4设备管理.pptx
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1、本章要点本章要点设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型设备管理的主要功能、模型I/OI/OI/OI/O子系统的组成、结构子系统的组成、结构子系统的组成、结构子系统的组成、结构设备的控制、设备的控制、设备的控制、设备的控制、I/OI/OI/OI/O控制控制控制控制设备的类型设备的类型设备的类型设备的类型设备分配设备分配设备分配设备分配I/OI/OI/OI/O缓冲技术缓冲技术缓冲技术缓冲技术虚拟设备与虚拟设备与虚拟设备与虚拟设备与SPOOLingSPOOLingSPOOLingSPOOLing系统系统系统系统磁盘设备的管理磁盘设备的管理磁盘设备的管理磁盘设备的管理
2、4.1 4.1 设备管理概述设备管理概述设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配 设备映射设备映射设备驱动设备驱动I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理 设备分配设备分配多多道道程程序序系系统统中中的的设设备备不不允允许许用用户户直直接接使用,而是由操作系统统一调度和控制。使用,而是由操作系统统一调度和控制。设备分配功能是设备管理的基本任务。设备分配功能是设备管理的基本任务。设设备备分分配配程程序序按按照照一一定定的的策策略略,为为申申请请设设备备的的用用户户进进程程分分配配设设备备,记记录录设设备备的的使用情况使用情况 设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配 设备
3、映射设备映射设备驱动设备驱动I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理 设备映射设备映射为为了了提提高高应应用用软软件件对对运运行行平平台台的的适适应应能能力力,方方便便实实现现应应用用软软件件I/OI/O重重定定向向,大大多多数数现现代代操操作作系系统统均均支支持持应应用用软软件件对对设设备备的的无无关关性性,即即通通常常所所说说的的设设备备无无关关性性,或者或者设备独立性设备独立性。设设设设备备备备无无无无关关关关性性性性:应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的、用用用用于于于于实实实实现现现现I/OI/OI/OI/O操操操操作作作作的的的的设设设设备备备备与与与与物物
4、物物理理理理I/OI/OI/OI/O系系系系统统统统中中中中实实实实际际际际安安安安装装装装的的的的设设设设备没有固定的联系。备没有固定的联系。备没有固定的联系。备没有固定的联系。设备映射设备映射逻辑设备和物理设备逻辑设备和物理设备 逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备是是是是指指指指,应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的用用用用于于于于实实实实现现现现I/OI/OI/OI/O操作的设备。操作的设备。操作的设备。操作的设备。物物物物理理理理设设设设备备备备则则则则指指指指,物物物物理理理理I/OI/OI/OI/O系系系系统统统统中中中中实实实实际际际际安安安安装装装装的
5、的的的设设设设备。备。备。备。从从应应用用软软件件的的角角度度看看,逻逻辑辑设设备备是是一一类类物物理理设设备备的的抽抽象象。从从操操作作系系统统设设备备管管理理程程序序的的角角度度看看,物物理理设设备备则则是是某某种种逻逻辑辑设备的实例。设备的实例。设备映射设备映射如如如如果果果果某某某某系系系系统统统统支支支支持持持持设设设设备备备备无无无无关关关关性性性性,那那那那么么么么该该该该系系系系统统统统中中中中应应应应用用用用软软软软件件件件所所所所引引引引用用用用的的的的逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备与与与与实实实实际际际际安安安安装装装装的的的的物物物物理理理理设设设设备没有固定的联系。
6、备没有固定的联系。备没有固定的联系。备没有固定的联系。事事事事实实实实上上上上,在在在在应应应应用用用用软软软软件件件件运运运运行行行行期期期期间间间间,操操操操作作作作系系系系统统统统的的的的设设设设备备备备管管管管理理理理程程程程序序序序必必必必须须须须将将将将该该该该应应应应用用用用软软软软件件件件对对对对逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备的的的的引引引引用转换成对相关物理设备的引用用转换成对相关物理设备的引用用转换成对相关物理设备的引用用转换成对相关物理设备的引用。设设设设备备备备管管管管理理理理的的的的这这这这种种种种功功功功能能能能称称称称为为为为逻逻逻逻辑辑辑辑设设设设备备备备到到
