操作系统——设备管理

我就是我 2022-07-15 07:59 278阅读 0赞

## 操作系统——设备管理 ##

文件系统为用户就提供了按名存取的功能，用户只要把信息组织成逻辑文件，提出存取要求后，文件系统就能按用户的要求和外围设备特性实现逻辑文件与物理文件之间的转换。但在实现这种转换时，必须要对外围设备进行启动和控制。这一功能是由操作系统中的设备管理部分来完成的所以设备管理与文件系统是密切相关的，文件系统确定文件应怎样转换以及确保文件的安全使用，而设备管理实现文件信息在存储介质与主存储器之间的传送，他们共同为用户使用文件提供方便。

**一、设备管理功能：**

1、实现对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、处理外围设备的中断事件。

5、实现虚拟设备。

**二、分类：**

1、按数据组织分类：块设备和字符设备

2、从资源分配角度：独占、共享和虚拟设备。

（1）独占：一段时间内只允许一个用户访问的设备；

（2）共享：允许多个进程同时访问的设备；

（3）虚拟：通过虚拟技术奖多个独占设备变换为若干台供多个用户共享的逻辑设备（Spooling技术实现）。

3、按数据传输率：低速、中速和高速设备。

**三、目标任务：**

目标：如何提高设备的利用率。

任务：保证在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定的策略分配和管理各种设备，控制设备的各种操作，完成I/O设备与主存之间的数据交换。

**四、相关缓冲技术：**

1、通道技术

引入通道目的是使数据传输独立于CPU，使CPU从繁琐的I/O工作中解脱出来。设置通道后，CPU只需向通道发出I/O命令，通道收到命令后，从主存中取出本次I/O要执行的通道程序并执行，仅当通道完成了I/O任务后才向CPU发出中断信号。

2、DMA技术

全称直接主存存取，不需要CPU的任何干涉，只需CPU开始启动与过程结束时的处理，实际操作由DMA硬件直接执行完成，CPU在此传送过程中可做别的事情。例如，在非DMA时，打印2048字节至少需要执行2048次输出指令，2048次中断处理的代价。而在DMA情况下，若传送512字节，则只需执行4次输出和4次打印机中断。

3、缓冲技术

（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾；

（2）减少对CPU的中断频率；

（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性

缓冲技术：

操作系统中把利用缓冲区来缓解处理器与外围设备之间工作速度不匹配的矛盾而采用的技术。操作系统中采用的缓冲技术有单缓冲技术、双缓冲技术和缓冲池技术。

单缓冲：

假定一个用户进程要处理磁盘上的某个文件。操作系统就先从磁盘上找到该文件，再把该文件的第一块信息读到缓冲区，接着把缓冲区中内容传送到用户工作区。这时趁用户正在处理信息时可把磁盘文件的下一块信息预读到缓冲区。

双缓冲：

用户进程需要读信息时，操作系统启动外围设备，把用户需要的后继信息读入缓冲区1，在把缓冲区1中的信息传送给用户进程的同时，可把用户需要的后继信息读入缓冲区2。这样，当用户进程处理完来自缓冲区1的信息后，系统可从缓冲区2中把信息直接传送给用户进程。

4、Spooling技术

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Spooling系统的工作过程是操作系统初启后激活Spooling预输入程序使它处于捕获输入请求的状态，一旦有输入请求消息，Spooling输入程序立即得到执行，把装在输入设备上的作业输入到硬盘的输入井中并填写好作业表，以便在作业执行中要求输入信息时可以随时找到他们输出程序把硬盘上输出井的数据送到慢速的输出设备上。

**五、磁盘调度：**

磁盘是可被多个进程共享的设备。当有多个进程请求访问磁盘时，为了保证信息的安全，系统在每一时刻只允许一个进程启动磁盘进行I/O操作，其余的进程只能等待。

磁盘调度分为移臂调度和旋转调度，先进行移臂调度，然后进行旋转调度。

**1、磁盘驱动调度：**

（1）先来先服务

（2）最短寻道时间优先

（3）扫描

（4）单向扫描调度

**2、旋转调度：**

当移动臂定位后，有多个进程等待访问该柱面时，应当如何决定这些进程的访问顺序？旋转调度应考虑三种情况：

（1）   访问的同一磁道不同扇区

（2）   访问不同磁道不同扇区