《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) 資源管理的機制與策略 死鎖及其解決方法 (2) 處理機管理 (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 存儲設(shè)備 又稱塊設(shè)備，是存儲信息的設(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，能將信息從計算機外部輸入到機內(nèi)， 或反之，如：鍵盤、顯示器、打印機。 (以字符為單 位傳輸信息) 通信設(shè)備 負責(zé)計算機之間的信息傳

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 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 提供使用方便且獨立于設(shè)備的界面 統(tǒng)一：對各種不同的設(shè)備提供一致的界面 獨立于設(shè)備：用戶使用的設(shè)備與物理設(shè)備無關(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)級靜態(tài)分配 作業(yè)進入系統(tǒng)時進行分配，退出系統(tǒng)時收回全部資源。 進程級動態(tài)分配 進程提出設(shè)備申請時進行分配，使用完畢后立即收回。 設(shè)備控制 實施設(shè)備驅(qū)動和中斷處理的工作,操作系統(tǒng)的資源管

3、理 (4) 設(shè)備管理概述,7,4. 設(shè)備獨立性 設(shè)備獨立性概念 什么是設(shè)備獨立性 所謂設(shè)備獨立性是指，用戶在編制程序時所使用的設(shè)備與實際使 用的設(shè)備無關(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)，它是暫時的、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)備的標準名稱，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)備獨立性 一個程序獨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，動態(tài)地分配給程序某 類設(shè)備中的任一臺物理設(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、型無關(guān) 在輸入(或輸出)信息時，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)備獨立性的實現(xiàn) 在高級語言中用軟通道實現(xiàn) 使用高級語言提供的指派語句，通過指派一個邏輯設(shè) 備名 (通道號)來定義一個設(shè)備或文件。 如：fd = open(“/dev/lp” ,mode) 在批處理系統(tǒng)中，用聯(lián)接說明語句來定義 如：OUTPUT1 = LPT 在交互系統(tǒng)中，用指派命令來定義 如：PDP系列機上的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)備獨立性的優(yōu)點 方便用戶 改善設(shè)備利用率 提高系統(tǒng)的可擴展性和可適應(yīng)性 4. 設(shè)備控制塊 什么是設(shè)備控制塊(DCB ) 系統(tǒng)為每一臺設(shè)備都配置了一個用來記錄設(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)備之間傳輸信息時平滑傳輸過程

