操作系统第六章：输入输出系统习题解析

"本章主要讨论了操作系统中的输入输出（I/O）系统，包括缓冲技术、设备管理数据结构、设备编号、I/O操作方式、设备分类以及通道的概念。习题涵盖了从设备速度匹配问题到不同I/O方式的工作原理，再到设备的分类和管理等多个方面。" 操作系统中的输入输出系统是连接CPU和外部设备的关键环节，它负责数据在计算机内部与外部设备之间的传输。在本章中，我们重点关注了几种关键概念和技术。 首先，引入缓冲的主要目的是解决CPU和I/O设备之间速度不匹配的问题。由于CPU执行速度远高于大多数I/O设备的数据传输速度，缓冲区可以作为一个临时存储区域，使得CPU可以在等待数据传输完成时执行其他任务，从而提高CPU的利用率和系统的整体效率。 第二，针对CPU与打印机速度差异的矛盾，可采用缓冲技术。另外，通道技术和虚存技术也是解决此类问题的有效手段，但本题中缓冲技术是最直接的解决方案。 在设备管理方面，JCB（Job Control Block）、DCT（Device Control Table）、COCT（Controller Control Table）和CHCT（Channel Control Table）是重要的数据结构，用于设备的管理和分配。设备分配时，会使用到这些表格，例如DCT用于记录设备的状态和控制信息，COCT和CHCT则用于控制器和通道的管理。 设备的编号是区分和识别硬件的重要标识。绝对号是硬件设备的唯一识别号，而相对号或类型号则是用户在编程时使用，表示设备类型的编号。例如，在UNIX系统中，主设备号和次设备号共同定义了一台设备。 I/O系统有多种数据交换方式，包括程序轮询、中断和DMA（Direct Memory Access）。DMA方式允许高速外设直接与内存交换数据，无需CPU的直接参与，但需要利用系统总线来传输数据。 根据信息交换单位，设备可以分为块设备和字符设备。块设备以固定大小的数据块进行传输，如硬盘；字符设备则逐字节或逐字符传输，如键盘和打印机。 通道是I/O系统中的一个重要组件，它相当于一个I/O专用处理器，能独立于CPU处理输入输出任务，提高了系统效率。 在计算系统所用时间时，如第8题所述，应考虑所有涉及的数据传输和处理时间。在这种情况下，单缓冲区传送数据的时间包括了磁盘到缓冲区、缓冲区到用户区以及CPU处理数据的时间总和。 通过这些习题，我们可以深入理解操作系统如何高效地管理I/O操作，以及如何优化系统性能以适应不同速度的设备。这对于理解和设计操作系统以及编写与硬件交互的程序至关重要。