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(九)操作系统-设备管理

Published: at 17:00:45

概述

计算机外围设备

设备管理,普遍使用I/O中断、缓冲区管理、通道、设备驱动调度等多种技术,较好地克服了外设与主机速度不匹配的问题,使主机与外设并行工作,提高使用效率。

I/O功能实现技术的进展

I/O子系统的技术模式

编程I/O

中断驱动I/O

直接存储访问(direct memory access,DMA)

直接存储访问DMA

DMA方式是一种完全由硬件执行I/O功能的方式,在高速大容量存储器和主存之间交换数据时,若采用编程I/O和中断驱动I/O方式都有弊端;

DMA方式主要优点:速度快,由于CPU根本不参加传送操作,因此节省了CPU时间。

DMA方式的缺点是:硬件线路比较复杂。

I/O子系统的设计目标

I/O子系统控制主存与外围设备之间的数据传输,其设计目标主要有:

设备分类

按输入输出特性分:

  1. 输入型外围设备、输出型外围设备、存储型外围设备三类;

按输入输出信息交换的单位分:

  1. 字符设备——存储或传送不定长的数据,对字符设备不能随机访问,也不允许查找操作,如:终端、打印机、鼠标、声卡等;
  2. 块设备——存储的是定长且可随机访问的数据块,如:硬盘驱动器、软盘驱动器、CDROM驱动器等。

输入输出型设备多为字符设备,与内存进行信息交换的单位是字节;

存储型外围设备一般为块设备,一次与内存交换一个或几个块的信息;

存储型外围设备又分为:顺序存取存储设备(如磁带)和直接存取存储设备(如磁盘);

不同设备的物理特性在以下方面都有很大不同:数据传输率、数据表示方式、传输单位、出错条件等。

设备命名

主次设备号

内部号和外部号

设备文件与路径名

磁盘调度

磁盘的硬件特性

对磁盘迭中的物理记录进行定位,需要三个参数:柱面号、磁头号、扇区号

磁盘调度算法

评价磁盘调度策略优劣的主要因素

  1. 吞吐量
  2. 平均响应时间
  3. 响应时间的可预期性(或变化幅度)

先来先服务策略(FCFS)

最短查找时间优先策略(SSTF)

扫描策略(SCAN)

循环扫描策略(C-SCAN)

对扫描策略的改进。

虚拟设备

现代操作系统都提供虚拟设备的功能来提高系统的效率。

脱机外围设备操作把独占使用的设备转化为可共享的设备,在一定程度上提高了效率,但却带来了若干新问题:

  1. 增加了外围计算机,不能充分发挥这些计算机的功效;
  2. 增加了操作员的手工操作,在主处理机与外围处理机之间要来回传递输入输出卷,这种手工操作出错机会多,效率低;
  3. 不易实现优先级调度,不同批次中的作业无法搭配运行。

假脱机技术的中心思想是通过共享设备使独占型设备变为共享的虚拟设备。

假脱机系统

操作系统将大批信息从输入设备上预先输入到输入井中暂时保存,这种方式称为“预输入”;

作业使用数据时不必再启动输入设备,而只要从输入井中读取;

同样,作业执行中不必直接启动输出设备输出数据,而只要将作业的输出数据暂时保存到输出井中,作业执行完毕后,由操作系统组织信息成批输出,这种方式称为“缓输出”。

优点:

  1. 首先,设备的利用率提高了;
  2. 其次,作业执行中不再和低速的设备联系,而直接从磁盘的输入缓冲区获得输入数据,且只要把输出信息写到磁盘的输出缓冲区就认为输出结束了,减少了作业等待输入输出数据的时间,也就缩短了它的执行时间,此外,还具有能增加多道程序的道数,增加作业调度的灵活性等优点。

与脱机外围设备操作相比,辅助存储器上的输入和输出缓冲区相当于输入磁盘和输出磁盘,预输入和缓输出程序完成了外围计算机做的工作。联机的同时外围设备操作又称作假脱机操作,采用这种技术后使得每个作业感到各自拥有独占使用的设备若干台。

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(一)操作系统-概述

(二)操作系统-运行环境

(三)操作系统-进程管理

(四)操作系统-多线程

(五)操作系统-进程间的交互

(六)操作系统-处理器调度及死锁

(七)操作系统-主存储器管理

(八)操作系统-虚拟存储管理

(九)操作系统-设备管理

(十)操作系统-文件系统