[其他]虚拟存储系统中的直接输入/输出

说明书

根据本发明的优选实施例，虚拟存储系统用于控制对Ｉ／Ｏ设备地址空间的访问。在虚拟存储系统中，对处理器地址空间页的访问分配在每个应用程序中。每个Ｉ／Ｏ设备分配有两页地址空间，一页是特权页，另一页是非特权页。每个Ｉ／Ｏ设备寄存器与其两页Ｉ／Ｏ设备地址空间中每一页的一个地址相关联。地址空间是全程的。全程的意味着，不管什么程序在处理器上运行，物理存储单元都映象到相同的虚拟地址空间。带有写森止位的访问码用于控制程序对各种地址的访问。

本发明一般涉及虚拟存储系统。由于其工作方式，使得计算系统处理器允许程序访问输入/输出（I/O）设备。在先有技术中，计算机系统上运行的每一个程序都有其自己的虚拟地址空间。这使系统复杂化，且性能不为最佳。例如，要为每个程序保留一个单独的页表，该页表用于将虚拟存储地址映象到存储器中的物理地址单元。此外，如果每个程序有其自己的虚拟地址空间，则每次变换计算机上的程序时，都必须使前一程序的转换缓冲区和隐含存储器（cache）入口无效。

另外，在先有技术的虚拟存储系统中，有两种方法可以访问I/O设备。第一种方法是在计算机的指令集内提供控制I/O设备的特殊指令。第二种方法即所谓的内存映象I/O，是为每个I/O设备保留特定的地址。为每个I/O设备保留的地址称做其地址空间。在内存映象I/O系统中，当处理器对I/O设备的I/O地址空间内的地址做读或写操作时，I/O设备将进行检测并译码。I/O设备的每个寄存器都与地址空间内的一个地址相关联。对寄存器的操作是这样实现的，即每当对I/O设备地址空间内的一个地址做读或写操作时，其结果就是对与该地址相关联的I/O设备中的寄存器做读或写操作。这样，对I/O设备地址空间内地址的读、写操作可以用来控制I/O设备。

使用内存映象I/O系统的一个优点是，高级语言写的过程可以访问I/O设备。在某些先有技术的计算机结构中，应用程序可以直接访问计算机I/O设备的全部或部分地址空间。但在多种任务环境中，这种方法会带来某些困难。例如，如果一个应用程序误初始化了可以进行直接内存访问（DMA）传输的I/O设备，这将导致I/O设备读或写分配给其它应用程序的内存空间，从而使系统的安全性受到破坏。

在某些先有技术方案中，为避免在多任务环境中破坏系统的安全性，采用了不允许应用程序直接访问I/O设备地址空间的措施。所有I/O地址只能被特权过程访问。这些过程称做I/O驱动程序。这种方法虽然提供了高级别的系统安全性，但也极大地增加了软件开销，效率不高并受到许多限制。与本发明相关的先有技术还可以在下列文献中得到，US-A-4713755，US-A-4722047和US-A-4680702。

根据本发明的优选实施例，虚拟存储系统中的地址空间是全程的。全程的意味着，不管处理器上运行的是什么程序，物理存储单元映象到相同的虚拟地址空间。由写禁止位伴随的访问码用于控制程序访问不同的地址。

另外，虚拟存储系统的属性用于控制对I/O设备地址空间的访问。在虚拟存储系统中，对处理器地址空间中页的访问分配在每个应用程序中。这种访问可以是读地址空间中存储的信息（读访问），也可以是读地址空间中存储的信息并向地址空间中写入信息（读、写访问）。

在本发明的优选实施例中，分配给每个I/O设备两页的地址空间，其中一页是特权页，另一页是非特权页。由于页可以很大，例如一页可以包含512个地址，以致每一页地址空间中的许多地址并没有I/O设备的寄存器与其相关联。

但是，每个I/O设备寄存器都与它的I/O设备两页地址空间中每一页的一个地址相关联。所有与某单个寄存器相关联的各自页中的地址都有相同的对该页的偏移量。寄存器可以是特权的或非特权的。如果一个寄存器用于控制I/O设备的DMA操作，或用于对处理器产生中断，或可用于其它破坏系统安全性的操作，则该寄存器被认为是特权寄存器。

非特权寄存器可在特权页和非特权页中做完全操作。在特权页和非特权页中的完全操作意味着，对特权页或非特权页中与非特权寄存器相关联的地址的读或写，其结果都是对非特权寄存器的读或写。

特权寄存器只能在特权页中做完全操作。这就是说，对与特权寄存器相关联的地址的读或写，只有在特权页中才导致对特权寄存器的读或写。对应不同的设置，特权寄存器在非特权页中可以是只能读不能写，或者是既不能读也不能写。