文档介绍：Operating System
Lecture Eight
I/O Management
School of Software
Nanjing University
1
本主题教学目标
复习、了解I/O设备、I/O控制方式
掌握I/O缓冲区的设计
掌握磁盘调度
掌握I/O软件系统的设计与实现
掌握虚拟设备
2
I/O Management
I/O anization of the I/O Function
Operating System Design Issues
I/O Buffering
Disk Scheduling
RAID
Disk Cache
Design I/O Management System
Windows I/O
3
Categories of I/O Devices
人可读:
适用于同计算机用户之间的交互,例如:打印机, 显示器和键盘,以及其他一些可能的设备,如鼠标。
机器可读:
适用于与电子设备通信,例如:磁盘和磁带设备、传感器、控制器和传动器。
通信:
适用于与远程设备通信,例如:数字线路驱动器和调制解调器。
4
Differences in I/O Devices
数据率:数据传送速率可能会相差几个数量级
5
Differences in I/O Devices
应用程序:设备用途是什么,这对软件、操作系统策略以及其所支持的实用程序都有影响。
例如,用于文件操作的磁盘需要文件管理软件的支持;在虚拟存储管理中,用于页面备份的磁盘,其特性取决于虚存硬件和软件是如何使用的。此外,这些应用程序对调度算法也会产生影响。
例: 终端可以被普通用户使用,也可以被系统管理员使用,这两种使用情况隐含了不同的特权级别,进而在操作系统中拥有不同的优先级。
6
Differences in I/O Devices
控制复杂性:打印机仅需要一个相对简单的控制接口,而磁盘的控制接口就复杂得多。这些差别对操作系统的影响可以用控制该设备的I/O模块的复杂性来描述。
传送单位:数据以按照字节或者字节流的形式传送(如终端I/O),也可以按更大的块传送(如磁盘I/O)。
数据表示:不同的设备使用不同的数据编码方式,差别包括字符编码和奇偶约定。
错误条件:随着设备的不同,各设备错误产生的原因、报告错误的方式、错误造成的后果以及有效的响应范围,都各不相同。
7
I/O Management
I/O anization of the I/O Function
Operating System Design Issues
I/O Buffering
Disk Scheduling
RAID
Disk Cache
Design I/O Management System
Windows I/O
8
Techniques for Performing I/O
可编程I/O: 处理器代表进程给I/O模块发送一个I/O命令,该进程进入忙等待,等待操作的完成,然后才可以继续执行。
中断驱动I/O: 处理器代表进程向I/O模块发出一个命令,然后继续执行后续指令,当I/O模块完成工作后,处理器被该模块中断。如果该进程不需要等待I/O完成,则后续指令可以仍是该进程中的指令,否则,该进程在这个中断上被挂起,处理器执行其他工作。
直接存储器访问(DMA): 一个DMA模块控制主存和I/O模块之间的数据交换。为传送一块数据,处理器给DMA模块发请求,只有当整个数据块传送结束后,处理器才被中断。
9
Evolution of the I/O Function
处理器直接控制外围设备,这在简单的微处理器控制设备中可以见到。
增加了控制器和I/O模块。处理器使用非中断的可编程I/O。在这一阶段,处理器开始从外部设备接口的具体细节中分离出来。
控制器和I/O模块(中断方式)。处理器无需花费等待执行一个I/O操作所需的时间,因而提高了效率。
I/O模块通过DMA直接控制存储器。可以在没有处理器参与的情况下,从主存中移出或者往主存中移入一块数据,仅仅在传送开始和结束时需要用到处理器。
10