模塊名稱設備管理

1、1 模塊名稱：設備管理1.1 術(shù)語1. 塊設備（block device）：塊設備把信息存儲在固定的塊中，比如：磁盤。2. 字符設備（character device）：以字符為單位發(fā)送或接收一個字符流，不考慮任何塊結(jié)構(gòu)，比如：打印機、鼠標等。3. 設備控制器（device controller）：該電子部件又稱為適配器（adapter）。4. 前導碼（preamble）5. 錯誤校正碼（Error-Correcting Code ,ECC）6. 內(nèi)存映射I/O（memory-mapped I/O）：每個控制寄存器被分配唯一的一個內(nèi)存地址，并且不會有內(nèi)存被分配這一地址。7. 直接存儲器存?。―

2、irect Memory Access ,DMA）：可以獨立于CPU而訪問系統(tǒng)總線，它包含一個內(nèi)存地址寄存器、一個字節(jié)計數(shù)器和一個或多個控制寄存器。8. 周期竊?。╟ycle stealing）：在DMA使用總線期間，如果CPU也想使用總線，那么它必須等待。9. 突發(fā)模式（burst mode）：DMA控制器通知設備獲得總線，發(fā)起一連串的傳送，然后釋放總線。10. 飛躍模式（fly-by mode）：DMA控制器通知設備控制器直接將數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存。11. 精確中斷（precise interrupt）：將機器留在一個明確狀態(tài)的中斷。12. 不精確中斷（imprecise interrupt）：

3、不滿足精確中斷條件的中斷。13. 設備獨立性（device independence）：它的意思是指能編寫出可以訪問任意I/O設備的程序，而事先無須指定設備。14. 統(tǒng)一命名（uniform naming）。15. 設備驅(qū)動程序（device driver）。16. 雙緩沖（double buffering）。17. 假脫機（Spooling）：多道程序設計系統(tǒng)中處理獨占I/O設備的一種方法。18. 集成驅(qū)動電子設備（Integrated Drive Electronics，IDE）。19. 邏輯塊尋址（logica block addressing，LBA）。20. 獨立磁盤冗余陣列（Red

4、undant Array of Independent Disk）。21. 時鐘滴答（clock tick）。22. 監(jiān)視定時器（watchdog timer）：操作系統(tǒng)部分設置的定時器。23. 回顯（echoing）：大多數(shù)軟件在擊鍵的時候什么也不顯示，如果需要，完全由計算機中的軟件來顯示字符，這一過程稱為回顯。1.2 知識要點1.2.1 I/O硬件1.2.1.1 I/O設備分類1.2.1.1.1 塊設備1. 塊設備把信息存儲在塊中，每個塊有自己的地址。2. 塊設備的基本特征是每個塊能獨立于其它塊而讀寫。3. 磁盤是最典型的塊設備。1.2.1.1.2 字符設備1. 字符設備是不可以尋址的，沒

5、有任何尋道操作。2. 打印機、網(wǎng)絡接口、鼠標都是字符設備。1.2.1.2 設備控制器1. 設備控制器的定義；2. 區(qū)別設備控制器與設備本身的意義；3. 控制器的任務：將串行的比特流轉(zhuǎn)換成字節(jié)塊并在需要的時候進行糾錯。4. 控制器的工作方式。1.2.1.3 內(nèi)存映射I/O1. 每個控制器有若干個寄存器用來與CPU通信，許多設備還有一個操作系統(tǒng)可以讀寫的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。2. 有兩種方法使CPU與這些控制寄存器與數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進行通信。1) 為每個寄存器分配一個I/O端口號；2) 將所有控制寄存器映射到內(nèi)存空間中。上述兩種方法的優(yōu)缺點：1) 內(nèi)存映射I/O可以代碼編寫；2) 內(nèi)存映射I/O不需要特殊的機制來

6、阻止用戶進程執(zhí)行I/O操作；3) 如果只存在一個地址空間，那么所有的內(nèi)存模塊和I/O設備都必須檢查所有的內(nèi)存引用，以便了解由誰作出響應。1.2.1.4 直接存儲器存?。―MA）1.2.1.4.1 DMA工作原理1. 直接存儲訪問的工作原理；2. 為了使控制器騰出時間供其數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存的技術(shù)交叉編址。1.2.1.4.2 總線應答DMA的工作模式1. 字模式2. 塊模式3. 字與塊混合模式4. 突發(fā)模式5. 飛躍模式1.2.1.5 重溫中斷1.2.1.5.1 中斷實現(xiàn)機制中斷到來時，在開始服務程序之前，系統(tǒng)總是要保存一定的信息，保存的方式大概有以下三種：1. 將信息放在內(nèi)部寄存器中（存在問題）；2