7、到到物物物物理理理理设设设设备备备备的映射功能,简称的映射功能,简称的映射功能,简称的映射功能,简称设备映射功能设备映射功能设备映射功能设备映射功能。设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配 设备映射设备映射设备驱动设备驱动I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理 设备驱动设备驱动 又又又又称称称称设设设设备备备备处处处处理理理理,指指指指对对对对物物物物理理理理设设设设备备备备进进进进行行行行控控控控制制制制,以以以以实实实实现真正的现真正的现真正的现真正的I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动的的的的主主主主要要要要任任任任务务务务是是是
8、是:接接接接收收收收上上上上层层层层软软软软件件件件发发发发来来来来的的的的抽抽抽抽象象象象服服服服务务务务请请请请求求求求,例例例例如如如如读读读读/写写写写命命命命令令令令,再再再再把把把把它它它它转转转转换换换换为为为为具具具具体体体体要要要要求求求求,通通通通过过过过一一一一系系系系列列列列的的的的I/OI/OI/OI/O指指指指令令令令,控控控控制制制制设设设设备备备备完完完完成成成成请请请请求求求求的的的的操操操操作作作作;同同同同时时时时,设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序还还还还将将将将设设设设备备备备发发发发来来来来的的的的有有有有关关关关信信信信号号号号传传传
9、传送送送送给给给给上上上上层层层层软软软软件件件件,例例例例如如如如设设设设备是否已损坏等。备是否已损坏等。备是否已损坏等。备是否已损坏等。设备驱动设备驱动设备驱动程序与硬件密切相关,应为每一类设设备驱动程序与硬件密切相关,应为每一类设设备驱动程序与硬件密切相关,应为每一类设设备驱动程序与硬件密切相关,应为每一类设备配置一种驱动程序。备配置一种驱动程序。备配置一种驱动程序。备配置一种驱动程序。设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系统的要求组织编写,操作系统仅对与设备驱动统的
10、要求组织编写,操作系统仅对与设备驱动统的要求组织编写,操作系统仅对与设备驱动统的要求组织编写,操作系统仅对与设备驱动的接口提出要求,一般不负责具体设备驱动程的接口提出要求,一般不负责具体设备驱动程的接口提出要求,一般不负责具体设备驱动程的接口提出要求,一般不负责具体设备驱动程序的编写。序的编写。序的编写。序的编写。有时候,某些硬件无法在某种操作系统中使用,有时候,某些硬件无法在某种操作系统中使用,有时候,某些硬件无法在某种操作系统中使用,有时候,某些硬件无法在某种操作系统中使用,原因很可能就是没有专门的或通用的设备驱动原因很可能就是没有专门的或通用的设备驱动原因很可能就是没有专门的或通用的设备
11、驱动原因很可能就是没有专门的或通用的设备驱动程序,或者设备驱动程序设计有问题,使得设程序,或者设备驱动程序设计有问题,使得设程序,或者设备驱动程序设计有问题,使得设程序,或者设备驱动程序设计有问题,使得设备无法正常工作。备无法正常工作。备无法正常工作。备无法正常工作。设备管理的主要功能设备管理的主要功能 设备分配设备分配 设备映射设备映射设备驱动设备驱动I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理 I/OI/O缓冲区的管理缓冲区的管理为为为为了了了了缓缓缓缓和和和和处处处处理理理理机机机机与与与与外外外外部部部部设设设设备备备备间间间间速速速速度度度度不不不不匹匹匹匹配配配配的的的的矛矛矛矛盾盾盾盾,
12、提提提提高高高高处处处处理理理理机机机机和和和和外外外外部部部部设设设设备备备备间间间间的的的的并并并并行行行行性性性性,现现现现代代代代操作系统大都在设备管理部分引入了操作系统大都在设备管理部分引入了操作系统大都在设备管理部分引入了操作系统大都在设备管理部分引入了缓冲技术缓冲技术缓冲技术缓冲技术。通常,缓冲区是指通常,缓冲区是指通常,缓冲区是指通常,缓冲区是指内存内存内存内存中的若干区域,用于缓中的若干区域,用于缓中的若干区域,用于缓中的若干区域,用于缓存进程与外部设备间的数据传输。又称为存进程与外部设备间的数据传输。又称为存进程与外部设备间的数据传输。又称为存进程与外部设备间的数据传输。又
