第5章設備管理5.0本章學習目的5.1概述5.2數據傳送控制方式5.3緩沖技術5.4設備分配技術5.5I/O進程控制開始本章學習目的l

數據傳送的4種方式：程序直接控制方式、中斷控制方式、DMA方式及通道控制方式l

緩沖技術的概念及4種常見的緩沖技術：單緩沖、雙緩沖、環形緩沖及緩沖池l

設備分配的概念及3種設備分配技術：獨享分配、共享分配及虛擬分配l

I/O進程控制前往本章首頁5.1概述5.1.1設備類型5.1.2設備管理的義務和功能5.1.3設備控制塊〔DCB〕前往本章首頁5.1.1設備類型1．按操作特性分類按這種方法可把外部設備分為存儲設備和輸入/輸出〔I/O〕設備。2．按傳輸的信息特點分類按這種方法可將外部設備分為字符設備和塊設備。3．按系統和用戶的觀念分類按這種觀念可將外部設備分為系統設備和用戶設備兩種。前往本節5.1.2設備管理的義務和功能1．設備管理的義務

提高設備的利用率設備獨立性字符編碼的獨立性設備處置的一致性下一頁2．設備管理的功能〔1〕監視系統中一切設備的形狀。〔2〕設備分配。〔3〕設備控制是設備管理的另一功能，它包括設備驅動和設備中斷處置，詳細的任務過程是在設備處置的程序中發出驅動某設備任務的I/O指令后，再執行相應的中斷處置。前往本節5.1.3設備控制塊〔DCB〕1．DCB構造〔1〕設備名。它是設備的系統名，即設備的物理名。〔2〕設備屬性。它描畫設備的特性和類型。〔3〕設備形狀。它描畫設備現行的形狀。〔4〕設備的I/O總線地址。它反映現行設備在I/O總線上的詳細地址。〔5〕等待列指針。它存放要求運用該設備的隊列的首指針。下一頁下一頁2．設備轉換表對設備的懇求最終要轉換成對設備的I/O操作，系統可以經過操作碼檢索“設備轉換表〞找到相應的設備地址。該轉換表包含設備特定的I/O例行程序地址，不具備相應操作的設備在其例行程序地址上要填“-1〞。前往本節5.2數據傳送控制方式5.2.1程序直接控制方式5.2.2中斷控制方式5.2.3DMA方式5.2.4通道控制方式前往本章首頁5.2.1程序直接控制方式程序直接控制方式是指由程序直接控制內存或CPU和外圍設備之間進展信息傳送的方式。通常又稱為“忙—等〞方式或循環測試方式。在數據傳送過程中，必不可少的一個硬件設備是I/O控制器，它是操作系統軟件和硬件設備之間的接口，它接納CPU的命令，并控制I/O設備進展實踐的操作。下一頁下面講述程序直接控制方式的任務過程。由于數據傳送過程中輸入和輸出的情況比較類似，下面只給出輸出數據時的任務過程。〔1〕把一個啟動位為“1〞的控制字寫入該設備的控制形狀存放器。〔2〕將需輸出數據送到數據緩沖存放器。〔3〕測試控制形狀存放中的“完成位〞，假設為0，轉〔2〕，否那么轉〔4〕。〔4〕輸出設備將數據緩沖存放器中的數據取走進展實踐的輸出。前往本節5.2.2中斷控制方式〔1〕進程需求數據時，將允許啟動和允許中斷的控制字寫入設備控制形狀存放器中，啟動該設備進展輸入操作。〔2〕該進程放棄處置機，等待輸入的完成。操作系統進程調度程序調度其他就緒進程占用途置機。〔3〕當輸入完成時，輸入設備經過中斷懇求線向CPU發出中斷懇求信號。CPU在接納到中斷信號之后，轉向中斷處置程序。〔4〕中斷處置程序首先維護現場，然后把輸入緩沖存放器中的數據傳送到某一特定單元中去，同時將等待輸入完成的那個進程喚醒，進入就緒形狀，最后恢復現場，并前往到被中斷的進程繼續執行。〔5〕在以后的某一時辰，操作系統進程調度程序選中提出的懇求并得到獲取數據的進程，該進程從商定的內存特定單元中取出數據繼續任務。