模塊名稱設(shè)備管理

1、1 模塊名稱：設(shè)備管理1.1 術(shù)語1. 塊設(shè)備（block device）：塊設(shè)備把信息存儲在固定的塊中，比如：磁盤。2. 字符設(shè)備（character device）：以字符為單位發(fā)送或接收一個(gè)字符流，不考慮任何塊結(jié)構(gòu)，比如：打印機(jī)、鼠標(biāo)等。3. 設(shè)備控制器（device controller）：該電子部件又稱為適配器（adapter）。4. 前導(dǎo)碼（preamble）5. 錯(cuò)誤校正碼（Error-Correcting Code ,ECC）6. 內(nèi)存映射I/O（memory-mapped I/O）：每個(gè)控制寄存器被分配唯一的一個(gè)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(dú)立于CPU而訪問系統(tǒng)總線，它包含一個(gè)內(nèi)存地址寄存器、一個(gè)字節(jié)計(jì)數(shù)器和一個(gè)或多個(gè)控制寄存器。8. 周期竊取（cycle 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(shè)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(shè)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(jī)器留在一個(gè)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(shè)備獨(dú)立性（device independence）：它的意思是指能編寫出可以訪問任意I/O設(shè)備的程序，而事先無須指定設(shè)備。14. 統(tǒng)一命名（uniform naming）。15. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（device driver）。16. 雙緩沖（double buffering）。17. 假脫機(jī)（Spooling）：多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中處理獨(dú)占I/O設(shè)備的一種方法。18. 集成驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備（Integrated Drive Electronics，IDE）。19. 邏輯塊尋址（logica block addressing，LBA）。20. 獨(dú)立磁盤冗余陣列（Red

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

5、有任何尋道操作。2. 打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口、鼠標(biāo)都是字符設(shè)備。1.2.1.2 設(shè)備控制器1. 設(shè)備控制器的定義；2. 區(qū)別設(shè)備控制器與設(shè)備本身的意義；3. 控制器的任務(wù)：將串行的比特流轉(zhuǎn)換成字節(jié)塊并在需要的時(shí)候進(jìn)行糾錯(cuò)。4. 控制器的工作方式。1.2.1.3 內(nèi)存映射I/O1. 每個(gè)控制器有若干個(gè)寄存器用來與CPU通信，許多設(shè)備還有一個(gè)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(jìn)行通信。1) 為每個(gè)寄存器分配一個(gè)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(diǎn)：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(jī)制來

6、阻止用戶進(jìn)程執(zhí)行I/O操作；3) 如果只存在一個(gè)地址空間，那么所有的內(nèi)存模塊和I/O設(shè)備都必須檢查所有的內(nèi)存引用，以便了解由誰作出響應(yīng)。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(shí)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(yīng)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(shí)現(xiàn)機(jī)制中斷到來時(shí)，在開始服務(wù)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(dāng)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(gè)特征：1. PC（程序計(jì)數(shù)器）保存在一個(gè)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(biāo)1. 設(shè)備獨(dú)立性2. 錯(cuò)誤處理3. 同步（synchronous）（即阻塞）和異步（asynchronous）（即中斷驅(qū)動(dòng)）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(dòng)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(gè)層次。每一層具有一個(gè)要執(zhí)行的定義明確的功能和一個(gè)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(shí)，操作系統(tǒng)會做一系列的工作。1.2.2.2.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榱嗽L問設(shè)備硬件，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常是操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常位于操作系統(tǒng)其余部分的下面。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序最明顯的功能是接收來自其上方與設(shè)備無關(guān)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(shè)備無關(guān)的I/O軟

9、件與設(shè)備無關(guān)的軟件的基本功能是執(zhí)行對所有公共設(shè)備的I/O功能，并且向用戶層軟件提供一個(gè)統(tǒng)一的接口。這些軟件主要涉及到下面幾個(gè)問題：1. 設(shè)備命名；2. 保護(hù)；3. 向高層軟件提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)塊大??；4. 緩沖；5. 塊設(shè)備的存儲分配；6. 分配和釋放獨(dú)占設(shè)備；7. 錯(cuò)誤報(bào)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(gè)重要類別是假脫機(jī)系統(tǒng)spooling1.2.3 I/O設(shè)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(wù)（FCFS）2. 最短尋道優(yōu)先（SSF）3. 電梯算法（elevator algorithm）1.2.3.1.4 錯(cuò)誤處理1. 制造時(shí)的瑕疵會引入壞扇區(qū)，對該錯(cuò)誤在控制器或操作系統(tǒng)中可以進(jìn)行處理2. 磁盤臂中的機(jī)械故障可能引起尋道錯(cuò)誤，大多數(shù)硬盤控制器可以糾正該錯(cuò)誤1.2.3.1.5 穩(wěn)定存儲器為了防止磁盤有時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)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(fù)1.2.3.2 時(shí)鐘1.2.3.2.1 時(shí)鐘硬件可編程時(shí)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(shí)鐘軟件時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)程序的大致任務(wù)：1. 維護(hù)日時(shí)間2. 防止進(jìn)程超時(shí)運(yùn)行3. 對CPU的使用情況記賬4. 處理用戶進(jìn)程提出的alarm系統(tǒng)調(diào)用5. 為系統(tǒng)本身的各個(gè)部分提供監(jiān)視定時(shí)器6. 完成概要剖析、監(jiān)視和統(tǒng)計(jì)信息收集1.2.3.2.3 軟定時(shí)器軟定時(shí)器（soft timer）避免了中斷。無論何時(shí)當(dāng)內(nèi)核因某種其它原因在運(yùn)行時(shí)，就在它返回到用戶態(tài)前，它都要檢查實(shí)際時(shí)間時(shí)鐘以了解軟定時(shí)器是