内容纲要

设备管理

设备管理:CPU和内存之外的设备的分配、控制、管理和回收。

设备分类

按使用特性对外部设备的分类

设备管理的任务:

  • 选择和分配输入输出设备以便进行数据传输操作。
  • 控制输入输出设备和CPU(或内存)之间交换数据。
  • 为用户提供一个友好的透明接口,把用户和设备硬件特性分开,使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备,系统按用户要求控制设备工作。另外,这个接口还为新增加的用户设备提供一个和系统核心相连接的入口,以便用户开发新的设备管理程序。
  • 提高设备和设备之间、CPU和设备之间,以及进程和进程之间的并行操作度,以使操作系统获得最佳效率。

设备管理的功能

  • 提供和进程管理系统的接口。
  • 进行设备分配。
  • 实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作。
  • 进行缓冲区管理。

数据传输控制方式

程序直接控制方式:由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的信息传送。

缺点:

  • CPU 和外围设备只能串行工作。 由千 CPU 的处理速度要大大高千外刚设备的数据传送和处理速度,所以,CPU 的大量时间都处于等待和空闲状态。 这使得 CPU 的利用率大大降低。
  • CPU 在一段时间内只能和一台外围设备交换数据信息,从而不能实现设备之间的并行工作。
  • 由于程序直接控制方式依靠测试设备标志触发器的状态位来控制数据传送,因此无法发现和处理由于设备或其他硬件所产生的错误。 所以,程序直接控制方式只适用于那些 CPU 执行速度较慢,而且外围设备较少的系统。

中断控制方式:要求CPU与设备(或控制器)之间有相应的中断请求线,而且在设备控制器的控制状态寄存器有相应的中断允许位。

DMA方式:在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路,通过DMA控制器DMAC控制从内存向设备输入输出。

通道方式:是DMA方式的发展,它可进一步减少CPU的干预,即把对一个数据块的读(或写)为单位的干预,减少为对一组数据块的读(或写)及有关的控制和管理为单位的干预。

中断技术:指计算机在执行程序期间,系统内发生任何非寻常的或非预期的急 需处理事件,使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序,待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程。 引起中断发生的事 件被称为中断源。 中断源向CPU发出的请求中断处理信号称为中断请求,而 CPU收到中 断请求后转相应的事件处理程序称为中断响应。

缓存技术

缓存技术:缓冲有硬件缓冲和软件缓冲之分。硬件缓冲是以专用的寄存器作为缓冲器。软缓冲缓冲即在操作系统的管理下,在内存中划出若干个单元作为缓冲区。软件缓冲的好处是易于改变缓冲区的大小和数量,缺点是占据一部分内存空间。

缓存分类:单缓冲、双缓冲、多缓冲、循环缓冲与缓冲池。

缓冲池:

缓冲池

设备分配与回收

系统设备表SDT(System Device Table):反映设备的特性、设备和1/0控制器的连接情况。

sdt

设备控制表DCT(Device Control Table):整个系统一张,它记录已被连接到系统中的所有物理设备的情况,并为每个物理设备设一个表项。

DCT

控制器控制表COCT(Controller Control Table):每个控制器一张,它反映I/0控制器的使用状态以及和通道的连接情况等(在DMA方式时,该项是没有的)。

COCT

通道控制表CHCT(Channel Control Table):该表只在通道控制方式的系统中存在,也是每个通道一张。

CHCT

这些数据结构之间通过表项互相连接,DCT 中有指向COCT 的指针,COCT 中有指向CHCT 的指针。

指向

设备固有属性:

  • 独占性:一段时间内只允许一个进程独占;
  • 共享性:允许多个进程同时共享;
  • 可虚拟设备:设备本身独占,但经某种技术处理,可将其改造成虚拟设备

设备分配策略:

  • 独占分配:分配给一个进程,该进程释放设备后,再将进程分配给另一进程;
  • 共享分配:分配给多个进程,注意访问顺序和合理调度;
  • 虚拟分配:采用虚拟技术后,按共享设备分配

设备分配算法:

  • 先来先服务:当多个进程对同一设备提出I/O 请求时,按照进程对设备提出请求的先后顺序排队
  • 优先级高者优先:优先级高者排在设备队列前面,优先级相同者,按照先来先服务原则排队

SPOOLing技术的特点:

  • 提高了I/O的速度,缓和了高速的处理器与低速输入输出设备之间的矛盾。
  • 将独占设备改造为共享设备,提高了设备的利用率。
  • 实现了虚拟设备功能,将物理的单个设备变换为多个对应的逻辑设备。

磁盘结构

磁盘

磁盘结构

盘面

盘面

磁盘I/O 访问时间的组成:

  • 柱面定位时间(寻道时间) :磁头移动到指定柱面的机械运动时间;启动磁臂的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和, 即: Ts=m×n+s
  • 旋转延迟时间(寻区时间) :磁盘旋转到指定扇区的机械运动时间;
  • 数据传送时间:从指定扇区读写数据的时间

时间组成

磁盘缓存:操作系统可以在内存中设置相应的区域,将磁盘上的数据放在内存中进行缓存。

磁盘调度

先来先服务FCFS

先来先服务FCFS(First-Come

SCAN算法

SCAN算法

最短寻道时间优先SSTF

最短寻道时间优先SSTF

循环扫描(CSCAN)算法

循环扫描(CSCAN)算法

最后修改日期:2020年7月13日

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