6、 的常用手段。 緩沖類別 緩沖器 緩沖器是用來暫時存放數(shù)據(jù)的一種存儲裝置，它容量 較小，存取速度快。 軟件緩沖 在I/O操作期間用來臨時存放I/O數(shù)據(jù)的一塊存儲區(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)者與消費者間的速度差異 如：從調(diào)制解調(diào)器收到一個文件，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：在計算機網(wǎng)絡(luò)中用來處理消息的分段和重組。 應(yīng)用程序的拷貝語義 如：操作系統(tǒng)為保證系統(tǒng)調(diào)用write的正確語義(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)如何進行I/O操作 進程活動期間，請求從某字符設(shè)備讀入數(shù)據(jù) 進程請求從輸入設(shè)備進行讀操作的圖示,與需要同步,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),15,進程請求從輸入設(shè)備進行讀操作的步驟 當用戶要求在某個設(shè)備上進行讀操作時，首先從系 統(tǒng)中獲得一個空的緩沖區(qū) ； 將一個物理記錄送到緩沖區(qū)中 ； 當用戶請求這些數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)將依據(jù)邏輯記錄特性 從緩沖區(qū)中提取并發(fā)送到用戶進程存儲區(qū)中 ； 當緩沖區(qū)空而進程又要從中取用數(shù)據(jù)時該進程被迫 等待。此時，操作系統(tǒng)需要重新送數(shù)據(jù)填滿緩沖 區(qū)，進程才能從中取數(shù)據(jù)繼續(xù)運行。 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,進程活動期間，請求從輸出設(shè)備輸出數(shù)據(jù) 進程請求從輸出設(shè)備進行寫操作的圖示,與需要同步,操作系統(tǒng)的資源管理 (4) 緩沖技術(shù),17,進程請求從輸出設(shè)備進行寫操作的步驟 當用戶要求進行寫操作時，首先從系統(tǒng)中獲得一個 空的緩沖區(qū) ； 將一個邏輯記錄從進程存儲區(qū)傳送到緩沖區(qū)中 ； 當緩沖區(qū)寫滿時，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)還來不及騰空緩沖區(qū)之前，進程又企圖 輸出信息時，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緩沖區(qū)buf1 、 buf2 。 例：輸入數(shù)據(jù)時，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，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，利用雙緩沖的操作步驟 當用戶要求在某個設(shè)備上進行讀操作時，首先從系 統(tǒng)中獲得兩個空的緩沖區(qū)buf1、buf2 ； 輸入設(shè)備將記錄送到緩沖區(qū)buf1中 ； 當buf1中滿時，將記錄送到緩沖區(qū)buf2中，同時將緩 沖區(qū)buf1中的信息發(fā)送到用戶進程存儲區(qū)中 ； 當buf1空， buf2滿時，將緩沖區(qū)buf2中的信息發(fā)送到用 戶進程存儲區(qū)中；同時，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. 獨享分配 常用的設(shè)備分配技術(shù)：獨享分配、共享分配和虛擬分配 獨享設(shè)備 讓一個作業(yè)在整個運行期間獨占使用的設(shè)備。 特點 臨界資源 費時的I/O操作或需人工干預(yù) 獨享分配 在一個作業(yè)執(zhí)行前，將它所要使用的設(shè)備分配給它；當它結(jié)束撤離時，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 由多個作業(yè)、進程共同使用的設(shè)備稱為共享設(shè)備。 特點 旋轉(zhuǎn)設(shè)備，可直接或隨機訪問 便于共享，轉(zhuǎn)接簡單，耗費較少 獨享分配 在一個作業(yè)執(zhí)行前，將它所要使用的設(shè)備分配給它；當它結(jié)束撤離時，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 通常把用來代替獨占型設(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 當進程需要與獨占型設(shè)備交換信息時，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)備同時聯(lián)機操作的功能。 設(shè)計思想 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。 當作業(yè) (或進程) 需要數(shù)據(jù)時，可直接從輔存中讀入主存。 緩輸出 在在作業(yè)執(zhí)行時，將輸出數(shù)據(jù)寫入輔存輸出井中。當作業(yè) (或進程) 執(zhí)行完畢 (或需要數(shù)據(jù)時) ，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)，在主機控制之下，由通道完成輸入輸出工作。系統(tǒng)提供一個軟件系統(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 提供虛擬設(shè)備 外圍設(shè)備同時聯(lián)機操作

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 在應(yīng)用層為用戶提供 I/O應(yīng)用接口 對設(shè)備的控制和操作則由內(nèi)核I/O子系統(tǒng)來實施。 每個通用設(shè)備類型都通過一組標準函數(shù)(及接口)來訪問 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)動程序)所封裝，這些設(shè)備驅(qū)動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準的接口。 設(shè)備驅(qū)動程序?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 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)備運轉(zhuǎn)的程序，它根據(jù)各類設(shè)備的特點和性能來編寫。每一類設(shè)備有一個相應(yīng)的設(shè)備處理程序，能控制同類中多臺物理設(shè)備同時工作。,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)備處理進程的方式 為每一類設(shè)備設(shè)置一個設(shè)備處理進程 (對應(yīng)的程序就是設(shè)備處理程序)； 當有I/O請求來到時，該進程被喚醒，進行設(shè)備驅(qū)動工作； 當沒有I/O請求時，該進程睡眠。 由I/O控制模塊的接口程序負責(zé)解釋用戶的I/O系統(tǒng)調(diào)用，將其轉(zhuǎn) 換成I/O控制模塊認識的命令形式后，將I/O請求發(fā)給對應(yīng)的設(shè)備 處理進程。 將設(shè)備與文件一樣對待 將設(shè)備與文件一樣對待，使用文