OS2013_UNIT9設(shè)備管理

1、Unit 9操作系統(tǒng)原理操作系統(tǒng)原理馮耀霖馮耀霖設(shè)備，也稱外部設(shè)備或設(shè)備，也稱外部設(shè)備或I/O設(shè)備，是指那些由于原理、設(shè)備，是指那些由于原理、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式等原因不能與系統(tǒng)總線直接連接的裝置。結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式等原因不能與系統(tǒng)總線直接連接的裝置。它們也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，是計(jì)算機(jī)它們也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，是計(jì)算機(jī)主機(jī)（主機(jī)（CPU+內(nèi)存）與外部環(huán)境進(jìn)行交互和溝通的通道。內(nèi)存）與外部環(huán)境進(jìn)行交互和溝通的通道。顯然，顯然，I/O設(shè)備的存在才使得計(jì)算機(jī)的存在有了意義，設(shè)備的存在才使得計(jì)算機(jī)的存在有了意義，就像一個(gè)人，如果沒(méi)有與人交際和溝通的能力，則這個(gè)人就像一個(gè)人，如果沒(méi)

2、有與人交際和溝通的能力，則這個(gè)人通常被認(rèn)為是癡呆或白癡，即使他實(shí)際上是一個(gè)天才。同通常被認(rèn)為是癡呆或白癡，即使他實(shí)際上是一個(gè)天才。同樣，一臺(tái)沒(méi)有樣，一臺(tái)沒(méi)有I/O設(shè)備的計(jì)算機(jī)，不管其計(jì)算功能多么強(qiáng)設(shè)備的計(jì)算機(jī)，不管其計(jì)算功能多么強(qiáng)大，也是廢鐵一堆。所以，設(shè)備管理也是操作系統(tǒng)的重要大，也是廢鐵一堆。所以，設(shè)備管理也是操作系統(tǒng)的重要組成部分，是操作系統(tǒng)的基本功能之一，而且由于組成部分，是操作系統(tǒng)的基本功能之一，而且由于I/O設(shè)設(shè)備的種類繁多，各自的特性和使用方式有很大差異，因此，備的種類繁多，各自的特性和使用方式有很大差異，因此，設(shè)備管理軟件可以說(shuō)是操作系統(tǒng)中最繁雜的部分。設(shè)備管理軟件可以說(shuō)是操作

3、系統(tǒng)中最繁雜的部分。 內(nèi)容內(nèi)容設(shè)備設(shè)備設(shè)備管理概述設(shè)備管理概述設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)立于設(shè)備的獨(dú)立于設(shè)備的I/O軟件軟件用戶級(jí)用戶級(jí)I/O軟件軟件1 設(shè)備分類設(shè)備分類設(shè)備的差異性設(shè)備的差異性設(shè)備控制器設(shè)備控制器I/O控制方式控制方式1.1 可以說(shuō)，外部設(shè)備（簡(jiǎn)稱外設(shè)或設(shè)備）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以說(shuō)，外部設(shè)備（簡(jiǎn)稱外設(shè)或設(shè)備）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最多樣、差異最大的組成部分，不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所配中最多樣、差異最大的組成部分，不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所配置的外設(shè)也不同。對(duì)外設(shè)的分類方法有許多種，主要有以置的外設(shè)也不同。對(duì)外設(shè)的分類方法有許多種，主要有以下三種：下三種：基本分類法基本分類法功能分類法功能分類法管理分類

4、法管理分類法1. 基本分類法基本分類法它把外設(shè)大致分為三類：它把外設(shè)大致分為三類：(1) 外存外存：磁盤、光盤、：磁盤、光盤、U盤。盤。(2) 人機(jī)通信設(shè)備人機(jī)通信設(shè)備：輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)、話筒、光筆、掃描儀、數(shù)輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)、話筒、光筆、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等；碼相機(jī)等；輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、揚(yáng)聲器等。輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、揚(yáng)聲器等。(3) 機(jī)機(jī)通信設(shè)備機(jī)機(jī)通信設(shè)備：輸入設(shè)備有：傳感器、儀器儀表等；輸入設(shè)備有：傳感器、儀器儀表等；輸出設(shè)備有：執(zhí)行器、儀器儀表等；輸出設(shè)備有：執(zhí)行器、儀器儀表等；輸入輸出設(shè)備有：網(wǎng)卡、輸入輸出設(shè)備有：網(wǎng)卡、Modem等。等。2

5、. 功能分類法功能分類法如果從外設(shè)的功能上來(lái)分，只有兩種：存儲(chǔ)設(shè)備和通如果從外設(shè)的功能上來(lái)分，只有兩種：存儲(chǔ)設(shè)備和通信設(shè)備。信設(shè)備。(1)存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備即外存，外存的共同特點(diǎn)是都對(duì)存儲(chǔ)即外存，外存的共同特點(diǎn)是都對(duì)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行分塊管理，也就是說(shuō)，這些設(shè)備在邏輯上可以看成區(qū)進(jìn)行分塊管理，也就是說(shuō)，這些設(shè)備在邏輯上可以看成是有若干存儲(chǔ)塊組成的存儲(chǔ)空間，所以傳統(tǒng)上也被稱作是有若干存儲(chǔ)塊組成的存儲(chǔ)空間，所以傳統(tǒng)上也被稱作塊塊設(shè)備設(shè)備。另外，為了進(jìn)行大塊數(shù)據(jù)的傳輸，通常需要在內(nèi)存。另外，為了進(jìn)行大塊數(shù)據(jù)的傳輸，通常需要在內(nèi)存為它們創(chuàng)建比較大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。為它們創(chuàng)建比較大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。(2)通信設(shè)備通信設(shè)備

6、除了外存之外的那些外設(shè)通常都是通除了外存之外的那些外設(shè)通常都是通信設(shè)備，它們是計(jì)算機(jī)與外部環(huán)境進(jìn)行交互的主要手段。信設(shè)備，它們是計(jì)算機(jī)與外部環(huán)境進(jìn)行交互的主要手段。這些設(shè)備的數(shù)據(jù)量往往不是很大，也不是很集中，因此這這些設(shè)備的數(shù)據(jù)量往往不是很大，也不是很集中，因此這類設(shè)備在內(nèi)存中不需要較大的緩沖區(qū)，或者就根本沒(méi)有緩類設(shè)備在內(nèi)存中不需要較大的緩沖區(qū)，或者就根本沒(méi)有緩沖區(qū)，例如鍵盤、鼠標(biāo)等。這些設(shè)備傳統(tǒng)上也被稱作沖區(qū)，例如鍵盤、鼠標(biāo)等。這些設(shè)備傳統(tǒng)上也被稱作字符字符設(shè)備設(shè)備。 3. 管理分類法管理分類法按設(shè)備的管理性質(zhì)可把外設(shè)分為兩類：按設(shè)備的管理性質(zhì)可把外設(shè)分為兩類：(1)系統(tǒng)設(shè)備是指操作系統(tǒng)生成

7、時(shí)就納入系統(tǒng)管理系統(tǒng)設(shè)備是指操作系統(tǒng)生成時(shí)就納入系統(tǒng)管理范圍的各種范圍的各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（基本配置），操作系統(tǒng)提供有相應(yīng)（基本配置），操作系統(tǒng)提供有相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等。如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等。如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、磁盤驅(qū)動(dòng)器等。磁盤驅(qū)動(dòng)器等。(2)用戶設(shè)備是指系統(tǒng)設(shè)備之外的用戶設(shè)備是指系統(tǒng)設(shè)備之外的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，在，在安裝操作系統(tǒng)時(shí)沒(méi)有配置，而由用戶根據(jù)需要自己安裝配安裝操作系統(tǒng)時(shí)沒(méi)有配置，而由用戶根據(jù)需要自己安裝配置。如掃描儀、繪圖儀等。置。如掃描儀、繪圖儀等。 1.2 設(shè)備的差異性設(shè)備的差異性外部設(shè)備由于種類不同，制造商不同，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，

8、外部設(shè)備由于種類不同，制造商不同，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，其特性可以有巨大的不同。而這種不同越是明顯，對(duì)操作其特性可以有巨大的不同。而這種不同越是明顯，對(duì)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)就越大。因?yàn)槠帘芜@些巨大的不同，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)就越大。因?yàn)槠帘芜@些巨大的不同，使得不同的設(shè)備相互共存并不是一件容易的事情。得不同的設(shè)備相互共存并不是一件容易的事情。其中最為明顯的一種差異是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，它涵蓋其中最為明顯的一種差異是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，它涵蓋的范圍從每秒十個(gè)字節(jié)到幾兆個(gè)字節(jié)。表的范圍從每秒十個(gè)字節(jié)到幾兆個(gè)字節(jié)。表9-1給出的是較給出的是較為常見(jiàn)的一些設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率。為常見(jiàn)的一些設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率。輸入輸出設(shè)備輸入輸