7、. 使用當前堆棧（存在問題）；3. 使用內(nèi)核堆棧（存在問題）；1.2.1.5.2 精確中斷和不精確中斷精確中斷的四個特征：1. PC（程序計數(shù)器）保存在一個已知的地方；2. PC所指向的指令之前的所有指令已經(jīng)完全執(zhí)行；3. PC所指向的指令之后的所有的指令都沒有執(zhí)行；4. PC所指向的指令的執(zhí)行狀態(tài)是已知的。不滿足上述特征的中斷是不精確中斷。1.2.2 I/O軟件1.2.2.1 I/O軟件原理1.2.2.1.1 I/O軟件的目標1. 設備獨立性2. 錯誤處理3. 同步（synchronous）（即阻塞）和異步（asynchronous）（即中斷驅(qū)動）4. 緩沖（buffering）1.2.2.

8、1.2 I/O控制方法1. 程序控制I/O（programmed I/O）2. 中斷驅(qū)動I/O3. 使用DMA的I/O1.2.2.2 I/O軟件層次I/O軟件通常組織成以下四個層次。每一層具有一個要執(zhí)行的定義明確的功能和一個與鄰近層次定義明確的接口。1.2.2.2.1 中斷處理程序在中斷發(fā)生時，操作系統(tǒng)會做一系列的工作。1.2.2.2.2 設備驅(qū)動程序為了訪問設備硬件，設備驅(qū)動程序通常是操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分。設備驅(qū)動程序通常位于操作系統(tǒng)其余部分的下面。設備驅(qū)動程序最明顯的功能是接收來自其上方與設備無關的軟件所發(fā)出的抽象的讀寫請求，并且目睹這些請求的執(zhí)行。1.2.2.2.3 與設備無關的I/O軟

9、件與設備無關的軟件的基本功能是執(zhí)行對所有公共設備的I/O功能，并且向用戶層軟件提供一個統(tǒng)一的接口。這些軟件主要涉及到下面幾個問題：1. 設備命名；2. 保護；3. 向高層軟件提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)塊大小；4. 緩沖；5. 塊設備的存儲分配；6. 分配和釋放獨占設備；7. 錯誤報告。1.2.2.2.4 用戶空間的I/O軟件1. 盡管大部分I/O軟件都在操作系統(tǒng)內(nèi)部，但是仍有一部分在用戶空間。但是并非所有的用戶層I/O軟件都由庫過程組成。2. 另一個重要類別是假脫機系統(tǒng)spooling1.2.3 I/O設備1.2.3.1 盤1.2.3.1.1 盤分類1. 磁盤2. RAID3. CD-ROM4. 可刻錄C

10、D5. 可重寫CD6. DVD1.2.3.1.2 磁盤格式化1. 低級格式化2. 高級格式化1.2.3.1.3 磁盤調(diào)度算法1. 先來先服務（FCFS）2. 最短尋道優(yōu)先（SSF）3. 電梯算法（elevator algorithm）1.2.3.1.4 錯誤處理1. 制造時的瑕疵會引入壞扇區(qū)，對該錯誤在控制器或操作系統(tǒng)中可以進行處理2. 磁盤臂中的機械故障可能引起尋道錯誤，大多數(shù)硬盤控制器可以糾正該錯誤1.2.3.1.5 穩(wěn)定存儲器為了防止磁盤有時出現(xiàn)的錯誤，用到了穩(wěn)定存儲器模型。穩(wěn)定存儲器使用一對完全相同的磁盤，并且定義了下述三種操作：1. 穩(wěn)定寫2. 穩(wěn)定讀3. 崩潰恢復1.2.3.2 時鐘1.2.3.2.1 時鐘硬件可編程時鐘的幾種操作模式：1. 一次完成模式（one-shot mode）2. 方波模式（square-wave mode）1.2.3.2.2 時鐘軟件時鐘驅(qū)動程序的大致任務：1. 維護日時間2. 防止進程超時運行3. 對CPU的使用情況記賬4. 處理用戶進程提出的alarm系統(tǒng)調(diào)用5. 為系統(tǒng)本身的各個部分提供監(jiān)視定時器6. 完成概要剖析、監(jiān)視和統(tǒng)計信息收集1.2.3.2.3 軟定時器軟定時器（soft timer）避免了中斷。無論何時當內(nèi)核因某種其它原因在運行時，就在它返回到用戶態(tài)前，它都要檢查實際時間時鐘以了解軟定時器是