第六章输入输出系统

6-1 I/O系统的功能、模型和接口
主要功能：1 隐藏物理设备细节，方便用户
2实现设备无关性，方便用户
3提高处理机和设备的并行性，提高利用率：缓冲区管理
4对I/O设备进行控制：控制方式、设备分配、设备处理
5确保对设备正确共享：虚拟设备及设备独立性等
6错误处理
I/O软件的分层：
①用户层软件
②设备独立软件
③设备驱动程序
④中断处理程序
I/O软件系统的层次：
中断处理程序
设备驱动程序
设备独立性软件
I/O系统接口主要包括：块设备接口。流设备接口。网络通信接口。
6-2 I/O设备和设备控制器
I/OX系统的组成包括：
需要用于输入、输出和存储信息的设备；
需要相应的设备控制器；
控制器与CPU连接的高速总线；
有的大中型计算机系统，配置I/O通道。
I/O设备按传输速率分类：
低速、中速、高速（键盘、打印机、磁盘）。
I/O设备按使用分类：存储设备、输入输出设备
I/O系统按信息交换的单位分类：
块设备：有结构、速率高、可寻址、DMA方式控制
字符设备：无结构、速率低、不可寻址、中断方式控制。
I/O系统基本功能：
接收和识别CPU命令（控制寄存器：存放命令和参数）
标识和报告设备的状态（状态寄存器）
数据交换（数据寄存器）
地址识别（控制器识别设备地址、寄存器地址。地址译码器）
数据缓冲（协调I/O与CPU的速度差距）
差错控制。
6-3中断机构和中断处理程序
中断在操作系统中有特殊而重要的地位，没有它就不可能实现多道程序。
中断是I/O系统最低的一层，也是设备管理的基础。
中断：CPU对I/O设备发来的中断信号的一种响应，中断是由外部设备引起的，又称外中断。
陷入：由CPU内部事件所引起的中断，通常把这类中断称为内中断或陷入（trap）。
中断和陷入的主要区别：是信号的来源。
对多中断源的处理方式
①屏蔽（禁止）中断。
②嵌套中断。
中断处理程序主要工作
①进行进程上下文的切换
②对处理中断信号源进行测试
）③读取设备状态
④修改进程状态
中断处理流程
测定是否有未响应的中断信号
保护被中断进程的CPU环境
转入相应的设备处理程序
中断处理
恢复CPU的现场
6-4设备驱动程序
设备驱动程序是I/O系统的高层与设备控制器之间的通信程序，其主要任务：
接收上层软件发来的抽象I/O要求，如read、write等命令；
再把它转化为具体要求，发送给设备控制器，启动设备去执行。
反方向，它也将由设备控制器发来的信号，传送给上层软件。
驱动程序的功能：
（1）接收由与设备无关的软件发来的命令和参数。
(2)检查用户I/O请求的合法性。
(3)发出I/O命令。
(4)及时响应由设备控制器发来的中断请求。
I/O控制方式
程序I/O方式
中断驱动I/O方式
直接存储器访问DMA（字节—块）
I/O通道控制方式（组织传送的独立）
宗旨：减少主机对I/O控制的干预，将CPU从繁杂的I/O控制事物中解脱出来。
独占设备的分配过程：
1分配设备
2分配控制器
3分配通道
设备分配需考虑的因素：
设备固有属性
设备分配算法
设备分配的安全性
设备独立性