22.5 I/O设备接口分析慕课视频播放-操作系统-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

接下来我们再看一下

I/O设备的一个接口分析

首先我们看一下

I/O设备接口的一个大致位置

它在我们整个文件系统的

靠底下这一部分

它呢首先向上和我们VFS有一个接口

使得它也能够被我们VFS统一管理

同时呢它也和我们

具体文件系统有一个接口

使得具体文件系统向它

可以发出读写控制等请求

向下呢它还进一步

和我们的驱动有一个接口

使得和不同的外设

比如我们的硬盘我们的串口

我们的屏幕等等进行对接

完成最底层的数据的访问

这是I/O接口这一块大致的一个功能

这里面很关键一个结构

就是device这么一个结构

可以看出来它和我们前面

inode的定义相似之处

它也是一系列函数指针

和一些成员变量组成

特别是open close I/O

还有I/O control

那么open close和我们前面讲的

Inode 的open close是一个意思

就是打开设备关闭设备

I/O呢它用一个这个来表示读或者写

I/O control是用来表示什么

表示一些通常读写

不太方便表示的一些操作

比如说我要完成对某个设备的控制

它不是读也不是写

那么就需要有一个特殊的一个

函数的指针来完成

它怎么和我们VFS进行对接呢

在这里面它还有一个成员变量

是对接着这里面的FS 可以看出来

一个device是属于一个特殊的

device VFS这么一个结构

而device VFS呢会挂到一个

VFS一个总体框架之下

从而完成了在VFS这个层面

对device的一个有效的管理

那我们可以再结合

整个device的初始化过程

来了解怎么来实现

对device的一个访问

当然这个访问是通过VFS来实现的

这里面并没有拿我们SFS

所直接对接的disk来做一个介绍

而是以另外两个设备

就是stdin或者stdout

stdout是往串口和显示器

输出这么一个设备

而stdin呢是接收键盘输入一个设备

那么我们希望大家通过

对这两个设备的了解

来进一步自己去分析

对于disk这么一个device

怎么进行初始化的

可以看出来这是我们最早的那个

uCore开始启动的时候

做初始化的总控函数

在这里面会增加一部分

这一部分是fs_init

这是lab8的一个增加的一部分内容

在fs_init里面呢

会进一步调device的init

OK 这里面又会进一步

调好几个不同类型的

device的一个初始化

先拿stdout来举例

stdout呢会创建一个inode

这个inode是专门针对device的inode

这就把我们的device和inode

建立了一个联系

同时还有一个stdout_device_init

那么这个呢是完成了

对它的函数的一个对接

还有一个vfs_add_dev

从而使这个device可以加入到

这个VFS整个的管理之中来

进一步可以看看这个

device_init做什么事情

它把刚才device所针对那些函数指针呢

跟我们具体函数进行了对接

包括了open close还有I/O

这个I/O就是读写的什么操作

大家想一想

这是stdout 那是一个写操作

还有是一个control

表明一些特殊操作用control来表示

这就是stdout一个device的初始化过程

在这个初始化过程中我们可以看到

它创建了inode 和VFS进行了对接

把自己的一些特定的函数

以device里面的虚函数指针进行了对接

那么完成这些工作之后

我们在VFS层面呢

就可以有效地访问这个device了

同理我们看一下stdin 这是输入

相对是read操作

那么跟前面不同在哪呢

就在一个地方dev_init_stdin

同时也一样有一个stdin一个device_init

它和前面操作是类似的

它也建立它自己一套函数体系

和device函数指针进行对接

其它两部分是一样的

创建一个inode 和绑定VFS

但这个对接有点不太一样

它的I/O这个操作是对应stdin的I/O

那这个是什么呢是一个读操作

因为它是需要从键盘读入数据

还有一个不同在哪在这儿

它增加了一个等待队列的设置

为什么会增加这么一个设置大家想一想

其实有可能当它想去发出读请求之后

不能马上得到回应

在这个时候由于资源得不到满足

它需要去睡眠

从而可以把CPU让出来

这是我们前面讲同步互斥的时候

涉及到的一些概念

可以看出来在file system里面

整个大的框架里面呢

会涉及到进程同步互斥

内存管理等多方面内容

是对我们前面一系列实验的

进一步补充完善和使用

操作系统课程列表：

第零讲在线教学环境准备

-0.1 Piazza讨论区

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-0.2 在线实验平台

-0.2在线实验平台

第一讲操作系统概述

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-第一讲操作系统概述--练习

-1.2 教学安排

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-1.4 为什么学习操作系统，如何学习操作系统

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-1.6 操作系统的演变

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第二讲实验零操作系统实验环境准备

-2.1 前言和国内外现状

-2.2 OS实验目标

-2.3 8个OS实验概述

-2.4 实验环境搭建

-2.5 x86-32硬件介绍

-2.6 ucore部分编程技巧

-2.7 演示实验操作过程

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第三讲启动、中断、异常和系统调用

-3.1 BIOS

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-3.2 系统启动流程

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-3.3 中断、异常和系统调用比较

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-第三讲启动、中断、异常和系统调用--3.3 中断、异常和系统调用比较

-3.4 系统调用