前往本節5.2.3DMA方式DMA方式又稱直接存儲器訪問〔DirectMemoryAccess〕方式。其根本思想是在外設和主存之間開辟直接的數據交換通路。DMA方式的特點是：〔1〕數據傳送的根本單位是數據塊。〔2〕所傳送的數據是從設備送內存，或者相反。〔3〕僅在傳送一個或多個數據塊的開場和終了時，才需中斷CPU，懇求干涉，整塊數據的傳送是在DMA控制器控制下完成的。下一頁圖5.1DMA控制器與其他部件的關系前往本節5.2.4通道控制方式通道控制方式與DMA方式相類似，也是一種內存和設備直接進展數據交換的方式。與DMA方式不同的是，在通道控制方式中，數據傳送方向存放數據的內存始址及傳送的數據塊長度均由一個專門擔任輸入/輸出的硬件——通道來控制。另外，DMA方式每臺設備至少需求一個DMA控制器，而通道控制方式中，一個通道可控制多臺設備與內存進展數據交換。下一頁每條通道指令應包含以下的內容：〔1〕操作碼：它規定指令所執行的操作，如讀、寫等。〔2〕內存地址：標明數據傳送時內存的首址。〔3〕計數：表示傳送數據的字節數。〔4〕通道程序終了位R0，表示通道程序能否終了。〔5〕記錄終了標志R1，表示所處置的記錄能否終了。下一頁下面給出一個由三條通道指令所構成的簡單程序。該程序是將內存中不同地址的數據寫成多個記錄。操作R0R1計數內存地址WRITE00801420WRITE011702120下一頁圖5.2通道方式的數據傳送構造下一頁通道控制方式的數據過程如下：〔1〕當進程要求設備輸入時，CPU發指令指明I/O操作、設備號和對應通道。〔2〕對應通道收到CPU發來的啟動指令后，讀出內存中的通道指令程序、設置對應設備的控制形狀存放器的初值。〔3〕設備按通道指令的要求，把數據送往內存指定區域。〔4〕假設傳送終了，I/O控制器經過中斷懇求線發中斷信號懇求CPU做中斷處置。〔5〕中斷處置終了后，CPU前往到被中斷進程處繼續執行。〔6〕當進程調度程序選中這個已得到數據的進程后，才干進展加工處置。前往本節5.3緩沖技術5.3.1緩沖的引入5.3.2單緩沖5.3.3雙緩沖5.3.4環形緩沖5.3.5緩沖池前往本章首頁5.3.1緩沖的引入引入緩沖的主要目的有以下幾點。1．緩和處置機和I/O設備間速度不匹配的矛盾2．減少對CPU的中斷次數3．提高CPU和I/O設備之間的并行性前往本節5.3.2單緩沖單緩沖是操作系統提供的最簡單的一種緩沖方式。每當一個進程發出一個I/O懇求時，操作系統便在主存中為之分配一緩沖區，該緩沖區用降暫時存放輸入/輸出數據。前往本節5.3.3雙緩沖處理外設之間并行任務的最簡單的方法是設置雙緩沖。在雙緩沖方案中，詳細的做法是為輸入或輸出操作設置兩個緩沖區buffer1和buffer2。雙緩沖方式和單緩沖方式相比，雖然雙緩沖方式能進一步提高CPU和外設的并行程度，并能使輸入設備和輸出設備并行任務，但是在實踐系統中很少采用這一方式，這是由于在計算機系統中的外設很多，又有大量的輸入和輸出，同時雙緩沖很難匹配設備和CPU的處置速度。因此現代計算機系統中普通運用環形緩沖或緩沖池構造。前往本節5.3.4環形緩沖環形緩沖技術是在主存中分配一組大小相等的存儲區作為緩沖區，并將這些緩沖區鏈接起來，每個緩沖區中有一個指向下一個緩沖的指針，最后一個緩沖區的指針指向第一個緩沖區，這樣n個緩沖區就成了一個環形。此外，系統中有個緩沖區鏈首指針指向第一個緩沖區。環形緩沖區構造如圖5.3所示。