Linux设备管理

 

Linux设备管理

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I/O设备的类型： 按设备的所属关系可以将I/O设备分为以下两类。 （1）系统设备：系统设备是在系统生成时已登记于系统中的标准设备，属于系统的基本配置。 （2）用户设备：用户设备是在系统生成时未登记在系统中的非标准设备。 按设备的信息交换的单位可将I/O设备分为以下两类。 （1）字符设备：字符设备是以字符为单位进行输入和输出的设备。（例如：显示器） （2）块设备：块设备的输入和输出是以数据块为单位的。（例如：ID硬盘，flash） 区分：是否能实现随机访问 按设备的共享属性可将I/O设备分为以下三类。 （1）独占设备：所有的字符设备都是独占设备。独占设备是指一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备，即临界资源。（例如：打印机） （2）共享设备：块设备都是共享设备。共享设备是指一段时间内允许多个进程同时访问的设备。（例如：硬盘读时为共享设备，写时看作独占设备） （3）虚拟设备：通过虚拟设备技术把一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户（进程）同时使用，以提高设备的利用率。 （例如：硬盘划分后，每部分看作是一个硬盘） 设备管理的任务和功能： 设备管理是对计算机的输入/输出系统的管理，它是操作系统中最具有多样性和复杂性的部分。其主要任务如下所述。 （1）选择和分配I/O设备以便进行数据传输操作。 （2）控制I/O设备和CPU（或内存）之间交换数据。 （3）为用户提供一个友好的透明接口，把用户和设备硬件特性分开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备，由系统按用户的要求来对设备的工作进行控制。另外，这个接口还为新增加的用户设备提供一个和系统核心相连接的入口，以便用户开发新的设备管理程序。 （4）提高设备和设备之间、CPU和设备之间以及进程和进程之间的并行操作程度 ，以使操作系统获得最佳效率。 为了完成上述主要任务，设备管理程序一般要提供下述功能。 （1）提供和进程管理系统的接口 （2）进行设备分配 （3）实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作 （4）进行缓冲管理 （5）设备控制与驱动 设备控制器： 设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令并去控制I/O设备工作。设备控制器是一个可编址设备，当它仅控制一个设备时，它只有一个惟一的设备地址；当它控制多个设备时，则应具有多个设备地址，使每一个地址对应一个设备。 为实现设备控制器的功能，大多数设备控制器都由以下三部分组成。 1.设备控制器与处理机的接口 2.设备控制器与设备的接口 3.I/O逻辑 I/O通道： 设置I/O通道的目的是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担，从而把CPU从繁杂的I/O任务中解脱出来。 在设置了通道后，CPU只需向通道发送一条I/O指令。通道在收到该指令后，便从内存中取出本次要执行的通道程序，然后执行该通道程序，仅当通道完成了规定的I/O任务后，才向CPU发中断信号。 实际上，I/O通道是一种特殊的处理机，它具有执行I/O指令的能力，并通过执行通道（I/O）程序来控制I/O操作。 通道有两种基本类型：选择通道和多路通道。 设备驱动： 设备驱动程序的主要任务，是接收上层软件发来的抽象要求，如read或write命令，再把它转换为具体要求，发送给设备控制器；此外，它也将由设备控制器发来的信号传送给上层软件，从而完成两者间的相互通信。 设备驱动程序的处理过程： （1）将抽象要求转换为具体要求 （2）检查I/O请求的合法性 （3）读出和检查设备的状态 （4）传送必要的参数 （5）工作方式的设置 （6）启动I/O设备 I/O控制方式： 1.程序I/O方式（查询方式） 2.中断驱动I/O控制方式 3.DMA控制方式 DMA方式的基本思想是，在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路。在DMA控制器中，除了控制状态寄存器和数据缓冲寄存器外，还包括传送字节计数器和内存地址寄存器以及控制电路等。因此，DMA控制器可用来代替CPU，以实现内存和设备之间进行成批的数据交换。 设备分配时应考虑的因素： 1.设备的固有属性 2.设备分配算法 I/O设备的分配，除了与I/O设备的固有属性有关之外，还与系统所采用的设备分配算法有关。I/O设备的分配与进程调度很相似，同样可采用如下一些算法。 （1）先来先服务 （2）优先级最高者优先 3.设备分配中的安全性 从进程运行的安全性方面考虑，设备分配方式有以下两种。 （1）静态分配 （2）动态分配 4.设备独立性 为了提高系统的可适应性和可扩展性，应使所编制的用户程序与实际使用的物理设备无关，即应用程序独立于具体使用的物理设备，这就是所谓的设备独立性。 在Linux系统中，用户是通过文件系统与设备接口的。所有设备都作为特别文件，从而在设备管理上具有下列特性。 （1）每个设备都对应文件系统中的一个索引节点，都有一个文件名。 （2）应用程序通常可以通过系统调用open（）打开设备文件，建立起与目标设备的连接。 （3）对设备的使用类似于对文件的存取。 （4）设备驱动程序都是系统内核的一部分，它们必须为系统内核或者它们的子系统提供一个标准的接口。 （5）设备驱动程序使用一些标准的内核服务，如内存分配等。