五、设备
IO设备的概率和分类
- 什么是I/O设备
- UNIX系统将外部设备抽象成一种特殊的文件，用户可以使用与文件操作相同的方式对外部设备进行操作
- Write操作：向外部设备写出数据
- Read操作：从外部设备读入数据
- I/O设备分类
- 按使用特性：
- 人机交互外部设备——速度慢
- 存储设备——速度块
- 网络通信设备——速度介于两者之间
- 按传输速率分类
- 低速设备
- 中速设备
- 高速设备
- 按照信息交换的单位分类
- 块设备——传输速率较高，可寻址，即对它可随机地读/写任一块
- 字符设备——传输速率较慢，不可寻址，在输入/输出时常采用中断驱动方式
- 按使用特性：
I/O控制器
I/O控制方式
- 程序直接控制：
- 中断驱动方式：在程序直接控制后加入了中断处理
- DMA——直接存储器存取
- DMA控制器的内部结构：
- 通道控制方式：可以读取离散的数据块
通道=弱鸡版CPU、通道程序=任务清单
I-O软件层次结构
设备独立性软件
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又称设备无关性软件，与设备的硬件特性无关的功能几乎都在这一层实现
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实现的功能
- 向上层提供统一的调用接口(read/write系统调用)
- 设备的保护(类似文件保护。设备被看作统一的文件，不同用户对于不同文件的访问权限不一样)
- 差错处理
- 设备的分配与回收
- 数据缓冲区管理——通过缓冲技术屏蔽设备之间的数据交换单位大小和传输速度的差异
- 建立逻辑设备名和物理设备名的映射关系：根据设备类型选择调用相应的驱动程序
- 逻辑设备表
I/O核心子系统
假脱机技术(SPOOLing技术)
- 假脱机技术(SPOOL技术)是用软件的方式模拟脱机技术。SPOOLing系统的组成如下
设备的分配与回收
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知识总览
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设备的固有属性
- 独占设备——一段时间段只能分配给一个进程(如打印机)
- 共享设备——可同时分配给多个进程使用(如磁盘)，各进程往往是宏观上同时共享使用设备，而微观上交替使用
- 虚拟设备——采用SPOOLing技术将独占设备改造成虚拟的共享设备，可同时分配给多个进程使用(如采用SPOOLing技术实现的共享打印机)
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设备分配算法
- 先来先服务
- 短作业优先
- 。。。。。
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设备分配中的安全性
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静态分配和动态分配
- 静态分配：进程运行前为其分配全部所需资源，运行结束后归还资源
- 动态分配：进程运行过程中动态申请设备资源
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设备分配管理中的数据结构
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一个设备对应多个通道，一个通道对应多个控制器
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第一个数据结构——设备控制表
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第二个数据结构——控制器控制表
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第三个数据结构——通道控制表
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第四个数据结构——系统设备表
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设备分配的具体步骤
缓冲区管理
在内存中采用缓冲区后，可以缓解CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾
单缓存中T>C:
单缓存中T<C:
双缓存：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HNUOLa9s-1596095871862)(http://cdn.comewei.xyz/qiuniuimg/image-20200730153825719.png)]
结论：采用双缓冲策略，处理一个数据块的平均耗时为Max(T,C+M)
循环缓冲区：
缓冲池：
总结：