上海交通大学：操作系统安全（PPT课件讲稿）设备管理与I/O系统

★ 设备管理与O系统 女★ Instructor: Hengming Zou, Ph D n Pursuit of Absolute Simplicity求于至简,归于永恒

设备管理与I/O系统 Instructor: Hengming Zou, Ph.D. In Pursuit of Absolute Simplicity求于至简，归于永恒

★ 内容提要 ￥ 斗 ★★ ⊙1.设备管理概述 ⊙2.Jo硬件特性 ⊙3.设备管理的实现技术 4.Io软件的结构 ⊙5. Windows/O系统的结构 6. Windows I/o系统的核心数据结构 7. Windows的/0O处理

2 内容提要  1. 设备管理概述  2. I/O硬件特性  3. 设备管理的实现技术  4. I/O软件的结构  5. Windows I/O系统的结构  6. Windows I/O系统的核心数据结构  7. Windows的I/O处理

★ 设备管理概述 ￥ 斗 ★★ ⊙I/O系统是操作系统的一个重要的组成部分,负责管理系统中 所有的外部设备 在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置统称为 计算机外部设备(外围设备、I0设备) 设备管理的意义 设备的分类 设备管理的任务和功能

3 设备管理概述  I/O系统是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中 所有的外部设备  在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置统称为 计算机外部设备（外围设备、I/O设备） – 设备管理的意义 – 设备的分类 – 设备管理的任务和功能

★ 设备管理的意义 ￥ 斗 ★★ ⊙操作系统复杂和庞大的主要原因是它所管理的资源的庞杂和 并发技术的采用,而输入输出设备的庞杂正是操作系统所管 理的资源庞杂的主要原因,输入输出设备的速度远低于处理 器的速度正是导致并发技术产生的直接原因 ⊙所以,I/O系统的性能是操作系统总体性能的重要决定因素、 重要表现指标和常见瓶颈之一,因此设备管理在操作系统中 具有十分重要的地位

4 设备管理的意义  操作系统复杂和庞大的主要原因是它所管理的资源的庞杂和 并发技术的采用，而输入输出设备的庞杂正是操作系统所管 理的资源庞杂的主要原因，输入输出设备的速度远低于处理 器的速度正是导致并发技术产生的直接原因  所以，I/O系统的性能是操作系统总体性能的重要决定因素、 重要表现指标和常见瓶颈之一，因此设备管理在操作系统中 具有十分重要的地位

★ 设备管理的意义 ￥ 斗 ★★ ⊙设备管理的意义表现在以下几方面: 输入输岀设备的性能经常成为系统性能的瓶颈,CPU性能越高, 输入输岀设备性能同cPU性能不匹配的反差也越大。如何解决 这一矛盾,而又尽量不降低处理机的性能,是设备管理的一项 重要任务 输入输出设备千变万化,怎样对它们实现统一的管理,从而方 便用户使用是设备管理的又一项重要任务 在应用中,输入输出设备能否及时将各种信息传送给计算机系 统,计算机发出的各种命令能否通过输入输出设备及时传送给 执行部件,对于实时处理和控制系统而言,是至关重要的 用户对输入输出设备的使用必须是安全的。如何保证安全正确 地使用设备,也是设备管理的重要任务

5 设备管理的意义  设备管理的意义表现在以下几方面： – 输入输出设备的性能经常成为系统性能的瓶颈，CPU性能越高， 输入输出设备性能同CPU性能不匹配的反差也越大。如何解决 这一矛盾，而又尽量不降低处理机的性能，是设备管理的一项 重要任务 – 输入输出设备千变万化，怎样对它们实现统一的管理，从而方 便用户使用是设备管理的又一项重要任务 – 在应用中，输入输出设备能否及时将各种信息传送给计算机系 统，计算机发出的各种命令能否通过输入输出设备及时传送给 执行部件，对于实时处理和控制系统而言，是至关重要的 – 用户对输入输出设备的使用必须是安全的。如何保证安全正确 地使用设备，也是设备管理的重要任务