9、出設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率鍵盤鍵盤10B鼠標(biāo)鼠標(biāo)100B56KModem7KB雙向雙向ISDN線路線路16KB激光打印機(jī)激光打印機(jī)100KB掃描儀掃描儀400KB以太網(wǎng)以太網(wǎng)1.25MBUSB1.5MBIDE磁盤磁盤5MB40X CD-ROM6MB表表9-1 外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸率外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸率輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)12.5MBISA總線總線16.7MBEIDE磁盤磁盤16.7MBXGA監(jiān)視器監(jiān)視器60MBSONET OC-1278MBSCSI Ultra磁盤磁盤80MB千兆級(jí)以太網(wǎng)千兆級(jí)以太網(wǎng)125MBUltrium磁帶磁帶320MBPCI總線總

10、線528MBSun千兆平面千兆平面XB backplane20GB1.3 設(shè)備控制器設(shè)備控制器從設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)上來(lái)看，外設(shè)可能是電器的或機(jī)械從設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)上來(lái)看，外設(shè)可能是電器的或機(jī)械的，甚至是機(jī)、電、光多種技術(shù)結(jié)合的。但不管其主體是的，甚至是機(jī)、電、光多種技術(shù)結(jié)合的。但不管其主體是哪種構(gòu)成，只要它要與電子計(jì)算機(jī)相連接，那它就必須有哪種構(gòu)成，只要它要與電子計(jì)算機(jī)相連接，那它就必須有電子器件部分。這也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)的外設(shè)必須由兩部分電子器件部分。這也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)的外設(shè)必須由兩部分組成：一是外設(shè)的執(zhí)行部分（電氣的、機(jī)械或機(jī)、電、光組成：一是外設(shè)的執(zhí)行部分（電氣的、機(jī)械或機(jī)、電、光多種技術(shù)結(jié)合的

11、），也稱設(shè)備主體；二是外設(shè)與系統(tǒng)的接多種技術(shù)結(jié)合的），也稱設(shè)備主體；二是外設(shè)與系統(tǒng)的接口部分，而且這部分一定是電子部分，因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)必口部分，而且這部分一定是電子部分，因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)必須通過(guò)這些接口來(lái)對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸。須通過(guò)這些接口來(lái)對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備控制器（也稱設(shè)備控制器（也稱適配器適配器）是外設(shè)與總線之間的一組）是外設(shè)與總線之間的一組電子器件。例如，串行口控制器就是一種簡(jiǎn)單的設(shè)備控制電子器件。例如，串行口控制器就是一種簡(jiǎn)單的設(shè)備控制器，它是計(jì)算機(jī)上用來(lái)控制串行信號(hào)的一塊芯片或一個(gè)芯器，它是計(jì)算機(jī)上用來(lái)控制串行信號(hào)的一塊芯片或一個(gè)芯片組。再如貼在磁盤側(cè)面的電子線路板也是

12、一種設(shè)備控制片組。再如貼在磁盤側(cè)面的電子線路板也是一種設(shè)備控制 器器磁盤控制器，磁盤控制器，CPU就是通過(guò)這個(gè)控制器來(lái)對(duì)磁盤進(jìn)就是通過(guò)這個(gè)控制器來(lái)對(duì)磁盤進(jìn)行各種操作的。行各種操作的。為使處理器可以像訪問(wèn)內(nèi)存那樣來(lái)訪問(wèn)外設(shè)，計(jì)算機(jī)為使處理器可以像訪問(wèn)內(nèi)存那樣來(lái)訪問(wèn)外設(shè)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須提供一些互不沖突、能按地址訪問(wèn)、并能以數(shù)字系統(tǒng)必須提供一些互不沖突、能按地址訪問(wèn)、并能以數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的設(shè)備寄存器。通常每個(gè)設(shè)備都有三類信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的設(shè)備寄存器。通常每個(gè)設(shè)備都有三類設(shè)備寄存器：狀態(tài)寄存器、控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器。這設(shè)備寄存器：狀態(tài)寄存器、控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器。這些寄存器都有自己的專有地址

13、，稱做些寄存器都有自己的專有地址，稱做端口端口（port）。這些）。這些寄存器的作用分別為：寄存器的作用分別為：狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器用來(lái)由控制器向處理器提供設(shè)備的當(dāng)前用來(lái)由控制器向處理器提供設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)。例如，設(shè)備的當(dāng)前操作是否執(zhí)行完畢，數(shù)據(jù)是工作狀態(tài)。例如，設(shè)備的當(dāng)前操作是否執(zhí)行完畢，數(shù)據(jù)是否可以被讀出或?qū)懭?，以及各種錯(cuò)誤提示等。這些信息通否可以被讀出或?qū)懭?，以及各種錯(cuò)誤提示等。這些信息通常都用字位（常都用字位（bit）來(lái)表示。）來(lái)表示。 控制寄存器控制寄存器主要用來(lái)由處理器向控制器傳送操作命主要用來(lái)由處理器向控制器傳送操作命令。還用來(lái)管理外設(shè)工作模式，即在設(shè)備初始化時(shí)或運(yùn)行令。還用來(lái)

14、管理外設(shè)工作模式，即在設(shè)備初始化時(shí)或運(yùn)行時(shí)，處理器可以通過(guò)向控制寄存器寫入命令來(lái)改變?cè)O(shè)備工時(shí)，處理器可以通過(guò)向控制寄存器寫入命令來(lái)改變?cè)O(shè)備工作模式或設(shè)備狀態(tài)。例如，在串口寄存器中專有一位信息作模式或設(shè)備狀態(tài)。例如，在串口寄存器中專有一位信息是用來(lái)選擇通信方式的（全工或半工），還有一位信息是是用來(lái)選擇通信方式的（全工或半工），還有一位信息是用來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)字長(zhǎng)的，以及其他用來(lái)設(shè)置通信波特率等的用來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)字長(zhǎng)的，以及其他用來(lái)設(shè)置通信波特率等的各個(gè)控制位。各個(gè)控制位。數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器（有些設(shè)備控制器又進(jìn)一步設(shè)置為輸入（有些設(shè)備控制器又進(jìn)一步設(shè)置為輸入數(shù)據(jù)寄存器和輸出數(shù)據(jù)寄存器）則是輸入輸出數(shù)據(jù)的暫

15、存數(shù)據(jù)寄存器和輸出數(shù)據(jù)寄存器）則是輸入輸出數(shù)據(jù)的暫存寄存器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與處理器之間的數(shù)據(jù)交換。寄存器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與處理器之間的數(shù)據(jù)交換。除了設(shè)備寄存器外，有些設(shè)備控制器還設(shè)有除了設(shè)備寄存器外，有些設(shè)備控制器還設(shè)有I/O數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)緩沖區(qū)，以提高與，以提高與CPU交互數(shù)據(jù)的效率。塊設(shè)備控制器都交互數(shù)據(jù)的效率。塊設(shè)備控制器都設(shè)有設(shè)有I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而有些字符設(shè)備控制器也設(shè)有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而有些字符設(shè)備控制器也設(shè)有I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，如視頻控制器。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，如視頻控制器。所有設(shè)備控制器的寄存器和所有設(shè)備控制器的寄存器和I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)構(gòu)成的地?cái)?shù)據(jù)緩沖區(qū)構(gòu)成的地址空間稱作址空間稱作I/O地址空間

16、地址空間（I/O空間），對(duì)于空間），對(duì)于I/O地址空地址空間的處理有三種方式：間的處理有三種方式： (1)獨(dú)立編址的獨(dú)立編址的I/O空間空間在這種方式下，在這種方式下，I/O空間與內(nèi)存是完全脫離的。每個(gè)空間與內(nèi)存是完全脫離的。每個(gè)設(shè)備寄存器被賦予一個(gè)設(shè)備寄存器被賦予一個(gè)I/O端口，這個(gè)端口就是一個(gè)端口，這個(gè)端口就是一個(gè)9位位或或16位的一個(gè)整數(shù)，它與內(nèi)存地址沒(méi)有任何關(guān)系。而正位的一個(gè)整數(shù)，它與內(nèi)存地址沒(méi)有任何關(guān)系。而正是由于端口與內(nèi)存地址沒(méi)有任何關(guān)系，或者說(shuō)端口不是內(nèi)是由于端口與內(nèi)存地址沒(méi)有任何關(guān)系，或者說(shuō)端口不是內(nèi)存地址，操作系統(tǒng)必須使用專門的輸入輸出特殊指令來(lái)進(jìn)存地址，操作系統(tǒng)必須使用專門

