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操作系统6-2.ppt

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第十五讲 设备管理、磁盘设备目的与要求:理解设备管理子系统的层次,功能及技术、了解磁盘设备。 重点与难点:层次结构;设备驱动程序;缓冲技术;磁盘调度的方法;盘阵选择。 作业: 6,8,11,16,18,6.2.2 输入输出层次结构,通常,操作系统将设备管理系统划分并组织成三个层次:用户层I/O设备无关的I/O设备驱动及中断处理,用户进程,用户层I/O,设备无关的I/O,设备驱动及中断处理,硬件,,,,,,,设备管理子系统,逻辑结构图,,核心态运行,用户程序,标准C库I/O函数,,内核总控,系统调用处理总控,Write处理(文件系统、TCP/IP),磁盘控制器/网卡,盘/网卡中断处理,,用户态,核心态,,异步调用接口,磁盘驱动程序/网卡驱动,,,,,,,,,,,系统调用各模块关系图,系统调用接口,用户程序,,,,,,,一、用户层I/O,这一层与设备的控制细节无关,不直接与设备打交道。它将设备(或在设备上的逻辑对象)看作逻辑资源,为用户进程提供各类I/O函数。用户以设备标识符和一些简单的函数来使用设备,如打开、关闭、读、写等。如C库中的函数fopen(); fread(); fwrite(); fclose()等 。,二、设备无关的I/O,这一层的基本功能:执行适用于所有设备的公共I/O功能,并向其上层提供统一的系统调用接口。主要任务:设备命名及与设备驱动程序的映射。在UNIX中,如/dev/tty00唯一地确定了一个inode数据结构,其中包含了主设备号,通过主设备号可以找到相应的设备驱动程序。 设备访问保护。分配及释放独占型设备。设备I/O数据缓冲机制。文件系统功能、TCP/IP协议等(支持设备上的逻辑存储、通讯对象),三、设备驱动与中断处理,设备驱动程序包括了所有与设备相关的代码,其功能是从与设备无关的软件中接收I/O的请求,排入请求队列或执行之。中断处理当进程进行I/O操作时,将其阻塞至I/O操作结束并发生中断。中断发生时,由中断处理程序启动请求排队的下一请求(如果有)并解除等I/O进程的阻塞状态,使其能够继续执行。,6.2.3. 缓冲技术,在进程数据区与外设之间设立缓冲区可以改善进程运行速度与I/O传输速度之间的速差矛盾。,缓冲区结合预读和滞后写技术对具有重复性及阵发性I/O进程提高I/O速度很有帮助。,,,,,,,,缓冲A,缓冲G,缓冲E,缓冲C,缓冲B,缓冲D,缓冲F,缓冲H,,,,,,,,,,,,,Hash表方式的设备缓冲队列,空闲队列头,缓冲区管理示例,6.2.4.设备驱动程序,一.设备驱动程序接口函数 驱动程序初始化函数:这个函数是为了使驱动程序其它函数能被上层正常调用,而做一些针对驱动程序本身的初始化工作。如向操作系统登记该驱动程序的接口函数,该初始化函数在系统启动时或驱动程序安装入内核时执行。 驱动程序卸载函数:是驱动程序初始化函数的逆过程,在支持驱动程序可动态加载卸载的系统中才需要。申请设备函数:该函数申请一个驱动程序所管理的设备,按照设备特性进行独占式占用或者分时共享式占用,如果是独占式申请成功还应该对设备做初始化工作。释放设备函数:是申请设备函数的逆过程。,I/O操作函数:这个函数实现对设备的I/O。如果对独占型设备,包含了启动I/O的指令,对分时共享型设备,该函数通常将I/O请求形成一个请求包,将其排到设备请求队列,如果请求队列空,则直接启动设备。 中断处理函数:这个函数在设备I/O完成时向CPU发中断后被调用。该函数对I/O完成作善后处理,一般是找到等待刚完成I/O请求的阻塞进程,将其就绪,使其能进一步作后续工作。如果存在I/O请求队列,则启动下一个I/O请求。,5.设备管理有关的数据结构 描述设备、控制器等部件的表格。系统中常常为每一个部件、每一台设备分别设置一张表格,常称为部件控制块或设备表。这类表格具体描述设备的类型、标识符、进行状态,以及当前使用者的进程标识符等。 建立同类资源的队列。系统为了方便对I/O设备的分配管理,通常在设备表的基础上通过指针将相同物理属性的设备联成队列(称设备队列)。 面向进程I/O请求的动态数据结构。每当进程发出块I/O请求时,系统建立一张表格(称I/O请求包)。将此次I/O请求的参数填入表中,同时也将该I/O有关的系统缓冲区地址等信息填入表中。I/O请求包随着I/O的完成而删除。 建立I/O队列。如请求包队列 。,设备管理有关数据结构关系,6.3存储设备6.3.1.常见存储外设,磁盘数据组织(一个磁盘有多个盘面组成,盘面有同心圆磁道组成,磁道由扇区组成,扇区为基本传输单位)物理特性(单磁头,多磁头),多磁头活动头盘示意图,光学存储设备CD-ROMCD-R,CD-RW,6.3.2 .磁盘调度,,磁盘地址:设备号+柱面号+盘面号+扇区号,读写一次磁盘信息所需的时间可
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