自考 操作系统第6章 设备管理11.docVIP

第6章 设备管理 学习目的与要求： 了解设备管理与文件管理的合作关系；理解怎样实现独占设备的分配和磁盘的驱动调度；缓冲技术的应用以及怎样实现虚拟设备；了解UNIX系统对块设备的管理技术。 重点：独占设备的分配；磁盘的驱动调度；虚拟设备的实现 教学内容：“设备”泛指计算机系统中的外部设备，即除主机以外的其他所有设备。在多道程序设计环境下，计算机系统允许多个用户作业同时在内存，它们的运行势必涉及到I/O设备。于是，对于设备本身，有一个如何有效利用的问题；对于设备和CPU，有一个如何发挥并行工作能力的问题；对于设备和用户，有一个如何方便使用的问题。 6.1设备管理的功能 1.实现外围设备的分配与回收 2.实现外围设备的启动 3.实现对磁盘的驱动调度 4.处理外围设备的驱动调度 5.实现虚拟设备 6.2 设备的分类 计算机系统配有各种各样的设备，常见的有显示器、键盘、打印机、磁带机、磁盘机、光盘、激光打印机、绘图仪、鼠标、图形数字化仪器，声音输入输出设备等等。可以从不同的角度去对外部设备进行分类。 ⑴基于设备的从属关系，可以把系统中的设备分为系统设备与用户设备两类。 系统设备：操作系统生成时就纳入系统管理范围的设备就是系统设备，通常也称为“标准设备”。比如键盘，显示器、打印机和磁盘驱动器等。 用户设备：在完成任务过程中，用户特殊需要的设备称为用户设备。由于这些是操作系统生成时未经登记的非标准设备，因此对于用户来说，需要向系统提供使用该设备的有关程序（如设备驱动程序等）；对于系统来说，需要提供接纳这些设备的手段，以便将它们纳入系统的管理。 ⑵基于设备的分配特性，可以把系统中的设备分为独享设备、共享设备和虚拟设备三类。 独享设备：打印机、用户终端等大多数低速输入、输出设备都是所谓的“独享设备”。这种设备的特点是：一旦把它们分配给某个用户进程使用，就必须等它们使用完毕后，才能重新分配给另一个用户进程使用。否则不能保证所传送信息的连续性，或会出现混乱不清、无法辨认的局面。也就是说，独享设备的使用具有排它性。 共享设备：磁盘等设备是所谓的“共享设备”。这种设备的特点是：可以由几个用户进程交替地对它进行信息的读或写操作。从宏观上看，它们在同时使用，因此这种设备的利用率较高。 虚拟设备：通过大容量辅助存储器的支持，利用SPOOLing技术，把独享设备“改造”成为可以共享的设备，但实际上这种共享设备是并不存在的，于是把它们称为“虚拟设备”。 ⑶基于设备的工作特性，可以把系统中的设备分为输入/输出设备和存储设备两类。 输入/输出设备：输入设备是计算机“感知”或“接触”外部世界的设备，比如键盘。用户通过输入设备把信息送到计算机系统内部；输出设备是计算机“通知”或“控制” 外部世界的设备，比如打印机。计算机系统通过输出设备把计算机的处理结果告知用户。由于这些输入/输出设备都是以单个字符为单位来传送信息的，因此通常也把它们称为“字符设备”。 存储设备：存储设备是计算机用于长期保存各种信息、又可以随时访问这些信息的设备，磁带和磁盘是存储设备的典型代表。 终端设备：通用终端、多用终端和虚终端。 磁盘的特点是存储容量大，存取速度快，并且能够顺序或随机存取。操作系统中的很多实现技术（比如存储管理中的虚拟存储，本章将要介绍的虚拟设备等），都是以磁盘作为后援的。因此，它越来越成为现代计算机系统中的一个不可缺少的重要组成部分。 磁盘有软盘、硬盘之分，硬盘又可分为固定头和活动头两种。磁盘种类虽多，但它们基本上由两大部分构成：一是存储信息的载体，也就是通常所说的盘片；二是磁盘驱动器，它包括磁头、读/写驱动放大电路、机械支撑机构和其他电器部分。 每个盘片有正反两个盘面，若干盘片组成一个磁盘组。磁盘组被固定在一个轴上，沿着一个方向高速旋转。每个盘面有一个读/写磁头，所有的读/写磁头被固定在移动臂上，同时进行内、外的运动。 要把信息存储到磁盘上，必须给出磁盘的柱面号、磁头号和扇区号；读取信息时，也必须提供这些参数。每个盘面上有许多同心圆构成的磁道，把它们从0开始由外向里顺序编号。不同盘面上具有相同编号的磁道形成一个个柱面。于是，盘面上的磁道号就称为“柱面号”。每个盘面所对应的读/写磁头从0开始由上到下顺序编号，称为“磁头号”。随着移动臂的内、外运动，带动读/写磁头访问所有的柱面（即磁道）。 当移动臂运动到某一位置时，所有读/写磁头都位于同一柱面。不过根据磁头号，每次只能有一个磁头可以进行读或写操作。在磁盘初始化时，把每个盘面划分成相等数量的扇区。按磁盘旋转的反向、从0开始为每个扇区编号，称为“扇区号”。要注意的是，每个扇区对应的磁道弧长虽然不一，但存储的信息量是相同的（比如都是1024个字节）。扇区是磁盘与内存进行