17、的輸入輸出特殊指令來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。例如，許多指令集使用行數(shù)據(jù)的讀寫。例如，許多指令集使用IN REG, PORT指令用來(lái)從設(shè)備讀數(shù)據(jù)，而指令指令用來(lái)從設(shè)備讀數(shù)據(jù)，而指令OUT PORT, REG則用來(lái)則用來(lái)將數(shù)據(jù)寫入設(shè)備。將數(shù)據(jù)寫入設(shè)備。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是這種方式的優(yōu)點(diǎn)是I/O空間與內(nèi)存分離，輸入輸出操空間與內(nèi)存分離，輸入輸出操作不會(huì)影響或干擾內(nèi)存操作，尤其是輸入輸出軟件的可靠作不會(huì)影響或干擾內(nèi)存操作，尤其是輸入輸出軟件的可靠性通常不如內(nèi)存管理軟件，這種分離就顯得更有價(jià)值。但性通常不如內(nèi)存管理軟件，這種分離就顯得更有價(jià)值。但俗話說(shuō)，成也蕭何，敗也蕭何。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)恰恰也是其缺點(diǎn)。俗話說(shuō)，成也蕭何，

18、敗也蕭何。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)恰恰也是其缺點(diǎn)。由于由于I/O空間與內(nèi)存分離，輸入輸出指令與內(nèi)存訪問(wèn)指令空間與內(nèi)存分離，輸入輸出指令與內(nèi)存訪問(wèn)指令自然也不相同，輸入輸出所使用的自然也不相同，輸入輸出所使用的IN/OUT等指令都是低等指令都是低級(jí)的匯編指令。由于高級(jí)編程語(yǔ)言不支持這種低級(jí)指令，級(jí)的匯編指令。由于高級(jí)編程語(yǔ)言不支持這種低級(jí)指令，從而形成高級(jí)語(yǔ)言屏蔽的一個(gè)漏洞。程序員如果想要進(jìn)行從而形成高級(jí)語(yǔ)言屏蔽的一個(gè)漏洞。程序員如果想要進(jìn)行I/O，則必須使用低級(jí)語(yǔ)言，這將增大程序設(shè)計(jì)的難度和，則必須使用低級(jí)語(yǔ)言，這將增大程序設(shè)計(jì)的難度和可靠性?？煽啃?。 (2)內(nèi)存映射內(nèi)存映射I/O空間空間顧名思義，就是將顧名

19、思義，就是將I/O空間映射到內(nèi)存里面，與內(nèi)存空間映射到內(nèi)存里面，與內(nèi)存統(tǒng)一編址。具體來(lái)說(shuō)，就是系統(tǒng)在內(nèi)存空間中劃出一部分統(tǒng)一編址。具體來(lái)說(shuō)，就是系統(tǒng)在內(nèi)存空間中劃出一部分來(lái)作為來(lái)作為I/O空間，即所有設(shè)備寄存器的端口和空間，即所有設(shè)備寄存器的端口和I/O數(shù)據(jù)緩數(shù)據(jù)緩沖區(qū)都是正規(guī)的內(nèi)存地址空間的一部分，沖區(qū)都是正規(guī)的內(nèi)存地址空間的一部分， CPU對(duì)這些空對(duì)這些空間的讀寫與對(duì)普通內(nèi)存的讀寫使用同樣的指令，但引起的間的讀寫與對(duì)普通內(nèi)存的讀寫使用同樣的指令，但引起的是與外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送。是與外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送。RISC（精簡(jiǎn)指令集）類（精簡(jiǎn)指令集）類CPU計(jì)算機(jī)都使用這種方式。計(jì)算機(jī)都使用這種方

20、式。這種方式雖然具有這種方式雖然具有I/O與內(nèi)存訪問(wèn)統(tǒng)一的優(yōu)點(diǎn)，但是與內(nèi)存訪問(wèn)統(tǒng)一的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一些問(wèn)題。例如總線競(jìng)爭(zhēng)，在單總線系統(tǒng)里，內(nèi)存也存在一些問(wèn)題。例如總線競(jìng)爭(zhēng)，在單總線系統(tǒng)里，內(nèi)存和外設(shè)都需要對(duì)總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，以確認(rèn)命令是否和外設(shè)都需要對(duì)總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，以確認(rèn)命令是否針對(duì)自己。這樣將產(chǎn)生總線競(jìng)爭(zhēng)而降低系統(tǒng)效率。針對(duì)自己。這樣將產(chǎn)生總線競(jìng)爭(zhēng)而降低系統(tǒng)效率。 (3)混合混合I/O空間空間這是上述兩種方式的組合：這是上述兩種方式的組合：I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為內(nèi)存映數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為內(nèi)存映射，而設(shè)備寄存器則獨(dú)立于內(nèi)存。例如采用射，而設(shè)備寄存器則獨(dú)立于內(nèi)存。例如采用Intel奔騰處奔騰處

21、理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將640K到到1M的主存地址留給的主存地址留給I/O數(shù)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而據(jù)緩沖區(qū)，而0到到64K的地址留給的地址留給I/O端口。端口。設(shè)備控制器與設(shè)備控制器與CPU通過(guò)總線來(lái)連接?？偩€是一種嚴(yán)格通過(guò)總線來(lái)連接。總線是一種嚴(yán)格定義的描述了線上傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議，凡是符合總線協(xié)議的定義的描述了線上傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議，凡是符合總線協(xié)議的各種設(shè)備都可以共同使用總線與各種設(shè)備都可以共同使用總線與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 CPU內(nèi)存內(nèi)存字符設(shè)備字符設(shè)備控制器控制器字符設(shè)備字符設(shè)備控制器控制器DMA控制器控制器總線總線圖圖9-1 單總線型單總線型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.

22、4 I/O控制方式控制方式I/O控制方式，即為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出，控制方式，即為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出，CPU與外與外設(shè)之間的交互方式。有三種基本的設(shè)之間的交互方式。有三種基本的I/O控制方式：控制方式：輪詢（輪詢（polling）方式）方式中斷驅(qū)動(dòng)方式中斷驅(qū)動(dòng)方式DMA方式方式采用何種采用何種I/O控制方式將直接影響設(shè)備管理的實(shí)施方控制方式將直接影響設(shè)備管理的實(shí)施方法及效率。法及效率。1. 輪詢方式輪詢方式 也稱程序控制方式。它要求在程序中的也稱程序控制方式。它要求在程序中的I/O指令后緊指令后緊接著安排循環(huán)查詢指令，即在接著安排循環(huán)查詢指令，即在CPU啟動(dòng)了設(shè)備控制器進(jìn)啟動(dòng)了設(shè)備控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)

23、的輸入輸出后便以循環(huán)查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)的方式來(lái)等待行數(shù)據(jù)的輸入輸出后便以循環(huán)查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)的方式來(lái)等待I/O的完成。的完成。這種方式的特點(diǎn)是：這種方式的特點(diǎn)是：CPU處于主動(dòng)地位，涉入處于主動(dòng)地位，涉入I/O過(guò)過(guò)程的程度很深，而外設(shè)則處于被動(dòng)地位，是一種同步工作程的程度很深，而外設(shè)則處于被動(dòng)地位，是一種同步工作方式。方式。2. 中斷驅(qū)動(dòng)方式中斷驅(qū)動(dòng)方式使用輪詢方式時(shí)，使用輪詢方式時(shí)，CPU需要讀取設(shè)備狀態(tài)寄存器以檢需要讀取設(shè)備狀態(tài)寄存器以檢測(cè)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，如果設(shè)備還未完成此次的測(cè)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，如果設(shè)備還未完成此次的I/O，則需，則需要要CPU不斷地查詢，由于不斷地查詢，由于CPU與外設(shè)的速度差距巨

