第五章-第五章设备管理

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1、1、SPOOLing技术如何使一技术如何使一台打印机虚拟成多台打印机？台打印机虚拟成多台打印机？答：打印机属于独享设备。答：打印机属于独享设备。用用SPOOLing技术转换为虚拟成多台打印机。技术转换为虚拟成多台打印机。用户请求打印后，用户请求打印后，1.将打印数据输出将打印数据输出到输出井申请的空闲盘块中。到输出井申请的空闲盘块中。2.将打印将打印请求登记后排到打印队列。请求登记后排到打印队列。3.打印机空打印机空闲时，首取第一张请求表，将数据从输闲时，首取第一张请求表，将数据从输出井传送到内存缓冲区，进行打印出井传送到内存缓冲区，进行打印。2、按资源分配管理技术，输入输出设备类型可分为哪三

2、类？l按资源特点分：按资源特点分：独享设备、共享设备、虚拟设备独享设备、共享设备、虚拟设备l独享设备：在一个用户作业未完成或退出之前，独享设备：在一个用户作业未完成或退出之前，此设备不能分配给其他作业用。所有字符设备都此设备不能分配给其他作业用。所有字符设备都是独享设备。是独享设备。l共享设备：多个用户作业或多个进程可以共享设备：多个用户作业或多个进程可以“同时同时”从这些设备上存取信息。软硬盘、光盘等块设从这些设备上存取信息。软硬盘、光盘等块设备都是共享设备。备都是共享设备。l虚拟设备：通过软件技术将独享设备改造虚拟设备：通过软件技术将独享设备改造成共享设备。例如：通过成共享设备。例如：通过

3、SPOOLing技术技术将一台打印机虚拟成多台打印机。将一台打印机虚拟成多台打印机。3、设备管理的目标是什么？l按用户需求提出的要求接入外部设备，按用户需求提出的要求接入外部设备，系统按一定算法分配和管理控制，而用系统按一定算法分配和管理控制，而用户不必关心设备的实际地址和控制指令户不必关心设备的实际地址和控制指令.l尽量提高输入输出设备的利用率，例如，尽量提高输入输出设备的利用率，例如，发揮主机与外设以及外设与外设之间的发揮主机与外设以及外设与外设之间的真正真正并行并行工作能力工作能力.3、设备管理的功能是什么？l分分配配设设备备：按按设设备备的的不不同同类类型型和和操操作作系系统统选选用用

4、的的算算法法分分配配。包包括括分分配配相相应应的的通通道道、设设备备控控制制器器以以及对未分配到的任务或怍业进行排队等；及对未分配到的任务或怍业进行排队等；l控控制制和和实实现现真真正正的的输输入入输输出出操操作作。包包括括通通道道程程序序控制、启动设备、及时响应及处理中断讯号等；控制、启动设备、及时响应及处理中断讯号等；l对对输输入入输输出出缓缓冲冲区区进进行行管管理理。例例如如逻逻辑辑名名的的管管理理，多多个个缓缓冲冲区区的的分分时时以以及及串串并并行行操操作作，同同类类多多个个外外部部设设备备的的均均衡衡工工作作，避避免免“忙忙的的忙忙”和和“闲闲的的闲闲”；l在一些较大系统中实现虚拟设

5、备技术在一些较大系统中实现虚拟设备技术4、数据传送控制方式有哪几种、数据传送控制方式有哪几种？试比较它们各自的优缺点。？试比较它们各自的优缺点。l1、程序直接控制方式程序直接控制方式：耗费大量的：耗费大量的CPU时间、时间、无法检测设备错误、只能串行工作。无法检测设备错误、只能串行工作。l2、中断控制方式中断控制方式：并行操作的设备数受到中：并行操作的设备数受到中断处理时间的限制。断处理时间的限制。CPU 仍需花较多的时间仍需花较多的时间处理中断。中断次数增多时易导致数据丢失。处理中断。中断次数增多时易导致数据丢失。l3、直接内存存取方式直接内存存取方式DMA：要求要求CPU执行设执行设备驱动