13、称为I/OI/OI/OI/O缓冲区。缓冲区。缓冲区。缓冲区。I/OI/OI/OI/O缓冲区管理的任务是:组织缓冲区管理的任务是:组织缓冲区管理的任务是:组织缓冲区管理的任务是:组织I/OI/OI/OI/O缓冲区,并缓冲区,并缓冲区,并缓冲区,并为使用者提供获得和释放为使用者提供获得和释放为使用者提供获得和释放为使用者提供获得和释放I/OI/OI/OI/O缓冲区的手段。缓冲区的手段。缓冲区的手段。缓冲区的手段。通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型 将将设设备备管管理理功功能能模模块块分分为为设设备备硬硬件件无无关关以及设备以及设备硬件相关硬件相关两个层次。两个层次。设设备备硬硬件件无无关关层
14、层主主要要实实现现:I/OI/O缓缓冲冲区区管管理理以以及及设设备备映映射射功功能能。该该层层与与设设备备用用法法有关,与设备硬件无关。有关,与设备硬件无关。一一般般地地,根根据据设设备备的的用用法法,该该层层也也可可视视作作虚虚拟拟存存储储系系统统、文文件件系系统统或或通通信信系系统统的一部分。的一部分。通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型 设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件相相相相关关关关层层层层将将将将设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件无无无无关关关关层层层层与与与与设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件隔离开来。隔离开来。隔离开来。隔离开来。从从从从设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件无无无无关
15、关关关层层层层的的的的角角角角度度度度看看看看,设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件相相相相关关关关层层层层为为为为其其其其提提提提供供供供了了了了一一一一个个个个相相相相对对对对简简简简洁洁洁洁的的的的I/OI/OI/OI/O功功功功能能能能接接接接口口口口;该该该该接口屏蔽了设备硬件复杂的操作细节。接口屏蔽了设备硬件复杂的操作细节。接口屏蔽了设备硬件复杂的操作细节。接口屏蔽了设备硬件复杂的操作细节。从从从从设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件相相相相关关关关层层层层的的的的内内内内部部部部看看看看,该该该该层层层层主主主主要要要要实实实实现现现现设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动功功功功能能能能。毫
16、毫毫毫无无无无疑疑疑疑问问问问,该该该该层层层层与与与与设设设设备备备备硬硬硬硬件件件件密密密密切切切切相关。相关。相关。相关。通用设备管理分层模型通用设备管理分层模型用户进程用户进程用户进程用户进程设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件无关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件相关层设备硬件设备硬件设备硬件设备硬件支持中断的设备管理模型支持中断的设备管理模型 用户进程用户进程用户进程用户进程设备硬件设备硬件设备硬件设备硬件内核中断内核中断内核中断内核中断管理模块管理模块管理模块管理模块I/OI/OI/OI/O请求请求请求请求IOCSIOCSIOCSIOCS资源等待队
17、列资源等待队列资源等待队列资源等待队列I/OI/OI/OI/O等待队列等待队列等待队列等待队列设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序启动过程启动过程启动过程启动过程|继续过程继续过程继续过程继续过程设备中断设备中断设备中断设备中断4.2 4.2 计算机计算机I/OI/O子系统的组成子系统的组成 总线型总线型I/OI/O系统的结构系统的结构处理机处理机处理机处理机I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备系统总线系统总线系统总线系
18、统总线内存内存内存内存通道型通道型I/OI/O系统的结构系统的结构处理机处理机处理机处理机I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道系统总线系统总线系统总线系统总线内存内存内存内存I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备具有控制器的具有控制器的I/OI/O系统结构系统结构 传统的设备传统的设备传统的设备传统的设备 =机械
