操作系统中的设备管理与I/O系统详解

"数据交付方式-操作系统设备管理" 操作系统在处理数据交付时，主要涉及的是I/O（输入/输出）系统，这是操作系统的重要组成部分，负责管理硬件设备，特别是数据的读取和写入操作。在本资源中，重点讨论了数据交付的方式以及与之相关的I/O设备管理。 首先，数据交付过程是这样的：当一个进程需要访问磁盘上的某个数据块时，操作系统会检查内存中的高速缓存（也称作磁盘高速缓存）是否已经存储了该数据。如果数据在高速缓存中存在，那么就直接从高速缓存中提取并交付给请求的进程，这一过程被称为命中。反之，如果数据不在高速缓存中，操作系统会从磁盘读取所需的数据，同时将数据送入高速缓存，然后交付给进程，这称为未命中。高速缓存的使用大大提高了数据访问速度，因为它减少了对慢速磁盘的直接访问。 接着，I/O系统的概念被提及，它包括I/O控制方式、缓冲管理、I/O软件、设备分配以及磁盘存储器的管理等多个方面。I/O控制方式决定了操作系统如何与硬件设备进行交互，包括中断驱动、DMA（直接存储器访问）等。缓冲管理则是为了协调不同设备间速度差异，通过临时存储数据来提高整体效率。I/O软件包括驱动程序和设备无关的系统调用，使得应用程序可以独立于具体的物理设备进行操作。 设备管理的主要任务包括处理用户的I/O请求，提升I/O速度和设备利用率。设备分配涉及如何有效地分配和回收设备资源，以满足多个并发进程的需求。虚拟设备和设备独立性是通过软件手段使得用户进程不必关心实际使用的物理设备，简化了系统管理和使用。 在设备分类中，按照使用属性，设备可以分为存储设备（如外存）和输入/输出设备（包括输入设备如键盘、输出设备如打印机以及交互式设备）。根据传输速率，设备分为低速、中速和高速设备。按信息交换单位，有处理字符块的块设备（如磁盘）和处理单个字符的字符设备（如键盘、打印机）。最后，按设备的共享属性，有独占设备、共享设备和虚拟设备，后者通过虚拟化技术实现多用户共享。 设备控制器是硬件设备与CPU通信的关键，它负责控制数据的传输，包括数据信号线、控制信号线和状态信号线，以确保数据正确、高效地在设备和系统之间移动。设备控制器的可编址特性意味着它可以被操作系统直接寻址，从而控制数据交换。 操作系统通过高效的数据交付方式和精心设计的设备管理策略，优化了系统性能，提供了用户友好的接口，使得各种类型的I/O设备能够协同工作，满足多任务并行处理的需求。