第4章IO设备管理.ppt

中断处理程序 if(count == 0){ unblock_user( ); }else{ *printer_data_register = p[++i]; count --;} acknowledge_intereupt( ); return_from_interrupt( ); 执行过程 进程管理 * 第三十页，共八十一页。 中断驱动方式的基本思路是：用户进程通过 系统调用函数来发起I/O操作，并在发起后 阻塞该进程，调度其他的进程使用CPU。在 I/O操作完成时，设备向CPU发出中断，然后 在中断处理程序中做进一步的处理。在中断 驱动方式下，数据的每次读写还是通过CPU 来完成，但是当I/O设备在进行数据处理时， CPU不必等待，可以继续执行其他的进程。 进程管理 * 第三十一页，共八十一页。 4.2.3 直接内存访问方式 I/O读操作的典型过程： CPU向设备控制器发出命令，启动读操作； 设备控制器控制I/O设备完成此次读操作，并将数据保存在设备控制器内部的寄存器或缓冲区中，然后中断CPU； CPU把数据读入内存。 进程管理 * 第三十二页，共八十一页。 进程管理 * 第三十三页，共八十一页。 直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）方式：在硬件上需要一个DMA控制器。 DMA控制器可以直接去访问系统总线，它能代替CPU去指挥I/O设备与内存之间的数据传送。 DMA控制器包含了一些寄存器，可被CPU来读或写。包括：一个内存地址寄存器、一个字节计数器，以及一个或多个控制寄存器（指明了I/O设备的端口地址、数据传送方向、传送单位，以及每一次传送的字节数）。 进程管理 * 第三十四页，共八十一页。 （本图摘自Andrew S. Tanenbaum： “Modern Operating Systems” ） 5. DMA工作原理 是否所有设备都要用DMA？ 进程管理 * 第三十五页，共八十一页。 如果使用DMA，过程如下： CPU对DMA控制器进行编程，告诉它应把什么数据传送到内存的什么地方。并向磁盘控制器发出命令，让它去磁盘驱动器中读入所需的数据块，保存到内部缓冲区中，并验证数据的正确性； DMA控制器通过总线向磁盘控制器发出一个读操作的信号，并把将写入的内存地址打在总线上； 磁盘控制器取出一个字节，按该地址写入内存； 磁盘控制器向DMA发一个确认信号，DMA把内存地址加1，把字节计数器减1。若计数器的值大于0转第2步； DMA控制器向CPU发出一个中断，告诉它数据传输已完成。 进程管理 * 第三十六页，共八十一页。 4.3 I/O软件 4.3.1 I/O软件的接口 头脑风暴（Brain Storm） 为了管理I/O设备，需要哪一些相关的 软件？这些软件各自完成何种功能， 相互的关系、组织结构又如何？ 进程管理 * 第三十七页，共八十一页。 应用程序开发人员 程序/OS的接口 操作系统 程序员希望OS提供什么样的接口，有何特点? 键盘、鼠标、显示器、打印机、磁盘、磁带、光驱… 进程管理 * 第三十八页，共八十一页。 设备独立性：使得用户在编写程序、访问各种I/O设备时，无需事先指定特定的设备类型，各种类型的设备之间的差异由OS来处理，对用户是透明的。 统一命名：即用简单的字符串或整数的方式来命名一个文件或设备。例如在Unix当中，所有的文件和设备都采用相同的命名规则：路径名。 阻塞与非阻塞I/O：当进程启动一个系统调用后，是立即返回还是被阻塞起来，直到I/O操作完成。 进程管理 * 第三十九页，共八十一页。 Windows中的CreateFile()函数 创建或打开以下的某种对象：控制台、通信资源（如串口）、目录、磁盘设备（分区）、文件（软盘、硬盘、光盘）等； lp, // dwDesiredAccess, // 访问模式，读/写/执行等dwShareMode, // 共享模式，lpSecurityAttributes, // 安全属性dwCreationDisposition, // how to createdwFlagsAndAttributes, // 设备独立性。统一命名：“A:\\1.txt”、“C:\\2.txt”、“F:\\3.txt”、“COM1”、“\\.\A:”、“\\.\C:”、“CON”。 进程管理 * 第四十页，共八十一页。 阻塞与非阻塞I/O 阻塞：进程被阻塞起来，直到I/O操作完成 易于使用和理解 有些情形下不能满足要求 非