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-第三讲启动、中断、异常和系统调用--3.4 系统调用

-3.5 系统调用示例

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-3.6 ucore+系统调用代码

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第四讲实验一 bootloader启动ucore os

-4.1 启动顺序

-4.2 C函数调用的实现

-4.3 GCC内联汇编

-4.4 x86中断处理过程

-4.5 练习一

-4.6 练习二

-4.7 练习三

-4.8 练习四练习五

-4.9 练习六

第五讲物理内存管理: 连续内存分配

-5.1 计算机体系结构和内存层次

-5.2 地址空间和地址生成

-5.3 连续内存分配

-5.4 碎片整理

-5.5 伙伴系统

-第五讲物理内存管理: 连续内存分配--5.6 练习

第六讲物理内存管理: 非连续内存分配

-6.1 非连续内存分配的需求背景

-6.2 段式存储管理

-6.3 页式存储管理

-6.4 页表概述

-6.5 快表和多级页表

-6.6 反置页表

-6.7 段页式存储管理

-第六讲物理内存管理: 非连续内存分配--6.8 练习

第七讲实验二物理内存管理

-7.1 了解x86保护模式中的特权级

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-第七讲实验二物理内存管理--7.1 了解x86保护模式中的特权级

-7.2 了解特权级切换过程

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-第七讲实验二物理内存管理--7.2 了解特权级切换过程

-7.3 了解段/页表

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-第七讲实验二物理内存管理--7.3 了解段/页表

-7.4 了解UCORE建立段/页表

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-第七讲实验二物理内存管理--7.4 了解UCORE建立段/页表

-7.5 演示lab2实验环节

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第八讲虚拟存储概念

-8.1 虚拟存储的需求背景

-8.2 覆盖和交换

-8.3 局部性原理

-8.4 虚拟存储概念

-8.5 虚拟页式存储

-8.6 缺页异常

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-9.1 页面置换算法的概念

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-9.3 时钟置换算法和最不常用算法

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-9.4 Belady现象和局部置换算法比较

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-9.6 缺页率置换算法

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-9.7 抖动和负载控制

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第十讲实验三虚拟内存管理

-10.1 实验目标：虚存管理

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-10.2 回顾历史和了解当下

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-10.3 处理流程、关键数据结构和功能

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-第十讲实验三虚拟内存管理--10.3 处理流程、关键数据结构和功能

-10.4 页访问异常

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-第十讲实验三虚拟内存管理--10.4 页访问异常

-10.5 页换入换出机制

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-第十讲实验三虚拟内存管理--10.5 页换入换出机制

第十一讲进程和线程

-11.1 进程的概念

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-11.2 进程控制块

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-11.3 进程状态

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-11.4 三状态进程模型

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-11.6 线程的概念

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-11.8 内核线程

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第十二讲进程控制

-12.1 进程切换

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-12.2 进程创建

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第十三讲实验四内核线程管理

-13.1 总体介绍

-13.2 关键数据结构

-13.3 执行流程

-13.4 实际操作

第十四讲实验五用户进程管理

-14.1 总体介绍

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-14.2 进程的内存布局

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-14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现

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-14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现

