操作系统教程——Linux实例分析 教学课件 作者 孟庆昌 第1－8章第6章 设备管理.ppt

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1、第6章设备管理6.1概述6.2缓冲技术（Buffering）6.3设备分配技术6.4I/O软件构造原则6.5磁盘调度和管理6.6Linux系统的设备管理习题6.1概述6.1.1设备分类1.存储设备存储设备也称为外存或后备存储器、辅助存储器。它们主要是计算机用来存储信息的设备，虽然它们的存储速度较内存慢，但比内存容量大得多，价格也相对便宜。存储设备通常包括磁盘、CD-ROM、磁带等。特别是磁盘，在现代计算机系统中得到广泛应用，多数处理过程都是基于磁盘系统的。磁盘提供了基本的联机信息（程序和数据）的存储。大多数程序，像编译程序

2、、汇编程序、编辑程序、格式化程序以及用户程序，等等，都是以文件形式存放在磁盘上，在使用时才调入内存的。在这类设备上存储的信息，在物理上往往是按字符块组织的，每一块有固定的大小，并且有自己的磁盘地址。常用块的大小从512字节到32768字节。2.输入/输出设备它们又可分为输入和输出两类。输入设备是计算机用来接受来自外部世界信息的设备，例如终端键盘输入、卡片输入机、鼠标等。输出设备是将计算机加工处理好的信息送向外部世界的设备，例如终端屏幕显示或打印输出部分、激光打印机、卡片输出机等。而modem设备既可以输入，也可以输出。6.

3、1.2设备管理的功能设备的种类繁多，而其物理特性和使用方式各不相同，所以设备管理程序在整个操作系统中占很大比重。设备管理要达到的目标主要是：(1)向用户提供使用方便而且独立于设备的界面。(2)提高各种外设的使用效率。(3)在设计上，对各种外设尽可能采用统一的管理方法，使得设备管理系统简练、可靠且易于维护。为了实现上述目标，操作系统的I/O管理子系统主要实现如下功能：(1)监视设备状态。(2)进行设备分配。(3)完成I／O操作。(4)缓冲管理与地址转换。6.1.3通道技术1.输入/输出系统结构比较典型的输入/输出系统具有四级

4、结构：内存、通道、控制器和外部设备。如图6-1所示。外部设备通常由机械和电子两部分组成。由于许多设备往往不是同时使用的，因此为降低成本常将电子部分从设备中独立出来构成一个部件，称为控制器。一个控制器可交替地控制几台同类设备。图6-1I/O系统四级结构2.通道的类型虽然各种I／O通道的基本功能是相同的，但其形式和规模却相差很大。有的很简单，有的甚至用CPU作为I／O通道。根据信息交换的方式，通道可以分成三种类型：字节多路通道、选择通道和成组多路通道。(1)字节多路通道。字节多路通道以字节作为信息输送的单位，它往往服务于多台低

5、速的I／O设备，例如卡片输入机、打印机等。(2)选择通道。选择通道在同一时间里只能为一台设备服务，能连续地传输一批数据，故传输速率很高。(3)成组多路通道。成组多路通道结合了字节多路通道分时操作和选择通道高速传送的优点，被广泛用于连接高速和中速的设备。图6-2中描述了IBM370系统的结构，它包括了上述三种类型的通道。图6-2IBM370系统结构6.1.4设备控制器在大多数微型机和小型机中都使用单总线实现CPU与控制器之间的通信，如图6-3所示。控制器是I／O设备的电子部分，它协调和控制一台或多台I／O设备的操作，并实现设

6、备操作与整个系统操作的同步。在小型机和微型机上，控制器往往以印刷电路卡的形式插入计算机中。很多控制器可以管理2台、4台甚至8台同样的设备。操作系统总是与控制器打交道，而不是与设备直接作用。图6-3利用总线连接CPU、内存、控制器和I/O设备6.2缓冲技术（Buffering）6.2.1缓冲技术的引入计算机系统中各个部件间速度的差异是很大的。CPU的速度是以微秒甚至毫微秒量级计算的，而外设一般的处理速度是以毫秒甚至秒量级计算的。在不同时刻，系统中各部分的负荷也常常很不均衡。缓冲技术同样适用于输出的情况，CPU把产生的记录放入

7、缓冲区，输出设备从中取出来输出它们。实际上，缓冲区不仅限于CPU和I/O设备之间，凡是数据到达速率和离去速率不同的地方都可设置缓冲区。6.2.2缓冲区的设置1.单缓冲如果数据到达率与离去率相差很大，则可采用单缓冲方式。2.双缓冲当信息的输入和输出速率相同（或相差不大）时，可利用双缓冲区，实现二者的并行。如图6-4所示。3.多缓冲对于阵发性的输入、输出，双缓冲区往往不够使用，并且不能获得令人满意的CPU和I／O设备的并行操作。图6-4双缓冲工作示例6.3设备分配技术6.3.1设备分配技术1.与设备分配相关的因素各种设备是系统

8、掌管的资源。在一般系统中，进程个数往往多于设备数，从而引起进程对设备的竞争。(1)I／O设备的固有属性。（2）系统所采用的分配算法。（3）设备分配应防止死锁发生。（4）用户程序与实际使用的物理设备无关。2.设备分配技术根据设备的使用性质可将设备分为独占设备、共享设备和虚拟设备三种。（1）独占设备是不能被