ch5设备管理

ch5设备管理内容摘要：

通道传输完成最后一条指令时 ，向 CPU发 I/O中断 ， 并且通道停止工作。 CPU接收中断信号 ， 从 CSW中取得有关信息 ， 决定下一步做什么。 72 5. 通道与 CPU的关系 • 主从关系 • 可并行工作 • 有通信方式 • 作用不同 （ 通道－－Ｉ /Ｏ； ＣＰＵ－－计算 ） 73 • 新的通道思想综合了许多新的技术 • 在个人计算机中，芯片组中专门 I/O处理的芯片，称为 IOP（ IO Processor），发挥通道的作用 • IBM 390 中，沿用了输入输出通道概念 IBM于 1998年推出光纤通道技术（称为FICON），可通过 FICON 连接多达 127个大容量 I/O设备。 传输速度是 333MHz／ s，未来将达到 1GHz／ s。 光纤通道技术具有数据传输速率高、传输距离远，可简化大型存储系统设计的优点 在大容量高速存储，如大型数据库、多媒体、数字影像等应用领域，有广泛前景。 74 汇编格式通道程序例子 • P155 75 通道启动和 I/O操作过程 • CPU是主设备，通道是从设备， CPU和设备之间是主从关系，需要相互配合协调才能完成 I/O操作。 • 那么 CPU如何通知通道做什么。 通道又如何告知 CPU其状态和工作情况呢。 76 通道方式 I/O过程三个阶段 l I/O启动阶段 2 I/O操作阶段 3 I/O结束阶段 77 (1) •改善中央处理器与外围设备之间速度不配的矛盾 ， •减少对 CPU的中断频率 ， •提高 CPU和 I/O设备的并行性。 78 1. 缓冲技术的引入 • 凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技术。 • 缓冲区：有一定容量、暂存信息的存贮装置。 • 在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的 I/O操作，以缓解 CPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源利用率 79 2. 引入缓冲区的好处 • 提高硬件的并行操作能力； • 减少了 I/O设备对处理器的中断请求次数 • 简化了中断机制 • 节省了系统开销 80 3. 引入缓冲区的缺点 • 在系统区要设置相当大的缓冲池才能满足所有的Ｉ／Ｏ请求。 • 从系统缓冲区传送数据到调用进程缓冲区要花费额外的时间 ， 增加了系统的总开销。 81 硬缓冲： 在设备中设置缓冲区，由硬件实现 软缓冲： 在内存中开辟一个空间，用作缓冲区 4. 缓冲区设置 82 5. 几种缓冲技术 1)单缓冲 2)双缓冲 3)多缓冲：多个缓冲按顺序构成环形 ， 先进先出队列的形式 ， 设头尾 、 指针指向同一个缓冲区。 头 、 尾指针读写时不能相互超越。 4)缓冲池。 缓冲池为多个设备共享 ， 设备需要时才接上 ， 用完归还。 83 单缓冲 •对于块设备 ,单缓冲机制如下工作： 数据处理过程 数据处理时间约为 max[C， T]+M， •对于字符设备 ,单缓冲机制如下工作： 数据处理过程 84 双缓冲 (1) • 输入数据时，首先填满缓冲区 1,操作系统可从缓冲区 1把数据送到用户进程区 ,用户进程便可对数据进行加工计算。 与此同时，输入设备填充缓冲区 2 • 当缓冲区 1空出后，输入设备再次向缓冲区 1输入。 操作系统又可把缓冲区 2的数据传送到用户进程区 ,用户进程开始加工缓冲 2的数据。 85 双缓冲 (2) 传输和处理一块的时间 (1) • 如果 CT，由于 M远小于 T，在将磁盘上的一块数据传送到缓冲区其间，计算机已完成将另一个缓冲区中的数据传送到用户区并对这块数据进行计算的工作，一块数据的传输和处理时间为 T、即 max(C,T)，显然，这种情况下可保证块设备连续工作； 86 双缓冲 (3) 传输和处理一块的时间 (2) • 如果 CT，当上一块数据计算完毕后，需把一个缓冲区中的数据传送到用户区，花费时间为 M，再对这块数据进行计算，花费时间为 C，所以，一块数据的传输和处理时间为 C+M、即max(C,T)+M，这种情况下进程不必要等待 I/O。 87 双缓冲（ a） 88 双缓冲（ b） 89 缓冲 •操作系统从自由主存区域中分配一组缓冲区组成循环缓冲，每个缓冲区的大小等于物理记录的大小。 循环 缓冲的缓冲区是系统的公共资源，可供各个进程共享，并由系统统一分配和管理。 •缓冲区可用途分为：输入缓冲区，处理缓冲区和输出缓冲区。 90 设备分配 91 设备分配 I/O设备分配的实现 • 设备分配的数据结构：设备类表和设备表。 • 系统中拥有一张设备类表 ， 每类设备对应于表中一栏 ， 包括内容有：设备类 、 总台数 、空闲台数和设备表起始地址等。 • 每一类设备都有各自的设备表 ， 用来登记这类设备中每一台设备的状态 ， 包含的内容有：物理设备名 、 逻辑设备名 、 占有设备的进程号 、 已分配 /未分配 、 好 /坏等。 