计算机软件基础之操作系统设备管理

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1、*1操作系统之设备管理输入输出管理计算机外部设备在计算机系统中除CPU和内存储器外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。外部设备（可以从不同的角度来分类）存储设备：用来存放各种信息的设备称为存储设备，例如，软盘、硬盘、光盘和磁带等；I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。I/O管理就是设备管理，它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。*2I/O管理功能1.状态跟踪设备控制块是存放设备管理和控制信息的数据结构。系统要掌握设备的状态。2.设备存取决定一种策略，实现对设备的存取

2、操作。3.设备分配在多用户的环境下，负责设备的分配和回收。静态分配、动态分配4.设备控制设备控制包括设备的驱动、完成和故障中断处理。*3即：分配设备按设备的不同类型和操作系统选用的算法分配，包括分配相应的通道、设备控制器以及对未分配的任务或作业进行排队等。控制和实现真正的输入输出并行操作包括通道程序控制、启动设备、及时响应及处理中断讯号等。对输入输出缓冲区进行管理如：逻辑名的管理，多个缓冲区的分时及串并行操作，同类多个外部设备的均衡工作。在一些较大系统中实现虚拟设备技术。*4设计目标：1.方便性：为用户提供友好的使用环境2.设备独立性：用户的程序与设备要

3、互相独立3.并行性：各设备充分并行工作，同时防止死锁产生4.有效性与均衡性：避免各设备忙闲不均分类：1、独享设备、共享设备、虚拟设备2、逻辑设备、物理设备*5设备独立性设备独立性的概念设备独立性是指用户在编程序时所使用的设备与实际设备无关。两类设备独立性：1.一个程序应独立于分配给它的某类设备的具体设备。即在用户程序中只指明I/O使用的设备类型即可。如在系统中配备了两台打印机，用户要打印时只要告诉系统要将信息送到打印机即可。2.程序要尽可能地与它使用的设备类型无关。即在用户程序中只要指出要输入或输出信息，至于信息I/O使用的设备不需用户指明。*6二、设备

4、独立性的实现逻辑设备和实际设备的联系通常是由操作系统命令语言中提供的信息实现的。在用户一级仅进行逻辑指派，而操作系统的I/O管理模块则需要建立逻辑设备——物理设备的连接（通过构造逻辑描述器），并在进程请求设备时进行设备分配和设备传输控制。有的系统可以通过作业说明书提供的信息或键盘命令实现设备独立性。*7一个具体进程的逻辑设备名和物理设备名的对应关系记录在被称为逻辑设备描述器（LLD）的数据结构中，并由PCB中的一个指针指向它。当进程第一次使用某个逻辑设备时，系统为其分配一台给定类型的具体设备，称在该点上进程打开了这个逻辑设备。逻辑设备的关闭指的是不再使用

5、这个逻辑设备了，相应的逻辑设备描述器可释放给系统。逻辑设备描述器包含四项内容：设备逻辑名、设备物理名、设备控制块指针、逻辑设备描述器队列勾链字。*8三、设备独立性的优点1.方便用户编程2.使用户程序运行不受具体的机器环境的限制。系统提供标准输入和输出，在用户程序中的输入输出都使用这两个标准的I/O，实际运行时，根据具体情况而定。如果配备打印机，则将输出信息送到打印机打印，如果没有配备打印机，就把输出重向到某个指定文件，把要打印的信息送到该文件中。3.便于程序移植*9缓冲技术CPU与各种外部设备的速度上的差异很大，设备与设备之间的速度差异也很大。系统有时会

6、产生大量的数据需要I/O，有时又会很长时间没有I/O。造成I/O负荷的不均匀要解决这两个方面的问题就要引入缓冲的概念。*10在I/O部分缓冲所起的作用（1）解决信息的到达率和离去率不一致的矛盾由于输入数据的速度和处理数据的速度往往不相同，于是，有必要设置一个缓存，作为它们之间的缓冲，以解决它们速度上的匹配以及由于速度不一致而造成数据的丢失和紊乱。（2）缓存起中转站的作用缓存可以是内存与外存之间的中转站（3）使得一次输入的信息能够多次使用这主要是用在文件系统中，由于有的文件是可以共享的，所以会出现多个任务同时需要使用一个文件的情况，这样就可以从缓存中读取所

7、需内容，而不必启动I/O到外存上去读取；另外，在通道或控制器内设置局部寄存器作为缓冲寄存器，可暂存I/O信息，以减少中断CPU的次数。*11缓冲的实现方式（a）硬件方式一般是采用专用硬件缓冲器，如I/O控制器中的数据缓冲寄存器等。（b）软件方式开辟出一个具有N个单元的专用缓冲区，以便临时存放I/O操作期间的数据。操作系统为每一个缓冲区建立一个数据结构，称为缓存控制块BCB（buffercontrolblock）。操作系统通过BCB对每一个缓存实施具体的管理。常用的缓冲技术有三种：单/双缓冲、环形缓冲、缓冲池*12双缓冲系统设置两个缓冲区，BUF1和BUF

8、2，各进程使用这两个缓冲区。这种缓冲技术是最简单的，用于低频度活动的I/O系统。