《設(shè)備管理》課件.ppt

1、操作系統(tǒng)的資源管理,操作系統(tǒng)的資源管理,(1) 資源管理的機(jī)制與策略 死鎖及其解決方法 (2) 處理機(jī)管理 (3) 主存管理 (4) 設(shè)備管理 (5) 文件系統(tǒng),1,操作系統(tǒng)的資源管理 主要內(nèi)容,設(shè)備管理,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備管理,2,設(shè)備管理概述 緩沖技術(shù) 設(shè)備分配技術(shù) I/O控制,3,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 主要內(nèi)容,4,1. 設(shè)備分類 存儲(chǔ)設(shè)備 又稱塊設(shè)備，是存儲(chǔ)信息的設(shè)備，如：磁盤、磁鼓。 (以塊為單位傳輸信息) 輸入輸出設(shè)備 又稱字符設(shè)備，能將信息從計(jì)算機(jī)外部輸入到機(jī)內(nèi)， 或反之，如：鍵盤、顯示器、打印機(jī)。 (以字符為單 位傳輸信息) 通信設(shè)備 負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)之間的信息傳

2、輸，如調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡等,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備管理概述,5,2. 設(shè)備管理的目標(biāo) 提高設(shè)備利用率 合理分配設(shè)備 提高設(shè)備與CPU、各外部設(shè)備之間的并行性 方便用戶的使用 提供使用方便且獨(dú)立于設(shè)備的界面 統(tǒng)一：對(duì)各種不同的設(shè)備提供一致的界面 獨(dú)立于設(shè)備：用戶使用的設(shè)備與物理設(shè)備無(wú)關(guān),操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備管理概述,6,3. 設(shè)備管理功能 狀態(tài)跟蹤 動(dòng)態(tài)地記錄各種設(shè)備的狀態(tài) 設(shè)備分配與回收 作業(yè)級(jí)靜態(tài)分配 作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行分配，退出系統(tǒng)時(shí)收回全部資源。 進(jìn)程級(jí)動(dòng)態(tài)分配 進(jìn)程提出設(shè)備申請(qǐng)時(shí)進(jìn)行分配，使用完畢后立即收回。 設(shè)備控制 實(shí)施設(shè)備驅(qū)動(dòng)和中斷處理的工作,操作系統(tǒng)的資源管

3、理 (4) 設(shè)備管理概述,7,4. 設(shè)備獨(dú)立性 設(shè)備獨(dú)立性概念 什么是設(shè)備獨(dú)立性 所謂設(shè)備獨(dú)立性是指，用戶在編制程序時(shí)所使用的設(shè)備與實(shí)際使 用的設(shè)備無(wú)關(guān)，也就是在用戶程序中僅使用邏輯設(shè)備名。 邏輯設(shè)備名 邏輯設(shè)備名，是用戶自己指定的設(shè)備名(或設(shè)備號(hào))，它是暫時(shí)的、可更改的。 物理設(shè)備名 物理設(shè)備名，是系統(tǒng)提供的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)名稱，它是永久的、不可 更改的。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備管理概述,8,兩種類型的設(shè)備獨(dú)立性 一個(gè)程序獨(dú)立于分配給它的某種類型的具體設(shè)備 系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)備的使用情況，動(dòng)態(tài)地分配給程序某 類設(shè)備中的任一臺(tái)物理設(shè)備，程序都能正確地執(zhí)行。 程序應(yīng)盡可能與它所使用的I/O設(shè)備類

4、型無(wú)關(guān) 在輸入(或輸出)信息時(shí)，信息可以從不同類型的輸入 (或輸出)設(shè)備上輸入(或輸出)，若要改變輸入(或輸出) 設(shè)備的類型，程序只需進(jìn)行最少的修改。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備管理概述,9,設(shè)備獨(dú)立性的實(shí)現(xiàn) 在高級(jí)語(yǔ)言中用軟通道實(shí)現(xiàn) 使用高級(jí)語(yǔ)言提供的指派語(yǔ)句，通過(guò)指派一個(gè)邏輯設(shè) 備名 (通道號(hào))來(lái)定義一個(gè)設(shè)備或文件。 如：fd = open(“/dev/lp” ,mode) 在批處理系統(tǒng)中，用聯(lián)接說(shuō)明語(yǔ)句來(lái)定義 如：OUTPUT1 = LPT 在交互系統(tǒng)中，用指派命令來(lái)定義 如：PDP系列機(jī)上的RT11系統(tǒng) ASSIGN 設(shè)備物理名 設(shè)備邏輯名,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備管理概