6、程序启动设备，给出存放数据的内存地备驱动程序启动设备，给出存放数据的内存地址址 及操作方式和传送长度等。及操作方式和传送长度等。l4、通道方式通道方式：给：给CPU发出发出I/O启动命令后，由启动命令后，由通道指令完成启动设备等工作。通道指令完成启动设备等工作。5、什么是通道？试画出通道控制方式、什么是通道？试画出通道控制方式时的时的CPU、通道和设备的工作流程图。通道和设备的工作流程图。l首先复习一下外部设备和主机的几种连首先复习一下外部设备和主机的几种连接方式。见后面幻灯片。接方式。见后面幻灯片。外部设备连接方式：外部设备连接方式：l1、最简单、最基本的连接方式：、最简单、最基本的连接方式

7、：CPU内内 存存PC总线连接总线连接l控制器到设备接口控制器到设备接口l 系统总线系统总线CPU存储器磁盘控制器打印机控制器其他磁盘 磁盘打印机通道连接方式（通道连接方式（IBM370的通道结构）的通道结构）l黄色是控制线黄色是控制线 白色是数据线白色是数据线CPU存储器多路通道选择通道成组多路通道输入机打印机磁盘磁盘磁带磁带5、什么是通道？试画出通道控制方式、什么是通道？试画出通道控制方式时的时的CPU、通道和设备的工作流程图。通道和设备的工作流程图。l通道提供了通道提供了I/O设备和主存之间流通数据设备和主存之间流通数据的通路，又称的通路，又称I/O处理机。它能控制一台处理机。它能控制一

8、台或多台外设工作，它一旦被启动就能独或多台外设工作，它一旦被启动就能独立于立于CPU运行。使运行。使CPU尽可能摆脱尽可能摆脱I/O的的负担。但是通道只传送数据而不改变数负担。但是通道只传送数据而不改变数据。据。通道工作过程：通道工作过程：操作系统产生通道程序并通知通道通道执行通道程序通道程序根据I/O请求队列启动I/OI/O完成，通知通道通道通知CPUI/O任务完成NN6、先复习中断处理一般过程：、先复习中断处理一般过程：执行当前指令，关中断指令结束？开中断：有中断请求？中断响应：查向量表保护断点，中断屏蔽转向中断处理程序入口执行中断服务程序中断返回取下一条指令yynn6、典型的中断级：、典

9、型的中断级：内中断：内部硬件产生外中断：外部硬件产生软中断：中断指令产生中断级高中断级低6、什什么么叫叫中中断断？什什么么叫叫中中断断处处理理？什什么么叫叫中中断断响响应应？什什么么叫叫关关中中断断？什什么么叫叫开开中中断断？什什么么叫叫中中断断屏屏蔽蔽？什什么么叫叫陷陷入入？什什么么是是软软中中断断？试试述述中中断断、陷入和软中断之间的异同。陷入和软中断之间的异同。l中中断断（interrupt）：当当主主机机接接到到外外部部信信号号（如如内内、外外部部设设备备完完成成或或出出错错）时时，马马上上停停止止原原来来的的工工作作，考考虑虑去去处处理理这这一一事事件件，处处理理完完毕毕后后，主机又

10、回到原来的断点继续工作。主机又回到原来的断点继续工作。l陷陷入入：将将进进程程执执行行方方式式从从用用户户态态变变成成核核心心态态。从从而而解解决决了了用用户户程程序序中中请请求求系系统统调调用用的的问问题题。称这个指令为操作系统的陷入。称这个指令为操作系统的陷入。l软软中中断断：中中断断源源是是中中断断指指令令。（即即软软件件发发出出的的命令）命令）7、什么是缓冲？为什么要引入缓冲？、什么是缓冲？为什么要引入缓冲？l缓缓冲冲是是一一种种存存储储空空间间，在在本本质质上上是是一一种种异异步步技技术。有硬件缓冲器和内存缓冲区两种实现方法。术。有硬件缓冲器和内存缓冲区两种实现方法。解决快、慢通信双

11、方的异步问题。解决快、慢通信双方的异步问题。具体如下：具体如下：l1、解决信息的到达率和离去率不一致的矛盾。、解决信息的到达率和离去率不一致的矛盾。l2、缓存起中转站的作用、缓存起中转站的作用l3、使得一次输入的信息能多次使用、使得一次输入的信息能多次使用8、用于设备分配的数据结构有哪些？用于设备分配的数据结构有哪些？它们之间的关系是什么？它们之间的关系是什么？l答：用于设备分配的数据结构有队列和答：用于设备分配的数据结构有队列和表两种。表两种。lI/O通过设备表查找操作系统为设备建立通过设备表查找操作系统为设备建立的缓冲区（队列）后，进行操作。的缓冲区（队列）后，进行操作。9、略、略10、什

