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设备分配的原则 设备分配总原则：充分发挥设备利用率，避免由于不合理分配引起进程死锁。 具体考虑以下方面： 设备的固有属性 （独占、共享、虚拟）。 设备分配算法（先来先服务、优先级）。 设备分配的安全性（安全或不安全分配方式）。 设备独立性（用户程序独立于使用的物理设备）。 设备分配方式 静态分配：在进程分创建时分配，在进程退出时释放； 优缺点：不会出现死锁； 　　　　设备利用率不高； 动态分配：在进程执行过程中根据需要分配，使用结束后释放； 优缺点：需要考虑死锁问题 　　　　有利于提高设备利用率 设备调度--输入输出调度算法 先到先服务算法 最短查找时间优先算法 扫描算法（电梯算法） N步扫描法 缓冲技术 缓冲 是两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。 不同的缓冲方式 缓冲器(硬缓冲) 缓冲器是用来暂时存放数据的一种存储装置，它容量较小，存取速度快。 软件缓冲 在I/O操作期间用来临时存放I/O数据的一块存储区域。 缓冲类别 单缓冲(single buffer)：设一个缓冲区，CPU和外设轮流使用， 一方处理完之后接着等待对方处理。 双缓冲(double buffer)：设两个缓冲区，CPU和外设都可以连续处理而无需等待对方。要求CPU和外设的速度相近。 多缓冲(multiply buffer)：多个缓冲区，CPU和外设的处理速度可以相差较大。如用于输入或输出的环形缓冲区。（一般是专用） 缓冲池(buffer　pool)：由多个缓冲区构成，既可用于输入也可用于输出，多个进程共享，可用于多种设备。（通用，利用率高） 缓冲类别 I/O设备 输入 用户进程 操作系统 I/O设备 输入 用户进程 操作系统 输入 I/O设备 用户进程 操作系统 (a) (b) (c) 　(a)单缓冲 ;(b)双缓冲; (c)循环缓冲 虚拟设备 虚拟设备的思想是，独占型设备与内存进程之间加入共享型设备作为过渡 因为共享型设备速度快，进程I/O传输所需的时间较短，提高了进程执行速度 由于信息在独占型设备与共享型设备之间的传输时连续进行的，独占型设备在占用期间一直使用，提供了设备资源的利用率 SPOOLing技术 SPOOLing技术 Simultaneous Peripheral Operation On Line（并发的非实质性在线操作） SPOOLing又被称为“假脱机”技术 输入井：在磁盘用于虚拟输入设备的专门空间。该井用于收容输入设备上的输入数据 输出井：在磁盘用于虚拟输出设备的专门空间。该井用于收容用户进程需要输出的数据 虚拟分配：当进程请求I/O时，OS给进程分配的不是真正的物理设备，而是这些可共享的、并与物理设备有逻辑联系的虚拟设备---“井” 采用共享的方式为进程分配一个共享设备“井” 将“井”与指定的独占设备关联 SPOOLing技术，实际上 就是一种磁盘缓冲技术 SPOOLing技术 磁盘 虚拟设备1 虚拟设备2 虚拟设备3 虚拟设备4 进程A 进程B 进程C 进程D 输入设备 输出设备 虚拟设备及其虚拟分配 输入井 输出井 虚拟分配 I/O系统的软件组织 操作系统 I/O硬件管理 I/O软件管理 上层用户程序（应用层） 设备 控制器 命令寄存器 底层硬件设备（物理层） 中断处理程序 设备驱动程序 与设备无关的I/O软件 用户空间的I/O软件 状态寄存器 数据寄存器 Linux 的设备管理 Linux 系统把每一个I/O设备看成一个文件，即设备文件。 Linux 设备管理： 向上（面向用户）提供设备文件的系统调用 向下（面向设备）内核将控制权交给设备驱动，由其完成底层的设备驱动。 Linux 系统用主设备号和从设备号来标识设备。 主设备号（major number）描述控制这个设备的驱动程序，驱动程序和主设备号一一对应，主设备号相同的设备使用同一个驱动程序。 从设备号（minor number）用来区分同一个驱动程序控制的不同设备。 设备驱动程序接口 Linux 设备管理向其他子系统提供了一个统一的接口，即通过结构file_operations 来完成。 Linux 的设备驱动程序的框架 设备驱动程序与外界的接口分为三部分 驱动程序与操作系统内核的接口 驱动程序与系统引导的接口 驱动程序与设备的接口 设备驱动设备的程序结构分为如下几部分 驱动程序的注册与注销； 设备的打开与释放； 设备的读写操作； 设备的控制操作； 设备的中断和轮询处理。 Linux 的块设备驱动程序 接口 IDE 硬盘为块设备，因此采用了缓冲技术 Linux 的块设备驱动程序 接口的注册与注销 通过ide_init()进行初始化，包括设置硬盘的初值init_ide_data()，设置PCI_IDE 接口参数