Linux 设备管理

一、I/O设备的类型

按设备的所属关系可以将I/O设备分为以下两类。

1、系统设备

     系统设备是在系统生成时已登记于系统中的标准设备，属于系统的基本配置

2、用户设备

     用户设备是在系统生成时示登记于系统中的非标准设备。（U盘，移动硬盘）

按设备的信息交换的单位可将I/O设备分为以下两类

1、字符设备

     字符设备是以字符为单位进行输入和输出的设备。

2、块设备

     块设备的输入和输出是以数据块为单位的。（SCSI硬盘）

按设备的共享属性可将I/O设备分为以下三类

1、独占设备

     所有的字符设备都是独占设备。独占设备是指一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备，即临界资源。（打印机）

2、共享设备

      块设备都是共享设备。共享设备是指一段时间内允许多个进程同时访问的设备。

3、虚拟设备

     通过虚拟投备技术把一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户（进程）同时使用，以提高设备的利用率。

设备管理的任务的功能

设备管理是对计算机的输入/输出系统的管理，它是操作系统中最具有多样性和复杂性的部分。其主要务如下所述

（1）选择和分配I/O设备以便进行数据传输操作。

（2）控制I/O设备和CPU（或内存）之间交换数据。

（3）为用户提供一个友好的透明接口把用和设备硬件特性分开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设，由系统按用户的要求来对设备的工作进行控制。另外，这个接口还为新增加的用户设备提供一个和系统核心相连接的入口，以便用户开发新的设备管理程序。

（4）提高设备和设备之间、CPU和设备之间以及进程和进程之间的并行操作程度，以使操作系统获得最佳效率

设备管理程序提供以下功能：

（1）提供和理进程管理系统的接口

（2）进行设备分配

（3）实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作

（4）进行缓冲管理

（5）设备控制与驱动

设备控制器

设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令并去控制I/O设备工作。设备控制器是一个可编址设备，当它仅控制一个设备时，它只有一个惟一的设备地址当它控制多个设备时，则应具有多个设备地址，使每一个地址对应一个设备。

设备控制器的由三部分组成：

A、设备控制器与处理机的接口

B、设备控制器与设备的接口

C、I/O逻辑

图见附件。

I/O通道

设置I/O通道的目的是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担，从而把CPU从繁杂的I/O任务中解脱出来。在设置了通道后，CPU只需向通道发送一条I/O指令。通道在收到该指令后，便从内存中取出本次要执行的通道程序，然后执行该通道程序，仅当通道完成了规定的I/O任务后，才向CPU发中断信号。

通道有两种基本类型：选择通道和多路通道

单通路I/O系统图见附件

多通路I/O系统图见附件

 

设备驱动

设备驱动程序的主要任务，是接收上层软件开发来的抽象要求，如read或write命令，再把它转换为具体要求，发送给设备控制器；此外，它也将由设备控制器发来的信号传送给上层软件，从而完成两者间的相互通信。

设备驱动程序的处理过程：

（1）将抽象要求转换为具体要求

（2）检查I/O请求的合法性

（3）读出和检查设备的状态

（4）传送必要的参数

（5）工作方式的设置

（6）启动I/O设备

 

 

二、I/O控制方式

程序I/O方式（查询方式）

图见附件