设备管理专升本.ppt
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1、设备管理设备管理盛雯雯盛雯雯12/4/2022设设备备管管理理基本概念基本概念设备管理中的若干技术设备管理中的若干技术数据传输的控制方式数据传输的控制方式设备分配设备分配I/O设备处理程序设备处理程序计算机设备分类计算机设备分类设备控制器设备控制器设备管理的功能和任务设备管理的功能和任务程序控制方式程序控制方式中断控制方式中断控制方式直接存储访问方式直接存储访问方式通道方式通道方式I/O缓冲技术缓冲技术中断技术中断技术SPOOLING技术技术通道技术通道技术设备分配原则、数据结构设备分配原则、数据结构设备分配方式、策略设备分配方式、策略共享磁盘的调度共享磁盘的调度I/O设备处理程序的功能设备处
2、理程序的功能设备处理的方式设备处理的方式计算机设备的分类计算机设备的分类基于设备的从属关系:系统设备(标准设备如键基于设备的从属关系:系统设备(标准设备如键盘、显示器、磁盘驱动器)、用户设备(需要自盘、显示器、磁盘驱动器)、用户设备(需要自己安装驱动程序)己安装驱动程序)基于资源分配角度:独享设备、共享设备、虚拟基于资源分配角度:独享设备、共享设备、虚拟设备。设备。基于信息交换的单位:字符设备(键盘、打印机、基于信息交换的单位:字符设备(键盘、打印机、显示器)、块设备(磁盘、磁带)。显示器)、块设备(磁盘、磁带)。基于设备的工作特性:存储设备、输入输出设备。基于设备的工作特性:存储设备、输入输
3、出设备。设备管理的功能和任务设备管理的功能和任务设备控制器:设备控制器:CPU与与I/O设备之间的接口,设备之间的接口,接收从接收从CPU发来的命令,并控制发来的命令,并控制I/O设备的设备的工作,使处理机从繁忙的设备控制事务中工作,使处理机从繁忙的设备控制事务中解脱出来。实现解脱出来。实现CPU与控制器、控制器与与控制器、控制器与设备之间的通信。设备之间的通信。设备的功能:设备的功能:1、提高设备的利用率。、提高设备的利用率。2、为用户提供便利统一的使用界面。为用户提供便利统一的使用界面。设备管理的功能设备管理的功能提供一组提供一组I/O命令:用户使用外部设备的界命令:用户使用外部设备的界面
4、。面。进行设备的分配和回收进行设备的分配和回收缓冲区的管理缓冲区的管理实现设备的实现设备的I/O操作。操作。设备中断处理程序设备中断处理程序保护中断现场保护中断现场传送数据传送数据恢复现场恢复现场调用设备驱动程序调用设备驱动程序用户程序用户程序Read(input,buffer)Buffer(缓冲区缓冲区)输入输入/输出管理程序输出管理程序阻塞调用进程阻塞调用进程验证验证I/O请求请求调用设备驱动程序调用设备驱动程序校验设备状态校验设备状态激活调用进程激活调用进程设备驱动程序设备驱动程序初始化并启动初始化并启动I/O完成真正的完成真正的I/O返回输入返回输入/输出管理程序输出管理程序输入输入/
5、输出的处理步骤输出的处理步骤设备的分配算法设备的分配算法DCB:设备控制。:设备控制。Device control block,存放的是一台具体设备的有关信息。找到存放的是一台具体设备的有关信息。找到一个设备的一个设备的DCB,就是得到了该设备的特性,就是得到了该设备的特性,各种参数、使用情况等。各种参数、使用情况等。SDT:系统设备表。每一个可分配的外部:系统设备表。每一个可分配的外部设备都分配一个表项。其中有一指针指向设备都分配一个表项。其中有一指针指向该设备的该设备的DCB.IVT:中断向量表,计算机为每台设备赋予一中断向量表,计算机为每台设备赋予一个设备码,用设备码来查找中断向量表。个
6、设备码,用设备码来查找中断向量表。设备标识设备标识设备类型设备类型设备状态设备状态设备请求队列指针设备请求队列指针设备驱动程序首地址设备驱动程序首地址其他其他PCB1PCB2PCB3设备请求队列设备请求队列DCB设备分配设备分配 通过一个键盘输入请求来讨论设备分配的通过一个键盘输入请求来讨论设备分配的过程。过程。中断保护区首地址设备屏蔽码设备中断处理程序入口地址设备特性设备码设备驱动程序入口地址设备初始化程序入口地址设备请求队列指针内存起始地址计数器加工单加工单D1A1DnAn-1-1A10110Rds(设备名,内存地址,个数设备名,内存地址,个数)设备的分配设备的分配绝对号:绝对号:计算机系
