linux设备管理汇总

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外设与主机的I/O控制方式
►通道方式
n 通道是一个独立于CPU的专管输入输出控制的处 理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。 n 通道有自己的通道指令，由通道指令构成通道程 序。由CPU启动通道工作，通道通过执行通道程 序控制数据传输，并在操作结束时向CPU发中断 信号，由CPU进行传输结束中断处理通道。
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外设与主机的I/O控制方式
►循环I/O测试方式
n 用户程序直接控制I/O操作，测试指令测试一台 设备的忙/闲标志，决定主存与外设之间是否要传 输，直到该标志为“闲”时，才能继续执行下面 的I/O操作指令
►程序中断I/O方式
n 用户进程通过CPU发出指令启动外设，仅当I/O 操作正常或异常结束时，I/O控制器向CPU发出 中断信号，CPU进行中断处理。
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外设与主机的I/O控制方式
►直接内存存取方式（DMA）
n 外设和内存之间直接进行数据交换，不需要CPU干预，多 用于块设备的数据传输 n 过程如下： u 当进程要求设备输入数据时，CPU把准备存放输入数据 的内存地址和字节数送入DMA控制器。然后设置标志位 ，启动设备，开始数据输入 u 发出数据输入要求的进程进入阻塞，调度其他进程进 入CPU u 输入设备挪用CPU工作周期，将数据从外部缓冲区送入 内存 u DMA控制器在传输完成时，发出中断信号，CPU进入中 断处理程序 u 中断处理完毕后，CPU返回被中断的进程
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IO设备的物理特性
►I/O设备物理特征
输入输出设备的物理特征 输入输出设备都是以字符为I/O传输的基本单位
每传送一个字符就发生一次I/O中断
存储型设备的物理特征 I/O传输必须以完整的块为基本单位
设备wenku.baidu.com传送完一块发生一次中断
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设备管理
►设备管理的任务和功能
n 任务：
u 对I/O设备的选择、分配和控制
u 为用户提供友好的界面（接口） u 提高设备之间、设备与CPU之间的并发度。
n 功能：
u 提供友好（或者统一）的接口
u 实施设备的分配和回收
u 实现设备之间、设备与CPU之间的并行操作 u 解决设备与CPU之间的速度匹配（缓冲技术）
教学内容
►设备管理
n I/O设备的硬件结构 n 外设与主机的I/O控制方式
n 通道技术 n 设备的分配与释放 n 设备驱动 n 缓冲技术 n 虚拟设备
n I/O系统的软件组织
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教学要求
►了解设备的分类及通道、缓冲技术 ►理解设备的分配与释放及虚拟设备 ►掌握外设与主机信息交换的IO控制方式
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设备的分类
按数据传输的数量分类 ►块设备（Block Device）：指以数据块为单位来组织 和传送数据信息的设备。典型的块设备是磁盘，每个 盘块的大小为256B～4KB。 ►字符设备（Character Device）：指以单个字符为单 位来传送数据信息的设备。这类设备一般用于数据的 输入和输出，有交互式终端、打印机等。
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CPU与IO设备的连接
SCSI总线 监控器 处理机 缓存 图形控制器 存储控制器 内存
磁 盘 磁 盘
SCSI控制器
PCI总线 IDE磁盘控制器
磁 盘 磁 盘
扩展总线内部接口 扩展总线 串口
键盘
并口
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图5.1 典型的PC总线结构
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操作系统整体结构
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设备管理
►设备管理概述
n 设备管理是计算机中实现对外部设备进行管理、 数据传输控制的模块（除CPU和内存） n 是系统资源管理中最复杂、最多样化的部分 n 设备管理实现并行操作，以实现其高利用率 u 与CPU并行 u 与其他设备并行 n 设备管理基于硬件提供的通道、设备物理性能， 实现多任务、多进程共享外部设备 n 大部分外部设备属于临界资源，具备互斥特性
输入ls –l /dev查看设备列表，以c或b开头的是什么设备？
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设备的分类
按资源分配的角度分类
► 独占设备：指在一段时间内只允许一个用户（进程）访问的 设备，大多数低速的I/O设备，如用户终端、打印机等属于这 类设备。因为独占设备属于临界资源，所以多个并发进程必 须互斥地进行访问。 ► 共享设备：指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。 显然，共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备。典型 的共享设备是磁盘。共享设备不仅可以获得良好的设备利用 率，而且是实现文件系统和数据库系统的物质基础。 ► 虚拟设备：指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供 多个用户（进程）共享的逻辑设备。一般可以利用假脱机技 术（SPOOLing技术）实现虚拟设备。
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控制器
►屏蔽访问设备的具体的时序； ►CPU操作控制器，提供命令和数据给控制器 ，由控制器操纵IO设备 ►现有的大多数控制器由以下三部分组成：
n 控制器与CPU接口：用于实现控制器与CPU之间 的通信，该接口有三类信号线分别为数据线、地 址线、控制线 n 设备控制器与设备接口：一个控制器可以连接一 台或多台设备，相应有一个或多个接口，每个接 口连接一台设备 n I/O逻辑：用于对I/O进行控制
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磁盘的物理特性
扇区
硬 盘
柱面
磁臂
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►时钟
n 时钟也是一种外部设备，时钟既不是字符设备，也不是块 设备 n 可编程时钟有如下操作模式： u 单触发模式 u 方波模式
►终端
n 存储映像终端：包括显示器和输入键盘，该类终端直接和 主机相连 n RS-232终端：通过一次传输一位的串行口与计算机通信 n X终端：连接在以太网中和主机进行通信