Linux的設(shè)備管理與文件系統(tǒng)PPT課件

1、5.1 設(shè)備的概念 在計算機(jī)系統(tǒng)中，除了CPU和內(nèi)存之外，其余的大部分硬件設(shè)備稱為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括常用的I/O(輸入/輸出)設(shè)備、外存設(shè)備以及終端設(shè)備等。 1、I/O設(shè)備的類型 按設(shè)備的所屬關(guān)系可以將I/O設(shè)備分為兩類：系統(tǒng)設(shè)備 、用戶設(shè)備 。 按設(shè)備的信息交換的單位可將I/O設(shè)備分為兩類：字符設(shè)備 、塊設(shè)備。 按設(shè)備的共享屬性可將I/O設(shè)備分為三類：獨占設(shè)備 、共享設(shè)備 、虛擬設(shè)備 。第1頁/共24頁2、設(shè)備管理的任務(wù)和功能主要任務(wù) 選擇和分配I/O設(shè)備以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作?？刂艻/O設(shè)備和CPU（或內(nèi)存）之間交換數(shù)據(jù)。為用戶提供一個友好的透明接口，把用戶和設(shè)備硬件特性分開，使得用戶在

2、編制應(yīng)用程序時不必涉及具體設(shè)備，由系統(tǒng)按用戶的要求來對設(shè)備的工作進(jìn)行控制。提高設(shè)備和設(shè)備之間、CPU和設(shè)備之間以及進(jìn)程和進(jìn)程之間的并行操作程度，以使操作系統(tǒng)獲得最佳效率。 主要功能提供和進(jìn)程管理系統(tǒng)的接口 進(jìn)行設(shè)備分配 實現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備、設(shè)備和CPU等之間的并行操作 進(jìn)行緩沖管理 設(shè)備控制與驅(qū)動 第2頁/共24頁3、設(shè)備控制器 為實現(xiàn)設(shè)備控制器的功能，大多數(shù)設(shè)備控制器都由以下三部分組成。 設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口 設(shè)備控制器與設(shè)備的接口 I/O邏輯 數(shù)據(jù)寄存器控制/狀態(tài)寄存器I/O邏輯控制器與設(shè)備接口1控制器與設(shè)備接口i數(shù)據(jù)線地址線控制線CPU與控制器接口控制器與設(shè)備接口數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制

3、第3頁/共24頁4、I/O通道 雖然在CPU與I/O設(shè)備之間增加了設(shè)備控制器后，已能大大減少CPU對I/O的干預(yù)，但當(dāng)主機(jī)所配置的外設(shè)很多時，CPU的負(fù)擔(dān)仍然很重。為此，在CPU和設(shè)備控制器之間又增設(shè)了通道。設(shè)置I/O通道的目的是為了建立獨立的I/O操作，不僅使數(shù)據(jù)的傳送能獨立于CPU，而且也希望有關(guān)對I/O操作的組織、管理及其結(jié)束處理也盡量獨立，以保證CPU有更多的時間去進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 5、緩沖技術(shù) 引入緩沖區(qū)的主要原因 緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。 減少對CPU的中斷頻率，放寬對CPU中斷響應(yīng)時間的限制。 提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行性。 第4頁/共24頁6、設(shè)備驅(qū)動 設(shè)

4、備驅(qū)動程序又稱為設(shè)備處理程序，它是I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序，是一種低級的系統(tǒng)例程。 設(shè)備驅(qū)動程序的處理過程 將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 檢查I/O請求的合法性 讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài) 傳送必要的參數(shù) 工作方式的設(shè)置 啟動I/O設(shè)備 第5頁/共24頁5.2 設(shè)備控制方式 1、I/O控制方式在I/O控制方式的整個發(fā)展過程中，始終貫穿著這樣一條宗旨，即盡量減少主機(jī)對FO控制的干預(yù)，把主機(jī)從繁雜的I/O控制事務(wù)中解脫出來，以便更多地去完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)。 程序I/O方式 中斷驅(qū)動I/O控制方式 DMA控制方式 I/O通道控制方式 第6頁/共24頁2、設(shè)備分配與共享 在多道程序環(huán)境下，系統(tǒng)中的設(shè)備

5、不允許用戶（進(jìn)程）自行使用，而是由操作系統(tǒng)中的設(shè)備分配程序負(fù)責(zé)。在某次設(shè)備分配可能和安全的前提下，設(shè)備分配程序向提出設(shè)備請求的進(jìn)程分配設(shè)備。 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)設(shè)備表（System Device Table，SDT） 設(shè)備控制表（Device Control Table，DCT） 控制器表（Controler Control Table，COCT） 通道控制表（Channel Control Table，CHCT） 第7頁/共24頁設(shè)備分配時應(yīng)考慮的因素 設(shè)備的固有屬性 設(shè)備分配算法 ：先來先服務(wù) 、優(yōu)先級最高者優(yōu)先 設(shè)備分配中的安全性 ：靜態(tài)分配、動態(tài)分配設(shè)備獨立性 獨占設(shè)備的分配程

