Введение в систему управления вводом-выводом

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВВОДОМ-ВЫВОДОМ. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА

Контрольные вопросы

1) Опишите исключительные ситуации при работе с памятью

2) Приведите стратегии управления страничной памятью

3) Опишите глобальные и локальные алгоритмы замещения

4) Приведите алгоритм замещения FIFO, аномалию Белейди

5) Приведите оптимальный алгоритм замещения

6) Приведите алгоритм замещения LRU

7) Приведите алгоритм замещения NFU

8) Опишите трешинг, концепцию локальности, модель рабочего множества

9) Опишите демоны пейджинга

10) Опишите пять сегментов виртуальной памяти

11) Приведите аспекты функционирования менеджера памяти

На лекции рассматриваются следующие вопросы:

1) Введение в систему управления вводом-выводом

2) Введение в физические принципы организации ввода-вывода

3) Общие сведения об архитектуре компьютера

4) Структура контроллера устройства

5) Опрос устройств

6) Внешние прерывания, исключительные ситуации и программные прерывания

7) Прямой доступ к памяти

Обычно функционирование любой КС сводится к осуществлению двух видов работ:

- обработка информации;

- выполнение операций ввода-вывода информации.

В ОС эти два вида работы выполняются процессами. С точки зрения ОС обработка информации происходит только во внутренней памяти (регистры процессора, кэш, оперативная память), а в случае необходимости данные подкачиваются из внешней памяти.

Несмотря на все многообразие устройств ввода-вывода, управление их работой и обмен информацией с ними строятся на относительно небольшом количестве принципов.

Основными физическими принципами построения системы ввода-вывода является следующие:

- возможность использования различных адресных пространств для памяти и устройств ввода-вывода;

- подключение устройств к системе через порты ввода-вывода, отображаемые в одно из адресных пространств;

- существование механизма прерывания для извещения процессора о завершении операций ввода-вывода;

- наличие механизма прямого доступа устройств к памяти, минуя процессор.

Механизм, подобный механизму прерываний, может использоваться также и для обработки исключений и программных прерываний, однако это целиком лежит на совести разработчиков КС.

Для построения программной части системы ввода-вывода характерен слоеный подход. Для непосредственного взаимодействия с hardware используются драйвера устройств, скрывающие от остальной части операционной системы все особенности их функционирования. Драйвера устройств через жестко определенный интерфейс связаны с базовой подсистемой ввода-вывода.

В функции базовой подсистемы ввода-вывода входят:

- организация работы блокирующихся, не блокирующихся и асинхронных системных вызовов;

- буферизация и кэширование входных и выходных данных;

- осуществление spooling’а и монопольного захвата внешних устройств;

- обработка ошибок и прерываний, возникающих при операциях ввода-вывода;

- планирование последовательности запросов на выполнение этих операций.

Доступ к базовой подсистеме ввода-вывода осуществляется посредством системных вызовов. Часть функций базовой подсистемы может быть делегирована драйверам устройств и самим устройствам ввода-вывода.