的好可带来以下两方面的好可带来以下两方面的好处处处处:1)1)设备分配时的灵活性设备分配
45、时的灵活性设备分配时的灵活性设备分配时的灵活性 2)2)易于实现易于实现易于实现易于实现I/OI/O重定向重定向重定向重定向 1.1.设备独立性设备独立性设备独立性设备独立性(Device Independence)(Device Independence)的概念的概念的概念的概念计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.2.设备独立性软件设备独立性软件设备独立性软件设备独立性软件 1)1)执行所有设备的公有操作执行所有设备的公有操作执行所有设备的公有操作执行所有设备的公有操作 对独立设备的分配与回收对独立设备的分配与回收对独立设备的分配与回收对独立设备的分配与回收 将逻辑
46、设备名映射为物理设备名，进一步可以找到相将逻辑设备名映射为物理设备名，进一步可以找到相将逻辑设备名映射为物理设备名，进一步可以找到相将逻辑设备名映射为物理设备名，进一步可以找到相应物理设备的驱动程序应物理设备的驱动程序应物理设备的驱动程序应物理设备的驱动程序 对设备进行保护，禁止用户直接访问设备；对设备进行保护，禁止用户直接访问设备；对设备进行保护，禁止用户直接访问设备；对设备进行保护，禁止用户直接访问设备；缓冲管理，即对字符设备和块设备的缓冲区进行有效缓冲管理，即对字符设备和块设备的缓冲区进行有效缓冲管理，即对字符设备和块设备的缓冲区进行有效缓冲管理，即对字符设备和块设备的缓冲区进行有效的管
47、理，的管理，的管理，的管理，以提高以提高以提高以提高I/OI/O的效率；的效率；的效率；的效率；差错控制差错控制差错控制差错控制计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2)2)向用户层向用户层向用户层向用户层(或文件层或文件层或文件层或文件层)软件提供统一接口软件提供统一接口软件提供统一接口软件提供统一接口 无论何种设备，无论何种设备，无论何种设备，无论何种设备，它们向用户所提供的接口应该是相同的它们向用户所提供的接口应该是相同的它们向用户所提供的接口应该是相同的它们向用户所提供的接口应该是相同的2.2.设备独立性软件设备独立性软件设备独立性软件设备独立性软件 计算机操作系统
48、计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理3.3.逻辑设备名到物理设备名映射的实现逻辑设备名到物理设备名映射的实现逻辑设备名到物理设备名映射的实现逻辑设备名到物理设备名映射的实现 1)1)逻辑设备表：用于将应用程序中所使用的逻辑设备名逻辑设备表：用于将应用程序中所使用的逻辑设备名逻辑设备表：用于将应用程序中所使用的逻辑设备名逻辑设备表：用于将应用程序中所使用的逻辑设备名映射为物理设备名映射为物理设备名映射为物理设备名映射为物理设备名2)LUT2)LUT的设置问题：系统中只设置一张的设置问题：系统中只设置一张的设置问题：系统中只设置一张的设置问题：系统中只设置一张LUTLUT一个用户一张一个用
49、户一张一个用户一张一个用户一张LUT LUT 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.4.4 5.4.4 5.4.4 5.4.4 独占设备的分配程序独占设备的分配程序独占设备的分配程序独占设备的分配程序 1.1.基本的设备分配程序基本的设备分配程序基本的设备分配程序基本的设备分配程序 1)1)分配设备分配设备分配设备分配设备 2)2)分配控制器分配控制器分配控制器分配控制器 3)3)分配通道分配通道分配通道分配通道 只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，此只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，此只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，此只有在设备、控制器和通道三
50、者都分配成功时，此次设备分配才算成功次设备分配才算成功次设备分配才算成功次设备分配才算成功计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理2.2.设备分配程序的改进设备分配程序的改进设备分配程序的改进设备分配程序的改进 1)1)增加设备的独立性：使用逻辑设备名请求增加设备的独立性：使用逻辑设备名请求增加设备的独立性：使用逻辑设备名请求增加设备的独立性：使用逻辑设备名请求I/O I/O 2)2)考虑多通路情况考虑多通路情况考虑多通路情况考虑多通路情况 计算机操作系统计算机操作系统第五章第五章 设备管理设备管理5.4.5 SPOOLing5.4.5 SPOOLing5.4.5 SPOOL