92 1. 设备管理中的数据结构 • 在多通路的ＩＯ系统中 ， 为了满足一个ＩＯ请求 ， 不仅仅是分配一个ＩＯ设备的问题 ， 还应分配相应的控制器和通道 ， 以确保ＣＰＵ与ＩＯ设备之间能进行通信 ， 在存储器与Ｉ /Ｏ设备之间能进行数据的直接存取。 • 设备管理程序对ＩＯ设备进行分配和控制是借助于一些表格；表格中记录了对ＩＯ设备控制所需之信息。 它们是设备管理程序实现管理功能的数据结构。 93 数据结构（续） • 控制所需之信息。 它们是设备管理程序实现管理功能的数据结构。 如下表： 设备控制表（ＤＣＴ） 每个设备一个 控制器表（ＣＯＣＴ） 每个控制器一个 通道表（ＣＭＣＴ） 每个通道一个 系统设备表（ＳＤＴ） 整个系统一个 94 整个系统一张表，记录系统中所有 I/O设备的信息，表目包括： 设备类型、设备标识符、进程标识符、 DCT表指针等 1) 系统设备表 SDT 95 主要内容：设备类型、设备标识符、设备状态、与此设备相连的 COCT、重复执行的次数或时间、等待队列的队首和队尾指针、 I/O程序地址 3)COCT 4)CHCT COCT和 CHCT与 DCT类似 2) 设备控制表 DCT 96 设备控制 通道控制 控制器控制 块 (DCB) 块（ CHCB) 块（ COCB） 设备标示符 通道标示符 控制器标示符 设备状态 通道状态 控制器状态 与设备相连的控制器表 与通道相连的控制器表 与控制器相连的通道表 等待此设备的进程表 等待此通道的进程表 等待控制器的进程表 三种控制块 97 设备分配 (1) •从设备的特性来看，可以把设备分成独占设备、共享设备和虚拟设备三类： •相应的管理和分配外围设备的技术可分成：独占方式、共享方式和虚拟方式。 98 Ｉ /Ｏ设备的分配算法 Ｉ /Ｏ设备的分配机制 ， 除了与ＩＯ设备的固有属性有关外 ， 还与系统所采用的分配策略有关。 Ｉ /Ｏ设备的分配与进程调度很能相似 ，同样可采用如下的一些算法： • 先请求先服务：当有多个进程对同一设备提出Ｉ /Ｏ请求时 ， 该算法要求把所有发出Ｉ /Ｏ请求的进程 ， 按其发出请求的先后次序排成一个等待该设备的队列。 设备分配程序把Ｉ /Ｏ设备分配给队列中第一个进程。 • 优先权最高者优先。 对于何必先权相同的ＩＯ请求 ， 则按先请求先分配的原则排队。 99 3) 设备分配的安全性 为了能同时操作多个Ｉ /Ｏ设备以加速进程的推进 ， 应使得某进程以命令形式发出Ｉ /Ｏ请求后 ， 仍可继续运行 ， 需要时又可发出第二个 、 第三个Ｉ /Ｏ请求。 多请求方式的缺点是 ， 设备分配不安全 ，因为它具备请求和保持条件 ， 因而有可能产生死锁的情况。 由此可见 ， 在多请求方式中 ， 设备的分配程序应保证不发生进程死锁。 100 设备分配 I/O设备分配的实现 • 采用通道结构的系统中 ， 设备分配的数据结构设置：系统设备表 、 通道控制表 、控制器控制表和设备控制表。 • 系统建立一张系统设备表 ， 记录配置在系统中的所有物理设备的情况。 • 每个通道 、 控制器 、 设备各设置一张表 ，记录各自的地址 (标识符 )、 状态 (忙 /闲 )、等待获得此部件的进程队列指针 、 及一次分配后相互勾链的指针 ， 以备分配和执行 I/O时使用。 101 设备独立性 •通常用户不指定特定的设备 ， 而指定逻辑设备 ， 使得用户作业和物理设备独立开来 ， 再通过其它途径建立逻辑设备和物理设备之间的对应关系 ， 称这种特性为“ 设备独立性 ”。 102 设备独立性 设备独立性带来的好处 •用户与物理的外围设备无关，系统增减或变更外围设备时程序不必修改；易于对付输入输出设备的故障。 103 与设备无关性 为了提高系统的可适应性和可扩展性 ， 我们希望 所编制的用户程序与实际使用的物理设备无关 ， 这就是所谓与设备无关性。 为此 ， 我们将逻辑设备与物理设备区分 ， 并引入逻辑设备名称和物理设备名称的概念。 为了实现与设备的无关性 ， 系统中必须有一张联系逻辑设备名称和物理设备名称的映射表 ， （ ＬＵＴ表 ） 104 3. 系统的逻辑设备表 逻辑设备号 物理设备号 驱动程序地址 1 7 20420 2 7 20420 3 2 20E00 4 4 1FC10 6 1 20D02 7 7 20420 15 10 1FC10 16 11 1FC120 … … …… 105 逻辑设备与物理设备 这个ＬＵＴ中为三个不同的逻辑设备号列出了同样的物理设备和驱动程序的地址。 这说明逻辑设备１ ， ２ ， ７目前均得到同一个物理设备７的服务 （ 这或许是因为激光打印机及字母型打印机正在被修理 ， 因此本来输出到这些设备上的请求都移到行式打印机 ）。 在这个映射表中我们还可以看到物理设备４和１０都是由同一个驱动程序服务的。 这是假定它们是同一类型的终端。 例如所有的１２８终端均由一个驱动程序服务。 106 SPOOLING技术 107 问题的提出 •静态分配方式是不利于提高系统效率 •采用脱机外围设备操作 •联机同。