24、大，與外設(shè)的速度差距巨大，因此在因此在I/O過(guò)程中，過(guò)程中，CPU絕大部分時(shí)間都處于繁忙等待狀絕大部分時(shí)間都處于繁忙等待狀態(tài)，態(tài)，CPU的效率十分低下。的效率十分低下。一種更為有效的方式是讓設(shè)備處于某種主動(dòng)地位，而一種更為有效的方式是讓設(shè)備處于某種主動(dòng)地位，而將將CPU從忙等待中解脫出來(lái)。在啟動(dòng)了某個(gè)外設(shè)后，立即從忙等待中解脫出來(lái)。在啟動(dòng)了某個(gè)外設(shè)后，立即阻塞現(xiàn)行進(jìn)程，阻塞現(xiàn)行進(jìn)程，CPU就可被調(diào)度轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他進(jìn)程而不是就可被調(diào)度轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他進(jìn)程而不是在原地踏步等待。當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)在原地踏步等待。當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)I/O任務(wù)完成后，由設(shè)備控任務(wù)完成后，由設(shè)備控制器向制器向CPU發(fā)出一個(gè)發(fā)出一個(gè)I/O中斷，

25、驅(qū)動(dòng)中斷，驅(qū)動(dòng)CPU中止現(xiàn)行進(jìn)程的中止現(xiàn)行進(jìn)程的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，并喚醒等待該執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，并喚醒等待該I/O的進(jìn)程。的進(jìn)程。顯然，這種顯然，這種I/O控制方式可以大大提高控制方式可以大大提高CPU的效率，的效率，因此是設(shè)備與因此是設(shè)備與CPU進(jìn)行交互的基本手段。進(jìn)行交互的基本手段。3. DMA方式方式雖然中斷驅(qū)動(dòng)方式避免了輪詢方式的忙等待現(xiàn)象，從雖然中斷驅(qū)動(dòng)方式避免了輪詢方式的忙等待現(xiàn)象，從而大大提高了而大大提高了CPU的效率，但這主要是對(duì)慢速的字符設(shè)的效率，但這主要是對(duì)慢速的字符設(shè)備而言的。而對(duì)于一次需要傳輸大量數(shù)據(jù)的高速塊設(shè)備來(lái)備而言的。而對(duì)于一次需要

26、傳輸大量數(shù)據(jù)的高速塊設(shè)備來(lái)說(shuō)，仍然不能令人滿意。因?yàn)樵O(shè)備的數(shù)據(jù)寄存器的容量是說(shuō)，仍然不能令人滿意。因?yàn)樵O(shè)備的數(shù)據(jù)寄存器的容量是有限的，故一個(gè)有限的，故一個(gè)I/O任務(wù)中待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要多次送往數(shù)任務(wù)中待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要多次送往數(shù)據(jù)寄存器，而每當(dāng)設(shè)備傳送完一次數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)時(shí)，據(jù)寄存器，而每當(dāng)設(shè)備傳送完一次數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)觸發(fā)一次就會(huì)觸發(fā)一次I/O中斷，因此在塊設(shè)備的一次中斷，因此在塊設(shè)備的一次I/O任務(wù)的任務(wù)的完成過(guò)程中，完成過(guò)程中，CPU需要響應(yīng)和處理許多次需要響應(yīng)和處理許多次I/O中斷，而每中斷，而每一次一次I/O中斷的響應(yīng)和處理都需要付出不小的額外中斷的響應(yīng)和處理都需要付出不小

27、的額外CPU開(kāi)開(kāi)銷，銷，CPU的效率并未獲得太多改善。的效率并未獲得太多改善。人們發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備與主機(jī)交換大量數(shù)據(jù)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備與主機(jī)交換大量數(shù)據(jù)時(shí)，CPU只是只是數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)中介，用功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)中介，用功能強(qiáng)大的CPU長(zhǎng)時(shí)間去充當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間去充當(dāng) 一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)的中介角色顯然得不償失。于是就設(shè)計(jì)出一一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)的中介角色顯然得不償失。于是就設(shè)計(jì)出一種專門負(fù)責(zé)執(zhí)行數(shù)據(jù)種專門負(fù)責(zé)執(zhí)行數(shù)據(jù)I/O事務(wù)的處理器事務(wù)的處理器I/O處理器處理器，它比它比CPU要簡(jiǎn)單得多，但也便宜很多，它只能執(zhí)行少量要簡(jiǎn)單得多，但也便宜很多，它只能執(zhí)行少量的指令，主要是數(shù)據(jù)的指令，主要是數(shù)據(jù)I/O指令。指令。I

28、/O處理器既可以構(gòu)建在處理器既可以構(gòu)建在設(shè)備控制器里面（這樣的控制器稱為設(shè)備控制器里面（這樣的控制器稱為DMA控制器控制器），也），也可以作為獨(dú)立的實(shí)體掛在計(jì)算機(jī)主板上。最簡(jiǎn)單的可以作為獨(dú)立的實(shí)體掛在計(jì)算機(jī)主板上。最簡(jiǎn)單的I/O處處理器在一個(gè)時(shí)間只能處理一個(gè)理器在一個(gè)時(shí)間只能處理一個(gè)I/O，即不能并發(fā)，而復(fù)雜，即不能并發(fā)，而復(fù)雜的的I/O處理器可以同時(shí)處理多個(gè)處理器可以同時(shí)處理多個(gè)I/O，即它能夠提供多個(gè)，即它能夠提供多個(gè)I/O通道，每個(gè)通道可以對(duì)應(yīng)一個(gè)通道，每個(gè)通道可以對(duì)應(yīng)一個(gè)I/O設(shè)備。有了設(shè)備。有了I/O處處理器，就可以將理器，就可以將CPU從繁雜的從繁雜的I/O事務(wù)中解脫出來(lái)。事務(wù)中解

29、脫出來(lái)。DMA（Direct Memory Access，直接內(nèi)存訪問(wèn)直接內(nèi)存訪問(wèn)）方式就是使用方式就是使用I/O處理器的處理器的I/O控制方式，主要是針對(duì)塊控制方式，主要是針對(duì)塊設(shè)備的。設(shè)備的。DMA方式的目的當(dāng)然是降低方式的目的當(dāng)然是降低CPU響應(yīng)中斷的頻率，使響應(yīng)中斷的頻率，使得一個(gè)傳輸大量數(shù)據(jù)的得一個(gè)傳輸大量數(shù)據(jù)的I/O任務(wù)中需要響應(yīng)許多次中斷變?nèi)蝿?wù)中需要響應(yīng)許多次中斷變?yōu)橹豁憫?yīng)一次中斷。為只響應(yīng)一次中斷。DMA方式在設(shè)備和內(nèi)存之間建立了直方式在設(shè)備和內(nèi)存之間建立了直接數(shù)據(jù)通路，即設(shè)備和內(nèi)存之間可直接讀寫數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)接數(shù)據(jù)通路，即設(shè)備和內(nèi)存之間可直接讀寫數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)

30、塊。一個(gè)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊。一個(gè)I/O任務(wù)中的所有數(shù)據(jù)是任務(wù)中的所有數(shù)據(jù)是在一個(gè)在一個(gè)DMA控制器的控制下完成傳輸?shù)?，且在整個(gè)傳輸過(guò)控制器的控制下完成傳輸?shù)?，且在整個(gè)傳輸過(guò)程中無(wú)需程中無(wú)需CPU的直接干預(yù)，直到該任務(wù)中的所有數(shù)據(jù)都傳的直接干預(yù)，直到該任務(wù)中的所有數(shù)據(jù)都傳輸完后，輸完后，DMA控制器才向控制器才向CPU發(fā)出一個(gè)發(fā)出一個(gè)I/O中斷。中斷。DMA控制器在普通設(shè)備控制器的基礎(chǔ)上又增設(shè)了兩個(gè)控制器在普通設(shè)備控制器的基礎(chǔ)上又增設(shè)了兩個(gè)寄存器：內(nèi)存地址寄存器和數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)寄存器。寄存器：內(nèi)存地址寄存器和數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)寄存器。DMA方式的方式的I/O過(guò)程如下：過(guò)程如下：CPU對(duì)對(duì)DMA控制器進(jìn)行設(shè)置

31、，告訴其存放控制器進(jìn)行設(shè)置，告訴其存放I/O數(shù)數(shù)據(jù)的主存區(qū)地址和傳輸長(zhǎng)度（分別送入內(nèi)存地址寄存器和據(jù)的主存區(qū)地址和傳輸長(zhǎng)度（分別送入內(nèi)存地址寄存器和數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)寄存器）；數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)寄存器）；啟動(dòng)啟動(dòng)DMA過(guò)程，將系統(tǒng)總線的使用權(quán)暫時(shí)移交給過(guò)程，將系統(tǒng)總線的使用權(quán)暫時(shí)移交給DMA控制器；控制器； DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即接管對(duì)系統(tǒng)總線的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即接管對(duì)系統(tǒng)總線的使用權(quán)（總線周期竊用），啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的使用權(quán)（總線周期竊用），啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的I/O，并，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)以及內(nèi)存區(qū)地址的增量；進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)以及內(nèi)存區(qū)地址的增量；當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完畢，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完畢，DMA控制