7、统中配置各种不同的外部设备,计算机系统中配置各种不同的外部设备,每一类外部设备都可能有很多台,为了管理,系每一类外部设备都可能有很多台,为了管理,系统对每台设备进行编号,以便相互识别。统对每台设备进行编号,以便相互识别。相对号:相对号:用户在申请设备的时候通常都不是指明用户在申请设备的时候通常都不是指明设备的绝对号,而是知名需要那一类设备。至于设备的绝对号,而是知名需要那一类设备。至于分配那一台则根据当时设备的分配情况进行分配。分配那一台则根据当时设备的分配情况进行分配。用户通过设备类(相对号)对设备提出申请。用户通过设备类(相对号)对设备提出申请。设备设备类类拥有拥有设备设备台数台数现存现存
8、台数台数设备设备表地表地址址输入输入机机42打印打印机机20绝对号绝对号状态状态使用情使用情况况占用作占用作业名业名相对号相对号001好好已分配已分配job1002002好好空闲空闲003好好空闲空闲004好好已分配已分配job2001绝对号绝对号状态状态使用情使用情况况占用作占用作业名业名相对号相对号005好好已分配已分配job1001006好好已分配已分配job3002设备类表设备类表设备表设备表设备分配算法设备分配算法先来先服务先来先服务优先级高者先服务优先级高者先服务数据传输方式数据传输方式根据外部设备与主机并行工作的程度:根据外部设备与主机并行工作的程度:程序控制方式程序控制方式中断
9、控制方式中断控制方式DMA通道控制方式通道控制方式程序控制方式程序控制方式程序查询方式程序查询方式一字符为单位传输一字符为单位传输CPU的速度远远大于的速度远远大于I/O的速度,使得的速度,使得CPU大部分时间都在等待大部分时间都在等待I/O完成的循环测试中。完成的循环测试中。无法支持多到程序的并发执行。无法支持多到程序的并发执行。中断控制方式中断控制方式外部设备启动并准备好后再发出中断请求。外部设备启动并准备好后再发出中断请求。一旦启动外围设备后转去服务其他程序。一旦启动外围设备后转去服务其他程序。仅当有中断请求时才转向相应的中断处理仅当有中断请求时才转向相应的中断处理程序处理中断请求。程序
10、处理中断请求。每次只传送一个数据每次只传送一个数据保护现场、恢复现场保护现场、恢复现场DMA外设直接与内存交换成批数据而不用外设直接与内存交换成批数据而不用的干涉。减轻的负担。的干涉。减轻的负担。特点特点DMA获得总线控制权后,直接与外围设备交换获得总线控制权后,直接与外围设备交换数据而不需要数据而不需要CPU的控制的控制设备与存储区成批数据传输设备与存储区成批数据传输CPU被挂起,被挂起,CPU与外围设备不能并行工作与外围设备不能并行工作CPU只做启动和结束处理,数据传输以及只做启动和结束处理,数据传输以及I/O工工作都由作都由DMA负责实行。负责实行。通道方式通道方式独立于的,专门用来输入
11、输出操作独立于的,专门用来输入输出操作的处理机。具有执行通道的处理机。具有执行通道I/O的能力,并通的能力,并通过执行通道程序控制过执行通道程序控制I/O操作,但通道指令操作,但通道指令(通道控制字)与一般的不同:(通道控制字)与一般的不同:指令类型单一,局限于与指令类型单一,局限于与I/O相关的指令。相关的指令。没有自己的内存。没有自己的内存。通道的类型通道的类型字节夺路通道字节夺路通道安子介交叉方式工作,有若干非分配型子通道,按时安子介交叉方式工作,有若干非分配型子通道,按时间片轮转方式共享主通道。间片轮转方式共享主通道。数组选择通道数组选择通道只有一个分配类型子通道,虽然可以连接多台高速