6、序 若不考慮設(shè)備獨立性和多通路的情況，當(dāng)某進(jìn)程提出I/O請求后，系統(tǒng)的設(shè)備分配程序?qū)聪率霾襟E進(jìn)行設(shè)備分配。 分配設(shè)備 分配控制器 分配通道 注意：只有在設(shè)備、控制器和通道三者都分配成功時，這次設(shè)備分配才算成功。隨后，便可啟動I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 第8頁/共24頁3、虛擬設(shè)備技術(shù) 在設(shè)備管理中，通過SPOOLing技術(shù)可將一臺物理I/O設(shè)備虛擬為多臺邏輯I/O設(shè)備，這就實現(xiàn)了所謂的虛擬設(shè)備。 SPOOLing技術(shù)的定義 為了緩和CPU的高速性與I/O設(shè)備的低速性之間的矛盾，曾引入了脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)。該技術(shù)是利用專門的外圍控制機(jī)，將低速I/0設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上，或者相反。此時的外

7、圍操作與CPU對數(shù)據(jù)的處理可以同時進(jìn)行，我們把這種在聯(lián)機(jī)情況下實現(xiàn)的同時外圍操作稱為SPOOLing(Simultaneaus Periphemal Operating On-Line)，或稱為假脫機(jī)操作。 第9頁/共24頁SPOOLing系統(tǒng)的組成 主要由3部分組成 :輸入井和輸出井 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū) 輸入進(jìn)程SPi和輸出進(jìn)程SPo SPOOLing技術(shù)的實例 輸入進(jìn)程SP1輸入進(jìn)程SPn輸入緩沖區(qū)輸出緩沖區(qū)內(nèi)存輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入井輸出井磁盤第10頁/共24頁4、磁盤存儲器管理 磁盤存儲器不僅容量大，存取速度快，而且可以實現(xiàn)隨機(jī)存取，是當(dāng)前存放大量程序和數(shù)據(jù)的理想設(shè)備，故在現(xiàn)代計算機(jī)

8、系統(tǒng)中，都配置了磁盤存儲器，并以它為主來存放文件。 磁盤性能簡介 磁盤的每個盤片有正反兩個磁表面，若干張盤片可以組成一個盤組。每個盤面上有多條同心圓磁道，不同盤面上具有相同編號的磁道在同一個柱面上，從“0”開始按由外向里的次序順序編號，稱為“柱面號”。為區(qū)分不同的盤面，從“0”開始給每個盤面編號，稱為“磁頭號”。在磁盤初始化時把每個盤面劃分成相等數(shù)量的扇區(qū)，按磁盤旋轉(zhuǎn)的反向從“0”開始給各扇區(qū)編號，稱為“扇區(qū)號”。每個扇區(qū)將磁道分割成弧段，我們稱它為“塊”。磁盤的每塊上存放相等數(shù)量的信息，塊是磁盤信息讀寫的最小單位。由此，要確定一個塊所在的位置，就必須給出3個參數(shù)：柱面號、磁頭號和扇區(qū)號。 第

9、11頁/共24頁 啟動磁盤執(zhí)行輸入輸出操作時，首先要把移動臂移動到指定的柱面，稱為尋道。同時磁盤控制器控制磁盤高速旋轉(zhuǎn)，待指定的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭位置下時，讀寫控制電路讓指定的磁頭進(jìn)行讀寫。 磁盤的訪問時間分成3部分： 尋道時間 旋轉(zhuǎn)延遲時間 傳輸時間 移動臂讀寫磁頭轉(zhuǎn)動方向柱面磁道軸第12頁/共24頁查看系統(tǒng)硬盤使用情況 磁盤調(diào)度 目前常用的磁盤調(diào)度算法有： 先來先服務(wù)（FCFS）算法 最短尋道時間優(yōu)先（SSTF）算法 掃描（SCAN）算法 循環(huán)掃描（CSCAN）算法 第13頁/共24頁5.3 Linux設(shè)備管理 1、設(shè)備文件 設(shè)備類型 主設(shè)備號與次設(shè)備號 設(shè)備文件 2、設(shè)備驅(qū)動程序概述 驅(qū)動程