32、器向控制器向CPU發(fā)出一個(gè)發(fā)出一個(gè)I/O中斷，同時(shí)向中斷，同時(shí)向CPU移交總線使用權(quán)。移交總線使用權(quán)。CPU響應(yīng)中斷，處理善后事宜。響應(yīng)中斷，處理善后事宜。DMA方式的優(yōu)點(diǎn)是顯著減少了中斷次數(shù)和方式的優(yōu)點(diǎn)是顯著減少了中斷次數(shù)和CPU的的I/O操作次數(shù)，從而大大減輕了操作次數(shù)，從而大大減輕了CPU的的I/O負(fù)擔(dān)，加快了負(fù)擔(dān)，加快了I/O的速度，不僅有利于的速度，不僅有利于CPU效率的發(fā)揮，而且能滿足高效率的發(fā)揮，而且能滿足高速速I/O設(shè)備對(duì)成組數(shù)據(jù)的高速傳送要求。缺點(diǎn)自然是增加設(shè)備對(duì)成組數(shù)據(jù)的高速傳送要求。缺點(diǎn)自然是增加了成本和復(fù)雜性，而且由于了成本和復(fù)雜性，而且由于DMA控制器需要與控制器需要

33、與CPU競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)總線，其效率的提高不如理論上的期望。系統(tǒng)總線，其效率的提高不如理論上的期望。2 設(shè)備管理的目標(biāo)和功能設(shè)備管理的目標(biāo)和功能 設(shè)備控制塊設(shè)備控制塊I/O軟件的分層結(jié)構(gòu)軟件的分層結(jié)構(gòu)2.1 設(shè)備管理的目標(biāo)和功能設(shè)備管理的目標(biāo)和功能 1. 設(shè)備管理的目標(biāo)設(shè)備管理的目標(biāo)設(shè)備管理是操作系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)代操作系統(tǒng)設(shè)備管理是操作系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)備管理的基本目標(biāo)除了公平和有效之外，另一目標(biāo)是的設(shè)備管理的基本目標(biāo)除了公平和有效之外，另一目標(biāo)是把所有外設(shè)都抽象成文件，使得對(duì)物理特征各異的各種設(shè)把所有外設(shè)都抽象成文件，使得對(duì)物理特征各異的各種設(shè)備都可以以統(tǒng)一的文件方式進(jìn)行

34、操作。具體地說(shuō)，它必須備都可以以統(tǒng)一的文件方式進(jìn)行操作。具體地說(shuō)，它必須滿足下述設(shè)計(jì)要求：滿足下述設(shè)計(jì)要求：為用戶提供方便、統(tǒng)一的設(shè)備使用界面。將復(fù)雜的為用戶提供方便、統(tǒng)一的設(shè)備使用界面。將復(fù)雜的具體設(shè)備操作控制過(guò)程隱藏起來(lái)，通過(guò)統(tǒng)一的文件操作界具體設(shè)備操作控制過(guò)程隱藏起來(lái)，通過(guò)統(tǒng)一的文件操作界面進(jìn)行面進(jìn)行I/O操作，既方便了用戶對(duì)設(shè)備的使用和滿足用戶操作，既方便了用戶對(duì)設(shè)備的使用和滿足用戶使用外設(shè)的各種要求，又有利于將不同類型的設(shè)備配置在使用外設(shè)的各種要求，又有利于將不同類型的設(shè)備配置在系統(tǒng)中。系統(tǒng)中。 提高外設(shè)的利用率，盡量提高并行程度。一方面，提高外設(shè)的利用率，盡量提高并行程度。一方面，

35、用戶使用外設(shè)常有很大的隨機(jī)性，設(shè)備管理應(yīng)能根據(jù)當(dāng)時(shí)用戶使用外設(shè)常有很大的隨機(jī)性，設(shè)備管理應(yīng)能根據(jù)當(dāng)時(shí)設(shè)備的忙閑狀況進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)資源共享。另一方面，充設(shè)備的忙閑狀況進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)資源共享。另一方面，充分發(fā)揮設(shè)備和主機(jī)的效率，有效地解決分發(fā)揮設(shè)備和主機(jī)的效率，有效地解決CPU與外設(shè)之間與外設(shè)之間傳輸速率不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。另外，將獨(dú)享設(shè)備盡量虛擬成共傳輸速率不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。另外，將獨(dú)享設(shè)備盡量虛擬成共享設(shè)備，以增大資源利用率和降低死鎖發(fā)生的概率。例如，享設(shè)備，以增大資源利用率和降低死鎖發(fā)生的概率。例如，將一臺(tái)打印機(jī)虛擬成多臺(tái)可共享的邏輯打印機(jī)。將一臺(tái)打印機(jī)虛擬成多臺(tái)可共享的邏輯打印機(jī)。用戶程序獨(dú)立于設(shè)備

36、，即實(shí)現(xiàn)程序與設(shè)備的無(wú)關(guān)性。用戶程序獨(dú)立于設(shè)備，即實(shí)現(xiàn)程序與設(shè)備的無(wú)關(guān)性。程序中可使用邏輯設(shè)備名或設(shè)備文件名來(lái)使用設(shè)備，它們程序中可使用邏輯設(shè)備名或設(shè)備文件名來(lái)使用設(shè)備，它們與實(shí)際使用的物理設(shè)備無(wú)關(guān)。當(dāng)物理設(shè)備發(fā)生故障或有更與實(shí)際使用的物理設(shè)備無(wú)關(guān)。當(dāng)物理設(shè)備發(fā)生故障或有更換時(shí)，用戶程序不必修改，就可使用系統(tǒng)分配的其他相關(guān)換時(shí)，用戶程序不必修改，就可使用系統(tǒng)分配的其他相關(guān)設(shè)備。設(shè)備。2. 設(shè)備管理的功能設(shè)備管理的功能為了達(dá)到設(shè)備管理的目標(biāo)，設(shè)備管理系統(tǒng)通常需要實(shí)為了達(dá)到設(shè)備管理的目標(biāo)，設(shè)備管理系統(tǒng)通常需要實(shí)現(xiàn)如下基本功能：現(xiàn)如下基本功能：設(shè)備驅(qū)動(dòng)和錯(cuò)誤處理。主要是按照設(shè)備驅(qū)動(dòng)和錯(cuò)誤處理。主要是

37、按照I/O控制方式，控制方式，對(duì)不同的設(shè)備完成相應(yīng)的對(duì)不同的設(shè)備完成相應(yīng)的I/O中斷、設(shè)備控制器操作、讀中斷、設(shè)備控制器操作、讀寫操作等物理寫操作等物理I/O過(guò)程。針對(duì)不同的設(shè)備請(qǐng)求，通過(guò)設(shè)備過(guò)程。針對(duì)不同的設(shè)備請(qǐng)求，通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成對(duì)設(shè)備的直接控制。錯(cuò)誤處理指的是對(duì)輸入驅(qū)動(dòng)程序完成對(duì)設(shè)備的直接控制。錯(cuò)誤處理指的是對(duì)輸入輸出過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤進(jìn)行偵測(cè)與糾正，而且糾錯(cuò)應(yīng)該在輸出過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤進(jìn)行偵測(cè)與糾正，而且糾錯(cuò)應(yīng)該在最靠近硬件的層面上進(jìn)行。最靠近硬件的層面上進(jìn)行。系統(tǒng)與設(shè)備間的協(xié)調(diào)。主要是速度上的協(xié)調(diào)，要解系統(tǒng)與設(shè)備間的協(xié)調(diào)。主要是速度上的協(xié)調(diào)，要解決快速的決快速的CPU與慢速的與慢速的