下一頁圖5.3環形緩沖區構造前往本節5.3.5緩沖池從自在主存中分配一組緩沖區即可構成緩沖池。1．緩沖池的組成緩沖池中的緩沖區普通有以下三種類型：空閑緩沖區、裝輸入數據的緩沖區和裝輸出數據的緩沖區。2．緩沖池的任務方式緩沖區可以在收容輸入、提取輸入、收容輸出和提取輸出四種方式下任務。下一頁圖5.4緩沖區隊列緩沖區下一頁圖5.5緩沖池的任務緩沖區前往本節5.4設備分配技術5.4.1獨享設備的分配5.4.2共享設備的分配5.4.3虛擬設備的分配與假脫機技術前往本章首頁5.4.1獨享設備的分配所謂獨享設備是指這類設備被分配給一個作業后，被這個作業所獨占運用，其他的任何作業不能運用，直到該作業釋放該設備為止。常見的獨享設備有行打印機、光電輸入機等。針對獨享設備，系統普通采用靜態分配方式。即在一個作業執行前，將它所需求運用的這類設備分配給它，當作業終了撤離時，才將分配給它的獨享設備收回。前往本節5.4.2共享設備的分配所謂共享設備是指允許多個用戶共同運用的設備。如磁盤、磁鼓等設備，可由多個進程同時進展訪問。設備的共享有兩層含義：一是指對設備介質的共享，如磁盤上的各扇區。二是指對磁盤等驅動器的共享，多個用戶訪問這些設備上的信息是經過驅動器來實現的。對共享設備的分配普通采用動態分配這一方式。下一頁常見的設備分配方法有兩種。1．先來先效力2．優先級高者優先前往本節5.4.3虛擬設備的分配與假脫機技術1．虛擬設備的分配2．假脫機技術3．假脫機系統的組成4．假脫機系統的特點下一頁1．虛擬設備的分配所謂虛擬設備是指替代獨享設備的那部分存儲空間及有關的控制構造。對虛擬設備采用的是虛擬分配，其過程是：當進程中懇求獨享設備時，系統將共享設備的一部分存儲空間分配給它。進程與設備交換信息時，系統把要交換的信息存放在這部分存儲空間，在適當的時候對信息作相應的處置。如打印時，把要打印的信息送到某個存儲空間中，在打印機空閑時將存儲空間上的信息送到打印機上打印出來。下一頁2．假脫機技術經過共享設備來模擬獨享設備所采用的操作是假脫機操作，即在聯機情況下外部設備設備同時操作。所運用的假脫機技術稱之為假脫機技術。下一頁3．假脫機系統的組成輸入井和輸出井輸入緩沖區和輸出緩沖區輸入進程和輸出進程下一頁圖5.6假脫機系統的組成下一頁4．假脫機系統的特點〔1〕提高了I/O速度。從對低速I/O設備進展的I/O操作變為對輸入井或輸出井的操作，好像脫機操作一樣，提高了I/O速度，緩和了CPU與低速I/O設備速度不匹配的矛盾。〔2〕設備并沒有分配給任何進程。在輸入井或輸出井中，分配給進程的是一存儲區和建立一張I/O懇求表。〔3〕實現了虛擬設備功能。多個進程同時運用一獨享設備，而對每一進程而言，都以為本人獨占這一設備，不過，該設備是邏輯上的設備。前往本節5.5I/O進程控制5.5.1用戶進程的輸入輸出懇求5.5.2設備驅動程序5.5.3中斷處置程序的處置過程前往本章首頁5.5.1用戶進程的輸入輸出懇求用戶進程的輸入輸出懇求包括：懇求進展I/O操作的邏輯設備名要求的操作、傳送數據的長度和起始地址等。典型的用戶進程的輸入輸出懇求可經過下述通用的系統調用命令來實現：doio(dev,mode,bmount,bddr)其中：dev表示執行I/O的邏輯設備名；mode表示操作的類型，如讀、寫等；bmount表示傳輸的數目；bddr表示數據傳送的地址。前往本節5.5.2設備驅動程序1．設備驅動程序的功能〔1〕實現邏輯設備到物理設備的轉換。〔2〕發出I/O命令，啟動相應的I/O設備，完成相應的I/O操作。2．設備驅動