5、述,10,設(shè)備獨(dú)立性的優(yōu)點(diǎn) 方便用戶 改善設(shè)備利用率 提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可適應(yīng)性 4. 設(shè)備控制塊 什么是設(shè)備控制塊(DCB ) 系統(tǒng)為每一臺(tái)設(shè)備都配置了一個(gè)用來(lái)記錄設(shè)備的硬件 特性、連接和使用情況的一組數(shù)據(jù)，稱為設(shè)備控制塊。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備管理概述,11,設(shè)備控制塊的內(nèi)容,設(shè)備名 設(shè)備的系統(tǒng)名，即設(shè)備的物理名。 設(shè)備屬性 描述設(shè)備現(xiàn)行狀態(tài)的一組屬性 命令轉(zhuǎn)換表 轉(zhuǎn)換表包含設(shè)備特定的I/O例程地 址，不具備相應(yīng)功能的設(shè)備在其 例程地址上可以填“1”,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備管理概述,12,1. 緩沖概念 什么是緩沖 緩沖是兩種不同速度的設(shè)備之間傳輸信息時(shí)平滑傳輸過(guò)程

6、 的常用手段。 緩沖類別 緩沖器 緩沖器是用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)的一種存儲(chǔ)裝置，它容量 較小，存取速度快。 軟件緩沖 在I/O操作期間用來(lái)臨時(shí)存放I/O數(shù)據(jù)的一塊存儲(chǔ)區(qū)域。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),13,為什么要引入緩沖 處理數(shù)據(jù)流的生產(chǎn)者與消費(fèi)者間的速度差異 如：從調(diào)制解調(diào)器收到一個(gè)文件，并保存到硬盤上。 協(xié)調(diào)傳輸數(shù)據(jù)大小不一致的設(shè)備 如：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用來(lái)處理消息的分段和重組。 應(yīng)用程序的拷貝語(yǔ)義 如：操作系統(tǒng)為保證系統(tǒng)調(diào)用write的正確語(yǔ)義(應(yīng)用程 序要寫入磁盤的數(shù)據(jù)就是write系統(tǒng)調(diào)用發(fā)生時(shí)的版本)。 方法：在系統(tǒng)調(diào)用返回前將應(yīng)用程序緩沖區(qū)復(fù)制到內(nèi) 核緩沖區(qū)。,操作系統(tǒng)的資

7、源管理 (4) 緩沖技術(shù),14,2. 利用緩沖技術(shù)如何進(jìn)行I/O操作 進(jìn)程活動(dòng)期間，請(qǐng)求從某字符設(shè)備讀入數(shù)據(jù) 進(jìn)程請(qǐng)求從輸入設(shè)備進(jìn)行讀操作的圖示,與需要同步,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),15,進(jìn)程請(qǐng)求從輸入設(shè)備進(jìn)行讀操作的步驟 當(dāng)用戶要求在某個(gè)設(shè)備上進(jìn)行讀操作時(shí)，首先從系 統(tǒng)中獲得一個(gè)空的緩沖區(qū) ； 將一個(gè)物理記錄送到緩沖區(qū)中 ； 當(dāng)用戶請(qǐng)求這些數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)將依據(jù)邏輯記錄特性 從緩沖區(qū)中提取并發(fā)送到用戶進(jìn)程存儲(chǔ)區(qū)中 ； 當(dāng)緩沖區(qū)空而進(jìn)程又要從中取用數(shù)據(jù)時(shí)該進(jìn)程被迫 等待。此時(shí)，操作系統(tǒng)需要重新送數(shù)據(jù)填滿緩沖 區(qū)，進(jìn)程才能從中取數(shù)據(jù)繼續(xù)運(yùn)行。 要注意操作與操作的同步關(guān)系,操作系統(tǒng)的資源

