第五章设备管理5.1I/O系统的组成主机型I/O系统具有通道的I/O系统结构：I/O设备、设备控制器、I/O通道、计算机设备的类别按从属关系系统设备用户设备从资源分配角度独享设备共享设备虚拟设备：通过SPOOLING技术把独享设备改造为共享设备，以提高利用率。按信息组织方式字符设备块设备设备分类的目的：简化设备管理程序操作系统|设备管理设备控制器设备控制器是一个可编址设备，分为字符设备控制器和块设备控制器，是CPU与设备间的接口。功能接收和识别命令：命令寄存器和译码器数据交换：数据寄存器设备状态的了解和报告：状态寄存器地址识别：地址寄存器设备控制器的组成设备控制器与处理机的接口数据线（数据寄存器、控制/状态寄存器）地址线控制线设备控制器与设备的接口数据信号控制信号状态信号I/O逻辑：实现对设备的控制设备管理程序的设计目标方便性：提供友好透明的用户接口并行性：提高设备的利用率和系统效率均衡性：使用外存设备作为虚拟设备独立性：与设备无关性设备管理的基本功能提供和进程管理系统的接口进行设备分配实现设备之间，设备与CPU等之间的并行操作进行缓冲区管理5.2数据传送（I/O）控制方式程序直接控制方式工作原理由用户进程直接控制内存或CPU与外设间的信息传送。优点：控制简单硬件要求少缺点：CPU与外围设备只能串行工作设备间不能并行操作安全性差。向I/O控制器发读命令中断方式中断的概念中断源，中断请求，中断响应开中断，关中断中断屏蔽中断处理过程CPU检查响应中断的条件是否满足如CPU响应中断，关中断保护现场分析中断原因，调用中断处理子程序执行中断处理子程序退出中断，恢复现场开中断，CPU继续执行中断方式的处理过程CPU与设备（控制ID）间有中断请求线且设备控制器的控制状态寄存器中有相应的中断允许位。特点：CPU利用率提高，能支持多道程序和设备并行工作。数据传送过程中，中断次数较多；可能出现数据丢失现象设备接收CPU发来的START指令数据—>寄存器N满？Y控制器发中断信号DMA方式在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路。信息的传送方向，传送的源地址和目的地址及传送长度都由CPU控制。特点数据传输的基本单位是数据块数据直接从设备到内存仅在传送开始和结束时才需CPU干预，传送过程在控制器的控制下完成。5.2数据传送（I/O）控制方式5.2数据传送（I/O）控制方式5.2数据传送（I/O）控制方式操作系统|设备管理DR—数据寄存器，暂时存放设备—内存间传送的信息。MAR—内存地址寄存器。DC—传送字（节）数寄存器。CR—命令/状态寄存器。接收从CPU发来的I/O命令、控制信息、设备状态。DMA方式的工作流程与中断的区别中断处理的时间不同数据传送不由CPU控制完成缺点使控制过程复杂化，可能产生内存地址冲突多个DMA控制器的同时使用很不经济通道控制方式通道是一个独立于CPU的专管I/O控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。通道的启动由CPU发指令执行。通道类型字节多路通道数组选择通道数组多路通道通道程序通道是通过执行通道程序，并与设备控制器来共同实现对I/O设备的控制的。通道程序是由一系列的通道指令所构成。操作码。内存地址计数通道程序结束位P记录结束标志R5.3缓冲管理对于字符设备字节缓冲：每个I/O缓冲区缓存一个字符或一个字节可用于键盘输入等行缓冲：每个I/O缓冲区缓存一个字符串或长度可变的多个字节可用于显示输出、打印输出等对于块设备块缓冲：每个I/O缓冲区缓存固定长度的多个字节（即一块数据）可用于磁盘、磁带等输入输出单缓冲和双缓冲单缓冲设：数据从磁盘—>缓冲区T数据从缓冲区—>用户区MCPU计算时间C则：对数据的处理时间为max(C,T)+M如无缓冲区，处理时间为：T+C5.3缓冲管理双缓冲系统处理时间：max(C,T)当C<T：块设备连续输入C>T：CPU进行处理两台计算机进行通信，配备双缓冲，实现双向数据传送。循环缓冲用几个缓冲区组成一个环形缓冲区，供输入/出共同使用。工作原理Nextg：指向装数据的缓冲区；Nexti：指向空缓冲区；Current：正在使用的缓冲区单元。5.3缓冲管理缓冲区的使用Getbuf过程（获取缓冲的过程）Releasebuf过程（释放缓冲的过程）进程同步Nexti赶上Nextg：系统受计算限制：所有缓冲区装满数据，输入进程阻塞。Nextg赶上Nexti：系统受I/O限制：所有缓冲区为空，输出进程阻塞。缓冲池缓冲池的结构把输入和