38、I/O設(shè)備之間的操作不匹配的問(wèn)題，設(shè)備之間的操作不匹配的問(wèn)題，通常采用通常采用I/O緩沖區(qū)的方式來(lái)解決這個(gè)矛盾。設(shè)備管緩沖區(qū)的方式來(lái)解決這個(gè)矛盾。設(shè)備管理要實(shí)現(xiàn)理要實(shí)現(xiàn)I/O緩沖區(qū)的建立、分配及回收。緩沖區(qū)的建立、分配及回收。設(shè)備調(diào)度與分配。即對(duì)等待共享設(shè)備設(shè)備調(diào)度與分配。即對(duì)等待共享設(shè)備I/O操作的進(jìn)操作的進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度，而對(duì)多個(gè)進(jìn)程爭(zhēng)用獨(dú)占設(shè)備進(jìn)行分配。程進(jìn)行調(diào)度，而對(duì)多個(gè)進(jìn)程爭(zhēng)用獨(dú)占設(shè)備進(jìn)行分配。 2.2 設(shè)備控制塊與設(shè)備文件設(shè)備控制塊與設(shè)備文件就如用進(jìn)程控制塊（就如用進(jìn)程控制塊（PCB）來(lái)表示一個(gè)進(jìn)程，用文件）來(lái)表示一個(gè)進(jìn)程，用文件控制塊（控制塊（FCB）來(lái)表示一個(gè)文件一樣，操作系統(tǒng)用設(shè)

39、備控）來(lái)表示一個(gè)文件一樣，操作系統(tǒng)用設(shè)備控制塊（制塊（DCB）來(lái)抽象表示一個(gè)外部設(shè)備。操作系統(tǒng)在內(nèi)核）來(lái)抽象表示一個(gè)外部設(shè)備。操作系統(tǒng)在內(nèi)核空間中為每個(gè)設(shè)備建立一個(gè)設(shè)備控制塊，用于描述本設(shè)備空間中為每個(gè)設(shè)備建立一個(gè)設(shè)備控制塊，用于描述本設(shè)備的各種抽象屬性及控制信息。的各種抽象屬性及控制信息。DCB包含的內(nèi)容如：包含的內(nèi)容如：設(shè)備名（即設(shè)備文件名）設(shè)備名（即設(shè)備文件名）設(shè)備設(shè)備ID設(shè)備工作狀態(tài)設(shè)備工作狀態(tài)控制器端口控制器端口I/O緩沖區(qū)端口緩沖區(qū)端口I/O請(qǐng)求隊(duì)列指針請(qǐng)求隊(duì)列指針設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序指針設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序指針設(shè)備中斷處理程序指針設(shè)備中斷處理程序指針設(shè)備設(shè)備ID由主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)構(gòu)成。主設(shè)備號(hào)

40、用于標(biāo)由主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)構(gòu)成。主設(shè)備號(hào)用于標(biāo)識(shí)設(shè)備類型，如識(shí)設(shè)備類型，如IDE硬盤、硬盤、SCSI硬盤、顯示器、打印機(jī)等，硬盤、顯示器、打印機(jī)等，同一類設(shè)備使用的是同一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。次設(shè)備號(hào)用于同一類設(shè)備使用的是同一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。次設(shè)備號(hào)用于標(biāo)識(shí)同類設(shè)備中的某個(gè)具體設(shè)備及其控制器，即同類設(shè)備標(biāo)識(shí)同類設(shè)備中的某個(gè)具體設(shè)備及其控制器，即同類設(shè)備的序號(hào)。的序號(hào)。這里的這里的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序指針設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序指針實(shí)際上是一個(gè)指針組，其中實(shí)際上是一個(gè)指針組，其中的每個(gè)指針指向一個(gè)設(shè)備操作函數(shù)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序容易被的每個(gè)指針指向一個(gè)設(shè)備操作函數(shù)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序容易被人誤認(rèn)為是一個(gè)完整的、能夠獨(dú)立運(yùn)行的程序，其

41、實(shí)不然，人誤認(rèn)為是一個(gè)完整的、能夠獨(dú)立運(yùn)行的程序，其實(shí)不然，它只是一組進(jìn)程可調(diào)用的、能對(duì)設(shè)備實(shí)施它只是一組進(jìn)程可調(diào)用的、能對(duì)設(shè)備實(shí)施I/O操作及控制操作及控制操作的內(nèi)核功能函數(shù)，如操作的內(nèi)核功能函數(shù)，如open( ); /打開(kāi)打開(kāi)close( ); /關(guān)閉關(guān)閉read( ); /讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)write( ); /寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)llseek( ); /移動(dòng)讀寫指針移動(dòng)讀寫指針readdir( );/讀目錄讀目錄ioclt( ); /輸入輸出控制輸入輸出控制release( ); /釋放緩存釋放緩存當(dāng)然，對(duì)于塊設(shè)備和字符設(shè)備以及不同的塊設(shè)備和不當(dāng)然，對(duì)于塊設(shè)備和字符設(shè)備以及不同的塊設(shè)備和不同的字符設(shè)

42、備，各自所含的功能函數(shù)的個(gè)數(shù)有所不同，同同的字符設(shè)備，各自所含的功能函數(shù)的個(gè)數(shù)有所不同，同名函數(shù)具體執(zhí)行的算法也是不同的，從而構(gòu)成了不同設(shè)備名函數(shù)具體執(zhí)行的算法也是不同的，從而構(gòu)成了不同設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就是操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的物理抽的驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就是操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的物理抽象（最底層抽象）。象（最底層抽象）。至于如何管理至于如何管理DCB則可以有不同的方法。自則可以有不同的方法。自UNIX后，后，現(xiàn)代操作系統(tǒng)普遍將現(xiàn)代操作系統(tǒng)普遍將DCB抽象成抽象成特殊文件特殊文件（即（即設(shè)備文件設(shè)備文件）。）。與數(shù)據(jù)文件一樣，系統(tǒng)為每個(gè)設(shè)備文件建立一個(gè)與數(shù)據(jù)文件一樣，系統(tǒng)為每個(gè)設(shè)備文件建立一

43、個(gè) FCB，但，但設(shè)備文件的特殊之處在于，它并沒(méi)有數(shù)據(jù)文件意義上的文設(shè)備文件的特殊之處在于，它并沒(méi)有數(shù)據(jù)文件意義上的文件體，即它并不在磁盤空間中占有一席之地，換言之，操件體，即它并不在磁盤空間中占有一席之地，換言之，操作系統(tǒng)并不給設(shè)備文件分配磁盤空間單元。那么，作系統(tǒng)并不給設(shè)備文件分配磁盤空間單元。那么，設(shè)備文設(shè)備文件的文件體是什么呢？就是件的文件體是什么呢？就是DCB！例如，例如，Linux是按如下方式處理的。是按如下方式處理的。Linux支持三種類型的硬件設(shè)備：字符設(shè)備、塊設(shè)備支持三種類型的硬件設(shè)備：字符設(shè)備、塊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。字符設(shè)備能夠存儲(chǔ)或傳輸不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)。某些字符設(shè)備字符

44、設(shè)備能夠存儲(chǔ)或傳輸不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)。某些字符設(shè)備可以每次傳送一個(gè)字節(jié)，可以不經(jīng)過(guò)緩沖區(qū)直接進(jìn)行讀可以每次傳送一個(gè)字節(jié)，可以不經(jīng)過(guò)緩沖區(qū)直接進(jìn)行讀寫，如系統(tǒng)中的串行口寫，如系統(tǒng)中的串行口/dev/dnao和和/dev/cnal，傳送，傳送完一個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)完一個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)I/O中斷；另一些字符設(shè)備可以在中斷；另一些字符設(shè)備可以在設(shè)備內(nèi)緩存數(shù)據(jù)，因此可以一次傳送完多個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一設(shè)備內(nèi)緩存數(shù)據(jù)，因此可以一次傳送完多個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)個(gè)I/O中斷。中斷。塊設(shè)備以塊為單位傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)塊設(shè)備都可建有一塊設(shè)備以塊為單位傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)塊設(shè)備都可建有一個(gè)個(gè)I/O數(shù)據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列，緩沖區(qū)的大小與塊相等，因此，數(shù)據(jù)

45、緩沖區(qū)隊(duì)列，緩沖區(qū)的大小與塊相等，因此，塊設(shè)備一次可傳輸一塊或多塊數(shù)據(jù)。塊設(shè)備一次可傳輸一塊或多塊數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也稱包設(shè)備（如以太網(wǎng)卡），是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也稱包設(shè)備（如以太網(wǎng)卡），是通過(guò)BSDsocket和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)訪問(wèn)，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收。和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)訪問(wèn)，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如TCP/IP）就建立在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之上。）就建立在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之上。與字符設(shè)備和塊設(shè)備不同的是，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)牟皇菬o(wú)結(jié)與字符設(shè)備和塊設(shè)備不同的是，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)牟皇菬o(wú)結(jié)構(gòu)的流式數(shù)據(jù)，而是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包。構(gòu)的流式數(shù)據(jù)，而是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包。針對(duì)這三類設(shè)備，針對(duì)這三類設(shè)備，Linux