12、设只有一个分配类型子通道,虽然可以连接多台高速设备,但一段时间内,只能执行一条通道程序。备,但一段时间内,只能执行一条通道程序。数组多路通道数组多路通道含有多个分配型子通道,它们具有很高的传输速率。含有多个分配型子通道,它们具有很高的传输速率。通道通道当用户发出当用户发出/O请求时,请求时,CPU直接把该请直接把该请求转交给通道完成,通道在求转交给通道完成,通道在I/O任务结束后任务结束后才发出中断信号,请求才发出中断信号,请求CPU进行结束处理。进行结束处理。通道与主机连接,设备控制器与通道连接。通道与主机连接,设备控制器与通道连接。一个设备控制器上连接多个设备一个通道一个设备控制器上连接多
13、个设备一个通道上可以连接多个控制器。上可以连接多个控制器。通道技术通道技术在用户程序中使用访管指令进入管理程序,在用户程序中使用访管指令进入管理程序,由由CPU通过管理程序组织一个通道程序,通过管理程序组织一个通道程序,并启动通道;并启动通道;通道处理机执行通道处理机执行CPU为它组织的通道程序,为它组织的通道程序,完成指定的数据输入输出操作;完成指定的数据输入输出操作;通道程序结束后向通道程序结束后向CPU发送中断请求,发送中断请求,响应后,第二次进入操作系统,调用响应后,第二次进入操作系统,调用管理程序对输入输出中断请求进行处理。管理程序对输入输出中断请求进行处理。设备管理的若干技术设备管
14、理的若干技术I/O缓冲技术缓冲技术中断技术中断技术Spooling 技术技术通道技术通道技术I/O缓冲技术缓冲技术引入原因:缓和引入原因:缓和CPU与外围设备速度不匹与外围设备速度不匹配的矛盾;减少配的矛盾;减少CPU的中断频率,放宽对的中断频率,放宽对中断相应的时间限制;提高中断相应的时间限制;提高CPU与与I/O设备设备之间的并行性。之间的并行性。方法:采用专门的硬件寄存器(硬缓冲)、方法:采用专门的硬件寄存器(硬缓冲)、在内存中开辟连续的内存单元(软缓冲)。在内存中开辟连续的内存单元(软缓冲)。软缓冲:单缓冲、双缓冲、多缓冲、缓冲软缓冲:单缓冲、双缓冲、多缓冲、缓冲池池单缓冲区单缓冲区生
15、产者生产者缓冲区缓冲区消费者消费者双缓冲区双缓冲区 生产者生产者缓冲区缓冲区1消费者消费者缓冲区缓冲区2Spooling技术技术三部分:三部分:预输入程序预输入程序缓输出程序缓输出程序井管理程序:井管理程序:井管理读:请求输入设备工作时,调用井管理读程井管理读:请求输入设备工作时,调用井管理读程序,把让输入设备工作的任务转成从输入井中读取序,把让输入设备工作的任务转成从输入井中读取所需要的信息。所需要的信息。井管理写:操作系统调用井管理写程序,它把让输井管理写:操作系统调用井管理写程序,它把让输出设备工作的任务,转环成为往输出井中输出。出设备工作的任务,转环成为往输出井中输出。磁盘调度磁盘调度
16、磁盘的结构:磁盘的结构:存储信息的载体(盘片)存储信息的载体(盘片)磁盘驱动器(磁头、读写驱动放大电路、机械磁盘驱动器(磁头、读写驱动放大电路、机械支撑机构和其他电器部分)支撑机构和其他电器部分)磁道、扇区、盘面、柱面、读写磁头号、移动磁道、扇区、盘面、柱面、读写磁头号、移动臂臂 查找时间:在移动臂的带动下,把磁头移查找时间:在移动臂的带动下,把磁头移动到指定柱面所需要的时间。动到指定柱面所需要的时间。移臂调移臂调度度等待时间:将指定的扇区旋转到磁头下所等待时间:将指定的扇区旋转到磁头下所需要的时间;需要的时间;磁盘旋转时间磁盘旋转时间传输时间:由磁头进行读写,完成信息传传输时间:由磁头进行读
17、写,完成信息传送所需要的时间。送所需要的时间。磁盘的计算磁盘的计算C:每个柱面的磁道数:每个柱面的磁道数S:每个磁道的扇区数:每个磁道的扇区数第第i个柱面,个柱面,j个磁头,个磁头,k扇区所对应的磁盘扇区所对应的磁盘块号块号b可用如下公式计算:可用如下公式计算:b=k+(j+i*c)*s习题习题假定一个磁盘共有假定一个磁盘共有100个柱面,每个柱面共个柱面,每个柱面共8个磁道,每个盘面被划分成个磁道,每个盘面被划分成8个扇区,现个扇区,现在有一个含有在有一个含有6400个记录的文件,记录大个记录的文件,记录大小与扇区尺寸相同,编号从小与扇区尺寸相同,编号从0开始。该文件开始。该文件按从按从0磁
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