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计算机操作系统 Operating System of Computer 第七章 设备管理 主要内容： I/O系统的组成 I/O控制方式 缓冲管理 设备分配 设备处理 SPOOLING技术 知识点及要求： 了解操作系统处理用户 I/O请求的基本过程。 要求掌握通道、缓冲、设备独立性的概念。 掌握 I/O控制方式及设备驱动程序，设备分配的数据结构及分配程序。 掌握设备分配技术，设备管理程序功能，理解缓冲技术和Spooling系统及磁盘调度算法。 7.1 概 述 7.1.1 设备的分类 1、按传输速率分 低速设备：每秒几个到数百字节。如Modem 中速设备：每秒数千到数万字节。如打印机 高速设备：每秒数百K到数兆。如磁盘、磁带 2、按信息交换的单位分类 字符设备：I/O传输的单位是字节，如打印机、modem等。特征：速率较低、中断驱动。 块设备 ： I/O传输的单位是块，如磁盘、磁带。特征：速率高（几兆）、可随机访问任一块、DMA方式驱动。 3. 按资源管理方式分类 独占型设备：在任一段时间内最多有一个进程占用它，字符设备及磁带机属独占型设备。即临界资源。 共享型设备：多个进程对它的访问可以交叉进行，除磁带机外的块设备属共享设备。 虚拟设备：在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚拟设备。 7.1.2 设备管理的目标 1.设备独立性 所谓设备独立性：用户在编制程序时，使用逻辑设备名，由系统实现从逻辑设备到物理设备（实际设备）的转换。用户能独立于具体物理设备而方便的使用设备。 两种类型的设备独立性 独立于同一类设备中的某台具体设备。 如果一个系统中有若干台相同的设备，用户编程时不指定使用哪一个具体的设备，而仅说明要使用哪一类设备，系统根据当前这一类设备的具体状况给用户分配一台具体的设备。用户不用关心他所使用的到底是哪一台设备。 独立于不同类型的设备。 例如有一程序要求输入信息，可以从各种不同类型的输入设备上给程序输入数据，则称该程序是独立于不同类型的输入设备的。 又如在MS-DOS系统中，程序的I/O操作不必指出在哪台设备上进行，一般情况下是从键盘上输入数据，而在显示器上输出数据。但用户可以做一次联机操作命令Ctrl+P，则输出数据可以在打印机上打印出来。 2.提高设备利用率 提高设备的使用效率是操作系统设备管理的重要目标。 为达到此目标除了要合理分配和使用外部设备外，还应努力提高设备同CPU的并行程度。与此有关的技术有：通道技术和缓冲技术。 3. 设备的统一管理 外设的种类繁多，特性各异，主要差别反映在以下几个方面： 速度：不同的设备处理和传递信息的速度差别甚大，如键盘每秒钟只能处理几个或几十个字符，而磁盘的处理速度可达几十MB/S。 传递单位：有的设备以字符为单位传递信息，如键盘。有的以字符块为单位传递信息，如磁盘。 操作方法和特性：各种设备都有自己的特性和操作方法，如卡片机中的卡片不能倒退，磁带机可反绕，磁盘可随机存取。 出错条件：各种设备的出错条件不同，有的可能产生奇偶错，打印机可能产生无纸错等。 设备管理程序力图隐蔽上述各种设备的差别，向用户提供统一的设备使用接口，这会给系统的设计带来困难，但方便了用户。 如UNIX系统把外设作为特别文件处理，把设备看作文件，用操作文件的方法来操作设备，这极大地方便了用户。这种设备管理方法无疑是个重大的突破。 7.1.3 设备管理的功能 1.监视系统中所有设备的状态 一个计算机系统中存在着许多设备，在系统运行期间这些设备都在处理各自所承担的工作，并处于各种不同的状态，系统要有效地管理和使用这些设备就必须监视它们的工作状态。 系统为每个设备设置设备控制块DCB结构，在DCB中登记了设备的状态信息，系统是经过对DCB的查询来监视设备的活动的。 2.设备的分配 在多用户或多进程的环境中，每个用户在完成各自的任务时总是要使用外设，为用户或进程分配设备是设备管理的主要功能之一。 设备分配包括：设备分配策略、分配的方式、分配技术和选择用户的算法。 3、I/O控制 I/O控制是设备管理的另一功能，它包括设备驱动和设备中断处理。 7.1.4 设备管理数据结构 设备控制块(DCB) DCB是设备管理的重要数据结构，在这个结构中较全面地反映了每台设备的特性、连接和使用的状态等信息。当一台设备进入系统时必须创立相应的DCB DCB的内容 设备标识符：系统有许多设备，为区别起见为每台设备取个名，这个名叫设备标识符。 设备属性：反映设备的相应特性和类型 设备I/O总线地址：设备和CPU是通过I/O总线连接起来的，它在总线上有个地址。 设备状态：指设备当时所