19、部分机械部分机械部分机械部分 +电子部分电子部分电子部分电子部分电电电电子子子子部部部部分分分分在在在在系系系系统统统统的的的的控控控控制制制制下下下下驱驱驱驱动动动动机机机机械械械械部部部部分分分分运运运运转转转转,完成完成完成完成I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。由由由由于于于于设设设设备备备备中中中中电电电电子子子子部部部部分分分分比比比比机机机机械械械械部部部部分分分分的的的的速速速速度度度度快快快快得得得得多多多多。为为为为了了了了降降降降低低低低硬硬硬硬件件件件成成成成本本本本,将将将将电电电电子子子子部部部部分分分分从从从从设设设设备备备备中中中中分分分分离离离离出
20、来作为一个独立的部件,这就是出来作为一个独立的部件,这就是出来作为一个独立的部件,这就是出来作为一个独立的部件,这就是控制器控制器控制器控制器。分分分分离离离离之之之之后后后后的的的的设设设设备备备备仅仅仅仅由由由由机机机机械械械械部部部部分分分分构构构构成成成成,一一一一个个个个控控控控制制制制器器器器可可可可与与与与多多多多个个个个设设设设备备备备相相相相连连连连,交交交交替替替替地地地地或或或或分分分分时时时时地地地地控控控控制制制制与与与与其其其其相相相相连连连连的的的的设设设设备备备备。例例例例如如如如,磁磁磁磁盘盘盘盘控控控控制制制制器器器器可可可可以以以以控控控控制制制制多多多多
21、个磁盘驱动器。个磁盘驱动器。个磁盘驱动器。个磁盘驱动器。具有控制器的具有控制器的I/OI/O系统结构系统结构处理机处理机处理机处理机控制器控制器控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道系统总线系统总线系统总线系统总线内存内存内存内存I/OI/OI/OI/O通道通道通道通道控制器控制器控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备I/OI/OI/OI/O设备设备设备设备设备
22、的控制设备的控制设备的寻址与操作设备的寻址与操作从从处处理理机机的的角角度度看看,各各种种外外部部设设备备可可以以看作是由一组设备寄存器组成的。看作是由一组设备寄存器组成的。常常见见的的设设备备寄寄存存器器有有:操操作作方方式式寄寄存存器器、命命令令寄寄存存器器、数数据据寄寄存存器器、状状态态寄寄存存器器等。等。为了使为了使CPUCPU能够寻址这些设备寄存器,硬能够寻址这些设备寄存器,硬件平台引入了件平台引入了I/OI/O端口地址的概念。端口地址的概念。设备的控制设备的控制设备的寻址与操作设备的寻址与操作I/OI/OI/OI/O端口地址的编址方式有两种:端口地址的编址方式有两种:端口地址的编址
23、方式有两种:端口地址的编址方式有两种:(1 1 1 1)将设备寄存器与内存物理单元统一编址;)将设备寄存器与内存物理单元统一编址;)将设备寄存器与内存物理单元统一编址;)将设备寄存器与内存物理单元统一编址;(2 2 2 2)独立于内存物理地址为设备寄存器编址。)独立于内存物理地址为设备寄存器编址。)独立于内存物理地址为设备寄存器编址。)独立于内存物理地址为设备寄存器编址。无无无无论论论论一一一一个个个个设设设设备备备备是是是是否否否否由由由由多多多多个个个个控控控控制制制制器器器器控控控控制制制制,或或或或者者者者一一一一个个个个控控控控制制制制器器器器控控控控制制制制了了了了多多多多少少少少
24、个个个个设设设设备备备备,每每每每一一一一个个个个设设设设备备备备都都都都能能能能通过这些寄存器的地址唯一确定。通过这些寄存器的地址唯一确定。通过这些寄存器的地址唯一确定。通过这些寄存器的地址唯一确定。设备的控制设备的控制即插即用即插即用 随着外部设备种类增加,设备间极可能随着外部设备种类增加,设备间极可能发生冲突。即,设备使用的中断号、发生冲突。即,设备使用的中断号、DMADMA、内存地址、端口地址可能因相同或重叠内存地址、端口地址可能因相同或重叠而导致设备无法正常工作。而导致设备无法正常工作。手工调整这些设备的相关参数要求用户手工调整这些设备的相关参数要求用户具有较多的计算机硬件知识,并对
25、系统具有较多的计算机硬件知识,并对系统配置的硬件有较全面的了解。配置的硬件有较全面的了解。设备的控制设备的控制即插即用即插即用顾顾名名思思义义是是指指,插插上上了了就就可可使使用用,不不需需要用户进行其它设置。要用户进行其它设置。“即即插插即即用用”技技术术取取消消了了跳跳线线和和软软件件配配置置程程序序,当当用用户户插插入入一一个个“即即插插即即用用”适适配配卡卡或或设设备备时时,“即即插插即即用用”功功能能就就可可以以自自动动进进行行检检测测,配配置置相相应应的的接接口口参参数,并安装相应的驱动程序。数,并安装相应的驱动程序。设备的控制设备的控制即插即用即插即用对已安装硬件的自动和动态识别
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