46、在內(nèi)核空間中建立了三個(gè)在內(nèi)核空間中建立了三個(gè)設(shè)設(shè)備注冊(cè)表備注冊(cè)表（也稱（也稱設(shè)備開(kāi)關(guān)表設(shè)備開(kāi)關(guān)表），分別是：），分別是：塊設(shè)備注冊(cè)表塊設(shè)備注冊(cè)表、字符設(shè)備注冊(cè)表、字符設(shè)備注冊(cè)表、以及以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備注冊(cè)表網(wǎng)絡(luò)設(shè)備注冊(cè)表，它們均為線性，它們均為線性表（數(shù)組）表（數(shù)組） 。每個(gè)已配置在系統(tǒng)中的外設(shè)都在相應(yīng)的設(shè)。每個(gè)已配置在系統(tǒng)中的外設(shè)都在相應(yīng)的設(shè)備注冊(cè)表中占有一個(gè)表項(xiàng)。表項(xiàng)中包含了備注冊(cè)表中占有一個(gè)表項(xiàng)。表項(xiàng)中包含了DCB中的核心中的核心內(nèi)容，主要有：設(shè)備名（即設(shè)備文件名）、主設(shè)備號(hào)、內(nèi)容，主要有：設(shè)備名（即設(shè)備文件名）、主設(shè)備號(hào)、驅(qū)動(dòng)程序指針。驅(qū)動(dòng)程序指針。DCB中的其他內(nèi)容則被記錄在中的其他內(nèi)容則

47、被記錄在 i 節(jié)點(diǎn)中。節(jié)點(diǎn)中。i 節(jié)點(diǎn)中也節(jié)點(diǎn)中也設(shè)置有主設(shè)備號(hào)，通過(guò)它與相應(yīng)的注冊(cè)表表項(xiàng)連接了起設(shè)置有主設(shè)備號(hào)，通過(guò)它與相應(yīng)的注冊(cè)表表項(xiàng)連接了起來(lái)。從而在設(shè)備文件名與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間建立起了一來(lái)。從而在設(shè)備文件名與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間建立起了一條通路。見(jiàn)圖條通路。見(jiàn)圖9-2。i節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)外設(shè)外設(shè)主設(shè)備號(hào)主設(shè)備號(hào)fops*read()*write()write()read()驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序中處程序中處程序設(shè)備設(shè)備文件名文件名設(shè)備目錄設(shè)備目錄i 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)設(shè)備注冊(cè)表設(shè)備注冊(cè)表圖圖9-2 設(shè)備文件名到設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的通路設(shè)備文件名到設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的通路*intrrpt()2.3 I/O軟件的分層結(jié)構(gòu)軟件

48、的分層結(jié)構(gòu)設(shè)備管理軟件，也稱作設(shè)備管理軟件，也稱作I/O控制系統(tǒng)（控制系統(tǒng)（IOCS）或）或I/O軟件軟件 ，是操作系統(tǒng)中非常繁雜的部分，通常按照，是操作系統(tǒng)中非常繁雜的部分，通常按照I/O功能進(jìn)行分層，每一層提供獨(dú)特的功能，并與相鄰功能進(jìn)行分層，每一層提供獨(dú)特的功能，并與相鄰的層面間設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)界面。當(dāng)然，不同的操作系統(tǒng)這種的層面間設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)界面。當(dāng)然，不同的操作系統(tǒng)這種分層是不同的，但一般都會(huì)有如下幾層（從高到低）分層是不同的，但一般都會(huì)有如下幾層（從高到低） ：用戶級(jí)用戶級(jí)I/O軟件軟件獨(dú)立于設(shè)備的獨(dú)立于設(shè)備的I/O軟件軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備中斷處理程序設(shè)備中斷處理程序 I/O

49、請(qǐng)求請(qǐng)求 （用戶進(jìn)程）（用戶進(jìn)程） I/O 應(yīng)答應(yīng)答用戶級(jí)用戶級(jí)I/O軟件軟件獨(dú)立于設(shè)備的獨(dú)立于設(shè)備的I/O軟件軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序硬硬 件件圖圖9-3 I/O軟件的分層結(jié)構(gòu)軟件的分層結(jié)構(gòu)設(shè)備中斷處理程序設(shè)備中斷處理程序3 由于大多數(shù)由于大多數(shù)I/O均為中斷驅(qū)動(dòng)，設(shè)備中斷處理程序就均為中斷驅(qū)動(dòng)，設(shè)備中斷處理程序就成為成為I/O軟件的不可分割的組成部分。由于設(shè)備中斷處理軟件的不可分割的組成部分。由于設(shè)備中斷處理程序直接與硬件相關(guān)，針對(duì)不同的外部設(shè)備，中斷響應(yīng)的程序直接與硬件相關(guān)，針對(duì)不同的外部設(shè)備，中斷響應(yīng)的處理也不盡相同，因此，設(shè)備中斷處理程序處于處理也不盡相同，因此，設(shè)備中斷處理程序

50、處于I/O軟件軟件分層結(jié)構(gòu)里面的最底層。而為了降低操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，分層結(jié)構(gòu)里面的最底層。而為了降低操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，設(shè)備中斷處理程序的暴露窗口應(yīng)該越小越好，與其打交道設(shè)備中斷處理程序的暴露窗口應(yīng)該越小越好，與其打交道的的OS部分也是越少越好。部分也是越少越好。而降低暴露窗口的最好辦法是讓設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)而降低暴露窗口的最好辦法是讓設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)I/O中斷響應(yīng)，即設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)中斷響應(yīng)，即設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)I/O操作后阻塞（通操作后阻塞（通過(guò)執(zhí)行信號(hào)量的過(guò)執(zhí)行信號(hào)量的P操作或等待信號(hào)），然后等待操作或等待信號(hào)），然后等待I/O中斷。中斷。當(dāng)響應(yīng)當(dāng)響應(yīng)I/O中斷時(shí)，先執(zhí)行設(shè)備中斷處理程序，在設(shè)

51、備中中斷時(shí)，先執(zhí)行設(shè)備中斷處理程序，在設(shè)備中斷處理程序完成相關(guān)的處理后喚醒設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（通過(guò)執(zhí)斷處理程序完成相關(guān)的處理后喚醒設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（通過(guò)執(zhí)行信號(hào)量的行信號(hào)量的V操作或發(fā)送信號(hào)）。操作或發(fā)送信號(hào)）。I/O中斷處理過(guò)程大致有以下幾個(gè)步驟：中斷處理過(guò)程大致有以下幾個(gè)步驟：1. 關(guān)中斷。關(guān)中斷。CPU中的中斷響應(yīng)部件響應(yīng)中斷請(qǐng)求后立中的中斷響應(yīng)部件響應(yīng)中斷請(qǐng)求后立即關(guān)中斷。即關(guān)中斷。2. 保存現(xiàn)行進(jìn)程（被中斷的進(jìn)程）的執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)（上下保存現(xiàn)行進(jìn)程（被中斷的進(jìn)程）的執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)（上下文）。文）。3. 分析中斷源（中斷類型和發(fā)出中斷的設(shè)備分析中斷源（中斷類型和發(fā)出中斷的設(shè)備ID），切），切換到相應(yīng)的設(shè)備中

52、斷處理程序。換到相應(yīng)的設(shè)備中斷處理程序。4. 執(zhí)行設(shè)備中斷處理程序。設(shè)備中斷處理程序首先從執(zhí)行設(shè)備中斷處理程序。設(shè)備中斷處理程序首先從設(shè)備控制器中讀出設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)作相應(yīng)設(shè)備控制器中讀出設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)作相應(yīng)處理；最后喚醒相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。處理；最后喚醒相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。5. 恢復(fù)被中斷進(jìn)程的執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)?；謴?fù)被中斷進(jìn)程的執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)。6. 開(kāi)中斷。開(kāi)中斷。4 什么是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序什么是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的算法框架設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的算法框架4.1 什么是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序什么是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，顧名思義，就是直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備進(jìn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，顧名思義，就是直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備