8、管理 (4) 緩沖技術(shù),16,進(jìn)程活動(dòng)期間，請(qǐng)求從輸出設(shè)備輸出數(shù)據(jù) 進(jìn)程請(qǐng)求從輸出設(shè)備進(jìn)行寫操作的圖示,與需要同步,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),17,進(jìn)程請(qǐng)求從輸出設(shè)備進(jìn)行寫操作的步驟 當(dāng)用戶要求進(jìn)行寫操作時(shí)，首先從系統(tǒng)中獲得一個(gè) 空的緩沖區(qū) ； 將一個(gè)邏輯記錄從進(jìn)程存儲(chǔ)區(qū)傳送到緩沖區(qū)中 ； 當(dāng)緩沖區(qū)寫滿時(shí)，系統(tǒng)將緩沖區(qū)的內(nèi)容作為物理記 錄文件寫到設(shè)備上，使緩沖區(qū)再次為空 ； 只有在系統(tǒng)還來(lái)不及騰空緩沖區(qū)之前，進(jìn)程又企圖 輸出信息時(shí)，它才需要等待。 要注意操作與操作的同步關(guān)系,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),18,3. 常用的緩沖技術(shù) 雙緩沖、環(huán)形緩沖、緩沖池 雙緩沖 在雙緩沖

9、方案下，為輸入或輸出分配兩個(gè)緩沖區(qū)buf1 、 buf2 。 例：輸入數(shù)據(jù)時(shí)，如何利用雙緩沖,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),19,輸入數(shù)據(jù)時(shí)，利用雙緩沖的圖示,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),20,輸入數(shù)據(jù)時(shí)，利用雙緩沖的操作步驟 當(dāng)用戶要求在某個(gè)設(shè)備上進(jìn)行讀操作時(shí)，首先從系 統(tǒng)中獲得兩個(gè)空的緩沖區(qū)buf1、buf2 ； 輸入設(shè)備將記錄送到緩沖區(qū)buf1中 ； 當(dāng)buf1中滿時(shí)，將記錄送到緩沖區(qū)buf2中，同時(shí)將緩 沖區(qū)buf1中的信息發(fā)送到用戶進(jìn)程存儲(chǔ)區(qū)中 ； 當(dāng)buf1空， buf2滿時(shí)，將緩沖區(qū)buf2中的信息發(fā)送到用 戶進(jìn)程存儲(chǔ)區(qū)中；同時(shí)，輸入設(shè)備將記錄送到緩沖區(qū) buf

10、1中 ；,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),21,1. 獨(dú)享分配 常用的設(shè)備分配技術(shù)：獨(dú)享分配、共享分配和虛擬分配 獨(dú)享設(shè)備 讓一個(gè)作業(yè)在整個(gè)運(yùn)行期間獨(dú)占使用的設(shè)備。 特點(diǎn) 臨界資源 費(fèi)時(shí)的I/O操作或需人工干預(yù) 獨(dú)享分配 在一個(gè)作業(yè)執(zhí)行前，將它所要使用的設(shè)備分配給它；當(dāng)它結(jié)束撤離時(shí)，將分配給它的這類設(shè)備收回。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備分配技術(shù),22,2. 共享分配 共享設(shè)備 由多個(gè)作業(yè)、進(jìn)程共同使用的設(shè)備稱為共享設(shè)備。 特點(diǎn) 旋轉(zhuǎn)設(shè)備，可直接或隨機(jī)訪問(wèn) 便于共享，轉(zhuǎn)接簡(jiǎn)單，耗費(fèi)較少 獨(dú)享分配 在一個(gè)作業(yè)執(zhí)行前，將它所要使用的設(shè)備分配給它；當(dāng)它結(jié)束撤離時(shí)，將分配給它的這類設(shè)備收回。

11、,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備分配技術(shù),23,3. 虛擬分配 虛擬技術(shù) 所謂虛擬技術(shù)，是在一類物理設(shè)備上模擬另一類物理設(shè)備的技術(shù)，是將獨(dú)占設(shè)備轉(zhuǎn)化為共享設(shè)備的技術(shù)。 虛擬設(shè)備 通常把用來(lái)代替獨(dú)占型設(shè)備的那部分外存空間(包括有關(guān)的控制表格)稱為虛擬設(shè)備。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備分配技術(shù),24,虛擬分配 當(dāng)進(jìn)程需要與獨(dú)占型設(shè)備交換信息時(shí)，系統(tǒng)將分配磁盤空間，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種分配方法稱為設(shè)備的虛擬分配。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備分配技術(shù),25,4. SPOOLING系統(tǒng) SPOOLING系統(tǒng)提供外圍設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)操作的功能。 設(shè)計(jì)思想 預(yù)輸入 在作業(yè)需要數(shù)據(jù)前，OS已將