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-14.5 进程复制

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-14.6 内存管理的copy-on-write机制

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第十五讲处理机调度

-15.1 处理机调度概念

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-第十五讲处理机调度--15.1 处理机调度概念

-15.2 调度准则

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-15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

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-第十五讲处理机调度--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

-15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架

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-第十五讲处理机调度--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和uc

-15.5 实时调度和多处理器调度

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-15.6 优先级反置

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-第十五讲处理机调度--15.6 优先级反置

第十六讲实验六调度器

-16.1 总体介绍和调度过程

-16.2 调度算法支撑框架

-16.3 时间片轮转调度算法

-16.4 Stride调度算法

第十七讲同步互斥

-17.1 背景

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-17.2 现实生活中的同步问题

--17.2 现实生活中的同步问题

-第十七讲同步互斥--17.2 现实生活中的同步问题

-17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

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-第十七讲同步互斥--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-17.4 基于软件的同步方法

--17.4 基于软件的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.4 基于软件的同步方法

-17.5 高级抽象的同步方法

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-第十七讲同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法

第十八讲信号量与管程

-18.1 信号量

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-第十八讲信号量与管程--18.1 信号量

-18.2 信号量使用

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-第十八讲信号量与管程--18.2 信号量使用

-18.3 管程

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-第十八讲信号量与管程--18.3 管程

-18.4 哲学家就餐问题

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-18.5 读者-写者问题

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第十九讲实验七同步互斥

-19.1 总体介绍

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-19.2 底层支撑

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-第十九讲实验七同步互斥--19.2 底层支撑

-19.3 信号量设计实现

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-第十九讲实验七同步互斥--19.3 信号量设计实现

-19.4 管程和条件变量设计实现

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-第十九讲实验七同步互斥--19.4 管程和条件变量设计实现

-19.5 哲学家就餐问题

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第二十讲死锁和进程通信

-20.1 死锁概念

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-第二十讲死锁和进程通信--20.1 死锁概念

-20.2 死锁处理方法

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-第二十讲死锁和进程通信--20.2 死锁处理方法

-20.3 银行家算法

--20.3 银行家算法

-第二十讲死锁和进程通信--20.3 银行家算法

-20.4 死锁检测

--20.4 死锁检测

-第二十讲死锁和进程通信--20.4 死锁检测

-20.5 进程通信概念

--20.5 进程通信概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.5 进程通信概念

-20.6 信号和管道

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-第二十讲死锁和进程通信--20.6 信号和管道

-20.7 消息队列和共享内存

--20.7 消息队列和共享内存

-第二十讲死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存

第二十一讲文件系统

-21.1 文件系统和文件

--21.1 文件系统和文件

-第二十一讲文件系统--21.1 文件系统和文件

-21.2 文件描述符

--21.2 文件描述符

-第二十一讲文件系统--21.2 文件描述符

-21.3 目录、文件别名和文件系统种类

--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-第二十一讲文件系统--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-21.4 虚拟文件系统

--21.4 虚拟文件系统

-第二十一讲文件系统--21.4 虚拟文件系统

-21.5 文件缓存和打开文件

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-第二十一讲文件系统--21.5 文件缓存和打开文件

-21.6 文件分配

--21.6 文件分配

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-21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

-第二十一讲文件系统--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

第二十二讲实验八文件系统

-22.1 总体介绍

--22.1 总体介绍

-第二十二讲实验八文件系统--22.1 总体介绍

-22.2 ucore 文件系统架构

--22.2 ucore 文件系统架构

-第二十二讲实验八文件系统--22.2 ucore 文件系统架构

-22.3 Simple File System分析

--22.3 Simple File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.3 Simple File System分析

-22.4 Virtual File System分析

--22.4 Virtual File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.4 Virtual File System分

-22.5 I/O设备接口分析

--22.5 I/O设备接口分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.5 I/O设备接口分析

-22.6 执行流程分析

--22.6 执行流程分析

第二十三讲 I/O子系统

-23.1 I/O特点

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-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点

-23.2 I/O结构

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-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构

-23.3 I/O数据传输

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-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输

-23.4 磁盘调度

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-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度

-23.5 磁盘缓存

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-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存

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