10、序 設(shè)備驅(qū)動程序的特點 查詢與中斷 DMA 設(shè)備驅(qū)動程序與內(nèi)核的接口 第14頁/共24頁3、設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu) 設(shè)備驅(qū)動程序的實現(xiàn)方法 字符設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu) 塊設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu) 4、Linux系統(tǒng)中光盤的使用 在光盤驅(qū)動器中插入這張MP3光盤，進(jìn)入/mnt目錄，看到有cdrom目錄和floppy目錄，前一個很明顯是用來安裝光盤文件系統(tǒng)的，后一個則是用來安裝軟盤文件系統(tǒng)的。 用mount命令進(jìn)行文件系統(tǒng)的安裝。mount命令的基本格式如下： mount系統(tǒng)設(shè)備名稱安裝點 現(xiàn)在安裝光盤文件系統(tǒng)，可以在命令行上鍵人： mount/dev/cdrom/mnt/cdrom 稍候片刻，光盤文件系統(tǒng)便安

11、裝上了。 第15頁/共24頁5.4 目錄與文件系統(tǒng)簡介 文件：Linux系統(tǒng)和Unix系統(tǒng)一樣，把一切都視為文件，包括目錄、硬件接口設(shè)備等。 目錄：其中包含許多文件項目的一類特殊文件。 子目錄：被包含在另一個目錄中的目錄。 用 于 安裝光盤用于安裝軟盤用戶主目錄第16頁/共24頁文件名：用來標(biāo)識文件的字符串，它保存在一個目錄文件項中。 路徑名：由斜線字符（/）結(jié)合在一起的一個或多個文件名的集合。 文件命名：Linux的文件名幾乎可以由ASCII字符的任意組合構(gòu)成，文件名最長可多達(dá)255個字符。 管理文件的約定：文件名應(yīng)盡量簡單，并且應(yīng)反映出文件的內(nèi)容。 除斜線（/）和空字符（ASCII字符為0

12、）以外，文件名可以包含任意的ASCII字符。 習(xí)慣上允許使用下線符（-）和點（.）來區(qū)別文件的類型，使文件名更易讀；但是應(yīng)避免使用 ；| ” ！ % & * ？ （） 。 同類文件應(yīng)使用同樣的后綴或擴(kuò)展名。 以圓點（.）開頭的文件名是隱含文件，默認(rèn)方式下使用ls命令并不能把它們在屏幕上顯示出來。 第17頁/共24頁5.5 Linux文件系統(tǒng)管理 文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)存取和管理信息的程序模塊，它用統(tǒng)一的方法管理用戶和數(shù)據(jù)信息的存儲、檢索、更新、共享和保護(hù)，并為用戶提供方便有效的文件使用和操作方法。 1、Linux基本文件系統(tǒng)與Linux支持的文件系統(tǒng) Linux基本文件系統(tǒng) Linux系統(tǒng)支

13、持的文件系統(tǒng) 第18頁/共24頁2、文件名和通配符 文件名 Linux系統(tǒng)對文件名有以下規(guī)定： 文件名中不能包含任何對Shell有特殊含義的字符。這些字符是！？$ # * & ! ; ( ) % | /等。 可使用長文件名，最長為256個字符。 文件名區(qū)分大小寫。文件分類 普通文件 目錄文件 鏈接文件 設(shè)備文件 第19頁/共24頁通配符 通配符的作用是代替一個或多個字符。 常用通配符及含義如下： “*”代表若干個任意字符。 “?”代表一個任意字符。 “”表示匹配方括號內(nèi)的任意一個字符。 “a-y”表示匹配方括號內(nèi)兩個字符之間的任意一個字符。 “!”表示匹配不在方括號內(nèi)的任意一個字符。 第20頁

14、/共24頁3、Linux文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Linux操作系統(tǒng)將所有的文件系統(tǒng)放在唯一的根目錄（）下形成樹形結(jié)構(gòu)，采用樹形目錄結(jié)構(gòu)來組織和管理系統(tǒng)的所有文件。根是所有目錄的起始點，根目錄下主要有以下的子目錄。 /bin 存放常用命令和實用程序 /sbin /boot 該目錄存放Linux引導(dǎo)程序，操作系統(tǒng)內(nèi)核，以及相關(guān)文件 /dev 存放與硬件設(shè)備驅(qū)動程序有關(guān)的設(shè)備文件 /etc 又稱雜項目錄，存放了大量系統(tǒng)配置文件 /home 用于存放各用戶的主目錄，用戶文件 第21頁/共24頁 /lib 存放常用程序的庫函數(shù)文件 /mnt：移動存儲設(shè)備的掛載點目錄 /proc：存放操作系統(tǒng)運(yùn)行時，進(jìn)程（正在運(yùn)行中的程序）信息及內(nèi)核信息 /root： Linux系統(tǒng)超級權(quán)限用戶root的主目錄 /tmp： 臨時文件目錄，有時用戶運(yùn)行程序的時候，會產(chǎn)生臨時文件 /usr 存放用戶服務(wù)例程 /var 包括用于管理和維護(hù)本地計算機(jī)的文件，主要是一些進(jìn)程頻繁變動的文件 第22頁/共24頁5.6 小結(jié)Linux系統(tǒng)對計算機(jī)的所有的外部設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的