12、所需數(shù)據(jù)預(yù)先輸入到輔存輸入井存放。 當(dāng)作業(yè) (或進(jìn)程) 需要數(shù)據(jù)時(shí)，可直接從輔存中讀入主存。 緩輸出 在在作業(yè)執(zhí)行時(shí)，將輸出數(shù)據(jù)寫入輔存輸出井中。當(dāng)作業(yè) (或進(jìn)程) 執(zhí)行完畢 (或需要數(shù)據(jù)時(shí)) ，由操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)輸出。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備分配技術(shù),26,什么是SPOOLING系統(tǒng) 利用通道和中斷技術(shù)，在主機(jī)控制之下，由通道完成輸入輸出工作。系統(tǒng)提供一個(gè)軟件系統(tǒng)(包括預(yù)輸入程序、緩輸出程序、井管理程序、預(yù)輸入表、緩輸出表)。它提供輸入收存和輸出發(fā)送的功能，使外部設(shè)備可以并行操作。這一軟件系統(tǒng)稱為SPOOLING系統(tǒng)。 SPOOLING系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 提供虛擬設(shè)備 外圍設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)操作

13、加快作業(yè)處理速度,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備分配技術(shù),27,實(shí)現(xiàn)SPOOLING系統(tǒng)的基礎(chǔ) 大容量的輔存空間 在輔存上需開辟兩個(gè)較大的輸入井和輸出井，用以存放多作業(yè)的 輸入信息和輸出信息。 硬件基礎(chǔ) 通道裝置、中斷系統(tǒng) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 預(yù)輸入表、緩輸出表：描述輔存輸入井和輸出井的狀態(tài)變化。 如： 輸入信息從哪臺(tái)設(shè)備輸入，存放在輔存輸入井什么位置； 輸出信息存放在輔存輸出井什么位置，從哪臺(tái)輸出設(shè)備輸出。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 設(shè)備分配技術(shù),28,1. 輸入/輸出控制方式 CPU一般通過(guò)I/O控制器與物理設(shè)備打交道。按照I/O控制器智能化程度的高低，將I/O設(shè)備的控制方式分為四類 循環(huán)測(cè)試I

14、/O方式 I/O中斷方式 DMA方式 通道方式,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 輸入/輸出控制,29,2. I/O子系統(tǒng),操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 輸入/輸出控制,30,I/O子系統(tǒng)的特點(diǎn) 在應(yīng)用層為用戶提供 I/O應(yīng)用接口 對(duì)設(shè)備的控制和操作則由內(nèi)核I/O子系統(tǒng)來(lái)實(shí)施。 每個(gè)通用設(shè)備類型都通過(guò)一組標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)(及接口)來(lái)訪問(wèn) 具體的差別被I/O子系統(tǒng)中的內(nèi)核模塊(稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序)所封裝，這些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一方面可以定制以適合各種設(shè)備，另一方面也提供了一組標(biāo)準(zhǔn)的接口。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)拥淖饔檬菫閮?nèi)核I/O子系統(tǒng)隱藏設(shè)備控制器之間的差異。將I/O子系統(tǒng)與硬講分離，簡(jiǎn)化了操作系統(tǒng)開發(fā)人員的任務(wù)，也有利于設(shè)

15、備的設(shè)計(jì)與制造。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 輸入/輸出控制,31,I/O控制的功能 解釋用戶的I/O系統(tǒng)調(diào)用 設(shè)備驅(qū)動(dòng) 中斷處理 設(shè)備處理程序 設(shè)備處理程序是能直接控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的程序，它根據(jù)各類設(shè)備的特點(diǎn)和性能來(lái)編寫。每一類設(shè)備有一個(gè)相應(yīng)的設(shè)備處理程序，能控制同類中多臺(tái)物理設(shè)備同時(shí)工作。,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 輸入/輸出控制,32,控制I/O核心模塊的方式 以設(shè)備處理進(jìn)程的方式 為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)設(shè)備處理進(jìn)程 (對(duì)應(yīng)的程序就是設(shè)備處理程序)； 當(dāng)有I/O請(qǐng)求來(lái)到時(shí)，該進(jìn)程被喚醒，進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)工作； 當(dāng)沒(méi)有I/O請(qǐng)求時(shí)，該進(jìn)程睡眠。 由I/O控制模塊的接口程序負(fù)責(zé)解釋用戶的I/O系統(tǒng)調(diào)用，將其轉(zhuǎn) 換成I/O控制模塊認(rèn)識(shí)的命令形式后，將I/O請(qǐng)求發(fā)給對(duì)應(yīng)的設(shè)備 處理進(jìn)程。 將設(shè)備與文件一樣對(duì)待 將設(shè)備與文件一樣對(duì)待，使用文