53、進(jìn)行行I/O操作的軟件。其作用就是實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的軟件封操作的軟件。其作用就是實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的軟件封裝，隱藏外部設(shè)備的所有硬件細(xì)節(jié)，向用戶提供一個(gè)統(tǒng)一裝，隱藏外部設(shè)備的所有硬件細(xì)節(jié)，向用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的操作界面，的操作界面，是操作系統(tǒng)對(duì)外部設(shè)備的物理抽象是操作系統(tǒng)對(duì)外部設(shè)備的物理抽象。它屬于。它屬于與設(shè)備控制器直接聯(lián)系的與設(shè)備控制器直接聯(lián)系的IOCS部分，與具體的外設(shè)直接部分，與具體的外設(shè)直接相關(guān)，并針對(duì)每個(gè)特定的外設(shè)進(jìn)行過(guò)優(yōu)化。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)，并針對(duì)每個(gè)特定的外設(shè)進(jìn)行過(guò)優(yōu)化。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常由設(shè)備制造商提供，但歸屬于操作系統(tǒng)內(nèi)核。正因?yàn)橥ǔＳ稍O(shè)備制造商提供，但歸屬于操作系統(tǒng)內(nèi)核。正因?yàn)檫@一

54、屬性，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)安全的一大隱患。這一屬性，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)安全的一大隱患。由于需要直接驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須清由于需要直接驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須清楚設(shè)備的所有物理細(xì)節(jié)。例如，磁盤驅(qū)動(dòng)程序必須清楚磁楚設(shè)備的所有物理細(xì)節(jié)。例如，磁盤驅(qū)動(dòng)程序必須清楚磁盤控制器設(shè)置有多少寄存器及其端口，了解磁盤擁有的柱盤控制器設(shè)置有多少寄存器及其端口，了解磁盤擁有的柱面數(shù)（磁道數(shù)）、磁頭數(shù)（盤面數(shù)）、扇區(qū)數(shù)及扇區(qū)的容面數(shù)（磁道數(shù)）、磁頭數(shù)（盤面數(shù)）、扇區(qū)數(shù)及扇區(qū)的容量、臂的移動(dòng)、交叉訪問(wèn)系數(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、磁頭穩(wěn)定時(shí)量、臂的移動(dòng)、交叉訪問(wèn)系數(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、磁頭穩(wěn)定時(shí)間以及所有保證磁

55、盤正常工作的硬件機(jī)制。鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序間以及所有保證磁盤正常工作的硬件機(jī)制。鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序自然需要具備辨認(rèn)是哪個(gè)按鍵被按下的能力。自然需要具備辨認(rèn)是哪個(gè)按鍵被按下的能力。每種設(shè)備配置有一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)每種設(shè)備配置有一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序并不是一個(gè)完整獨(dú)立的程序，而是由一組相對(duì)獨(dú)立的程序并不是一個(gè)完整獨(dú)立的程序，而是由一組相對(duì)獨(dú)立的設(shè)備操作函數(shù)（內(nèi)核函數(shù)）所構(gòu)成，其中的每個(gè)函數(shù)都可設(shè)備操作函數(shù)（內(nèi)核函數(shù)）所構(gòu)成，其中的每個(gè)函數(shù)都可被進(jìn)程單獨(dú)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的物理被進(jìn)程單獨(dú)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的物理I/O。在在UNIX中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與整個(gè)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與整個(gè)OS內(nèi)核編在一個(gè)二內(nèi)

56、核編在一個(gè)二進(jìn)制文件里。如果要增加新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或者修改現(xiàn)有進(jìn)制文件里。如果要增加新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或者修改現(xiàn)有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，則需要重新編譯整個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核。的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，則需要重新編譯整個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核。UNIX的這種做法主要是考慮到安全因素。由于用戶無(wú)法的這種做法主要是考慮到安全因素。由于用戶無(wú)法動(dòng)態(tài)地裝卸設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)的安全性較高。不動(dòng)態(tài)地裝卸設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)的安全性較高。不過(guò)，這種不能動(dòng)態(tài)裝卸的限制讓人感覺(jué)十分不便，因此在過(guò)，這種不能動(dòng)態(tài)裝卸的限制讓人感覺(jué)十分不便，因此在最新的最新的UNIX以及以及Linux版本里，建立了較復(fù)雜的可安裝版本里，建立了較復(fù)雜的可安裝內(nèi)核模

57、塊機(jī)制，它可支持設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的動(dòng)態(tài)裝卸。內(nèi)核模塊機(jī)制，它可支持設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的動(dòng)態(tài)裝卸。Windows操作系統(tǒng)從一開(kāi)始（操作系統(tǒng)從一開(kāi)始（NT開(kāi)始）就支持設(shè)備開(kāi)始）就支持設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的動(dòng)態(tài)裝卸，這也是驅(qū)動(dòng)程序的動(dòng)態(tài)裝卸，這也是Windows不如不如UNIX安全安全的一個(gè)原因。的一個(gè)原因。 4.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的算法框架設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的算法框架(1) 在收到一個(gè)在收到一個(gè)I/O請(qǐng)求后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序做的第一請(qǐng)求后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序做的第一件事是檢查輸入?yún)?shù)是否合法。如果不合法，則錯(cuò)誤返回；件事是檢查輸入?yún)?shù)是否合法。如果不合法，則錯(cuò)誤返回；否則，將否則，將I/O請(qǐng)求的抽象表示轉(zhuǎn)換為設(shè)備控制器能夠認(rèn)識(shí)請(qǐng)求的

58、抽象表示轉(zhuǎn)換為設(shè)備控制器能夠認(rèn)識(shí)的具體表示，例如，將線性的盤塊號(hào)映射為磁道、磁頭、的具體表示，例如，將線性的盤塊號(hào)映射為磁道、磁頭、扇區(qū)等。扇區(qū)等。(2) 然后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要檢查設(shè)備狀態(tài)以確認(rèn)設(shè)然后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要檢查設(shè)備狀態(tài)以確認(rèn)設(shè)備是否處于閑置狀態(tài)。如果設(shè)備正忙著，則將備是否處于閑置狀態(tài)。如果設(shè)備正忙著，則將I/O請(qǐng)求送請(qǐng)求送入該設(shè)備的等待隊(duì)列以待處理，并阻塞調(diào)用者；否則，若入該設(shè)備的等待隊(duì)列以待處理，并阻塞調(diào)用者；否則，若設(shè)備空閑，就驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行并啟動(dòng)電機(jī)。設(shè)備空閑，就驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行并啟動(dòng)電機(jī)。(3) 接著開(kāi)始驅(qū)動(dòng)真正的接著開(kāi)始驅(qū)動(dòng)真正的I/O操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通

59、過(guò)向設(shè)備寄存器里送入一系列的過(guò)向設(shè)備寄存器里送入一系列的I/O控制命令來(lái)進(jìn)行物理控制命令來(lái)進(jìn)行物理的數(shù)據(jù)傳輸工作。如果需要，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)自行阻塞的數(shù)據(jù)傳輸工作。如果需要，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)自行阻塞來(lái)等待來(lái)等待I/O中斷。中斷。(4) 在被中斷處理程序喚醒后，讀取設(shè)備狀態(tài)寄存器在被中斷處理程序喚醒后，讀取設(shè)備狀態(tài)寄存器中的信息以檢查此中的信息以檢查此I/O操作是否正確完成。如果正確完成操作是否正確完成。如果正確完成的話，進(jìn)行的話，進(jìn)行I/O操作的善后處理，例如，對(duì)于讀操作，需操作的善后處理，例如，對(duì)于讀操作，需要將要將I/O緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到調(diào)用者指定的內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到調(diào)用者指

60、定的內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)中，繼續(xù)中，繼續(xù)(5)。如果未正確完成的話，檢查錯(cuò)誤狀態(tài)，對(duì)。如果未正確完成的話，檢查錯(cuò)誤狀態(tài)，對(duì)可修復(fù)性錯(cuò)誤進(jìn)行必要的出錯(cuò)處理，否則錯(cuò)誤返回?？尚迯?fù)性錯(cuò)誤進(jìn)行必要的出錯(cuò)處理，否則錯(cuò)誤返回。(5) 如果該設(shè)備的等待隊(duì)列非空，則喚醒等待的進(jìn)程。如果該設(shè)備的等待隊(duì)列非空，則喚醒等待的進(jìn)程。(6) 正常返回此正常返回此I/O請(qǐng)求的調(diào)用者。請(qǐng)求的調(diào)用者。5 統(tǒng)一界面統(tǒng)一界面I/O緩沖緩沖設(shè)備的安全保護(hù)設(shè)備的安全保護(hù)設(shè)備的分配與調(diào)度設(shè)備的分配與調(diào)度錯(cuò)誤處理錯(cuò)誤處理假脫機(jī)假脫機(jī)一般來(lái)說(shuō)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序并不直接從用戶程序處接收一般來(lái)說(shuō)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序并不直接從用戶程序處接收I/O請(qǐng)求，而是通過(guò)另外