12、么是、什么是I/O控制？它的主要控制？它的主要任务是什么？任务是什么？lI/O控制有控制有程序直接控制方式程序直接控制方式、中断控制方式、中断控制方式、直接内存存取方式直接内存存取方式DMA、通道方式四种形式。通道方式四种形式。l主要任务是根据具体的设备情况，选择相应的主要任务是根据具体的设备情况，选择相应的控制方式，更好解决慢速控制方式，更好解决慢速I/O设备和高速设备和高速CPU的匹配问题。的匹配问题。14、UNIX系统中将设备分为块设备和字符系统中将设备分为块设备和字符设备，它们各有什么特点？设备，它们各有什么特点？l字符型设备字符型设备：以：以字符字符为单位进行输入、为单位进行输入、输

13、出的设备。每输入或输出一个字符就输出的设备。每输入或输出一个字符就要中断一次主机要中断一次主机CPU请求进行处理，所请求进行处理，所以又称慢速字符设备。例如：终端显示以又称慢速字符设备。例如：终端显示设备。用设备。用ls-l/dev 列目录时首字符为列目录时首字符为“c”块设备块设备：以以字符块字符块为单位进行输入、输出的为单位进行输入、输出的设备。例如：硬盘。用设备。例如：硬盘。用ls-l/dev 列目录时列目录时首字符为首字符为“b”13、设备驱动程序是什么？l设设备备驱驱动动程程序序:是是I/O进进程程与与设设备备控控制制器器之之间间的的通通信信程程序序。任任务务是是接接收收上上层层软软

14、件件发发来来的的抽抽象象要要求。包含五部分求。包含五部分l1、设备标题、设备标题l2、数据存储和局部过程、数据存储和局部过程l3、策略过程、策略过程l4、中断过裎、中断过裎l5、命令处理子程序、命令处理子程序）13、为什么要有设备驱动程序？l1、将接收到的抽象要求转换为具体要求；、将接收到的抽象要求转换为具体要求；l2、检检查查用用户户I/O请请求求的的合合法法性性，了了解解I/O设设备备的的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式；状态，传递有关参数，设置设备的工作方式；l3、发发出出I/O命命令令，启启动动分分配配到到的的IO设设备备，完完成指定的成指定的IO操作；操作；l4、及及时时响响应

15、应由由控控制制器器或或通通道道发发来来的的中中断断请请求求，并并根根据据其其中中断断类类型型调调用用相相应应的的中中断断处处理理程程序序进进行处理；行处理；l5、对对于于设设置置有有通通道道的的计计算算机机系系统统，驱驱动动程程序序还还应应能能够够根根据据用用户户的的I/O请请求求，自自动动地地构构成成通通道道程序程序.13、用户怎样使用设备驱动程序？l用户进程或系统进程调用调用只为用户进程或系统进程调用调用只为各类设备设置相应的设备处理程序各类设备设置相应的设备处理程序（模块）。（模块）。14、UNIX系统中将设备分为块设备和字符系统中将设备分为块设备和字符设备，它们各有什么特点？设备，它们

16、各有什么特点？l字符型设备字符型设备：以：以字符字符为单位进行输入、为单位进行输入、输出的设备。每输入或输出一个字符就输出的设备。每输入或输出一个字符就要中断一次主机要中断一次主机CPU请求进行处理，所请求进行处理，所以又称慢速字符设备。例如：终端显示以又称慢速字符设备。例如：终端显示设备。用设备。用ls-l/dev 列目录时首字符为列目录时首字符为“c”块设备块设备：以以字符块字符块为单位进行输入、输出的为单位进行输入、输出的设备。例如：硬盘。用设备。例如：硬盘。用ls-l/dev 列目录时列目录时首字符为首字符为“b”15、为什么在一些操作系统中可以将为什么在一些操作系统中可以将设备和普通文件进行统一处理？设备和普通文件进行统一处理？l见见P115 小体字小体字UNIX中设备管理。中设备管理。