★ 设备的分类 ￥ 斗 ★★ ⊙按设备的使用特性分类:输入输出设备(狭义)和外存设备 ⊙按信息组织方式分类:字符设备( character device)和块设 备〔 block device) ⊙键盘、终端、打印机等以字符为单位组织和处理信息的设备 被称为字符设备;磁盘、磁带等以字符块为单位组织和处理 信息的设备被称为块设备

6 设备的分类  按设备的使用特性分类：输入输出设备（狭义）和外存设备  按信息组织方式分类：字符设备（character device）和块设 备（block device）  键盘、终端、打印机等以字符为单位组织和处理信息的设备 被称为字符设备；磁盘、磁带等以字符块为单位组织和处理 信息的设备被称为块设备

★ 设备的分类 ￥ 斗 ★★ 按设备使用可共享性分类:独占设备、共享设备和虚拟设备 ⊙独占设备是指在任一给定的时刻只能让一个进程使用,即必 须保证一个进程对一个具体设备在可能相当长的时间内拥有 唯一存取权 ⊙共享设备是指能够同时让许多进程使用的设备。磁盘是典型 的共享设备,多个进程同时在同一磁盘上拥有打开的文件不 会带来任何不良后果 虛拟设备是指设备本身是独占设备,而经过某种技术处理, 可以把它改造成共享设备,同时分配给多个进程

7 设备的分类  按设备使用可共享性分类：独占设备、共享设备和虚拟设备  独占设备是指在任一给定的时刻只能让一个进程使用，即必 须保证一个进程对一个具体设备在可能相当长的时间内拥有 唯一存取权  共享设备是指能够同时让许多进程使用的设备。磁盘是典型 的共享设备，多个进程同时在同一磁盘上拥有打开的文件不 会带来任何不良后果  虚拟设备是指设备本身是独占设备，而经过某种技术处理， 可以把它改造成共享设备，同时分配给多个进程

★ 设备的分类 ￥ 斗 ★★ 按输入输出对象分类:人机通讯与机机通讯设备 按是否交互分类:非交互设备与交互设备 ⊙机机通讯设备、外存、卡带机等属于非交互设备,终端为交 互设备 按数据传输率分类:高速设备和低速设备

8 设备的分类  按输入输出对象分类：人机通讯与机机通讯设备  按是否交互分类：非交互设备与交互设备  机机通讯设备、外存、卡带机等属于非交互设备，终端为交 互设备  按数据传输率分类：高速设备和低速设备

★ 设备管理的任务和功能 ￥ 斗 ★★ ⊙用户对o没备的使用要求是方便、高效、安全、正确,相应 地,设备管理功能也就应该在计算机硬件结构提供的既定设 备范围及其连接模式下,完成为用户对/0设备的使用过程提 供方便、提高效率、提供保护这三方面的任务

9 设备管理的任务和功能  用户对I/O设备的使用要求是方便、高效、安全、正确，相应 地，设备管理功能也就应该在计算机硬件结构提供的既定设 备范围及其连接模式下，完成为用户对I/O设备的使用过程提 供方便、提高效率、提供保护这三方面的任务

★ 设备管理的任务和功能 ￥ 斗 ★★ ⊙1.方便性方面 ⊙用户总是希望方便地使用I/O没设备,但是O设备种类繁多,处 理过程非常复杂,涉及到大量I/o细节,如寄存器、中断、控 制字符、设备字符集等。如果让用户直接使用设备硬件接口, 是十分不便的 ⊙为了弥补硬件接口给用户带来的不便,操作系统的设备管理 部分提供了两个主要的功能: 抽象接口 设备独立性

10 设备管理的任务和功能  1．方便性方面  用户总是希望方便地使用I/O设备，但是I/O设备种类繁多，处 理过程非常复杂，涉及到大量I/O细节，如寄存器、中断、控 制字符、设备字符集等。如果让用户直接使用设备硬件接口， 是十分不便的  为了弥补硬件接口给用户带来的不便，操作系统的设备管理 部分提供了两个主要的功能： – 抽象接口 – 设备独立性