操作系统：第4章

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1、第4章设备管理在此，“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。退出外部设备品种繁多，功能各异，对它们管理的好坏，会直接影响到整个系统的效率。不管设备怎样复杂，用户都不会愿意面对一种设备一种接口的、让人眼花缭乱的使用方式，总是希望面对所有设备有相同接口的方式，这就是所谓的“与设备无关性”。正因为这样，也就更增加了操作系统中设备管理实现的难度。在

2、众多的I/O设备中，并不是所有的设备都是可以共享使用的。也就是说，当一个作业使用某种设备时，另一个要使用的作业只能暂时等待，一直到对方使用完毕，它才能去使用，这影响了系统效率的发挥。在设备管理中，仍然可以借助于磁盘，把只能独享的设备变为共享，这就是所谓的“虚拟设备”本章着重讲述四个方面的内容：（1）完成一个I/O请求的步骤；（2）如何管理和分配系统中的设备；（3）数据传输的各种控制方式；（4）设备管理中常用的若干技术。4.1概述4.2输入/输出的处理步骤4.3设备的分配与调度算法4.4数据传输的方式4.5设备管理中的若干技术4.1概述4.1.1计算机设备的分类计算机系统配有各种各样的设备，常

3、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。（1）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

4、理。比如对于MS-DOS，可以在CONFIG.SYS文件中，通过使用命令DEVICE，把特定的设备驱动程序装入到内存，以便把某一个设备（如鼠标、扫描仪等）配置到计算机中。（2）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

5、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（见4.5.2节），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”。（3）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

6、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。磁带是一种严格按照信息存放物理顺序进行定位与存取的存储设备。磁带机读/写一个文件时，必须从磁带的头部开始，一个记录、一个记录地顺序读/写，因此它是一种适于顺序存取的存储设备。为了控制磁带机的工作，硬件系统提供有专门关于磁带机的操作指令，用以完成读、反读、写、前跳或后跳一个记录、快速反绕、卸带以及擦除等功能。比如当要查找的记录号小于当前磁头所在位置下的记录号时，系统就可以通过前跳一个或几个

7、记录以及反读指令来实现，这比总是从带的起始端开始查找要快得多。磁带机的启停必须要考虑到物理上惯性的作用，当启动读磁带上的下一个记录时，必须经过一段时间，才能使磁带从静止加速到额定速度；在读完一个记录后，到真正停下来，又要滑过一小段距离。因此，磁带上每个记录之间要安排有所谓的“记录间隙（IRG）”存在，如图4-1(a)所示。记录间隙一般为0.5英寸。设磁带的数据存储密度为每英寸1600字节，一个记录长80字节，