设备管理:分类、通道与I/O控制
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更新于2024-08-05
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设备管理是操作系统的重要组成部分,它确保计算机硬件资源的高效利用和用户程序与设备间的无缝交互。在本章节E12中,我们将深入探讨设备分类、I/O控制机制、设备共享与虚拟化以及优化技术。
1. 设备分类:设备按照其操作特性的不同被分为块设备(如磁盘)和字符设备(如终端)。块设备以数据块为单位进行信息交换,而字符设备则逐个字符传输,例如键盘和打印机。
2. 通道:通道(Channel)是早期计算机系统中用于简化I/O操作的一种特殊处理单元,它充当CPU与设备之间的中介,执行预先编写的通道命令,从而减轻了CPU的负担。
3. CPU对通道的请求:在操作系统中,CPU通过通道命令与设备进行交互,而不是通过中断或自陷(trap)处理,因为通道提供了更为高效和独立的I/O操作路径。
4. 用户程序与设备的交互:在有操作系统的计算机中,用户程序通过系统调用(System Call)向操作系统申请使用外部设备,这种方式使得应用程序与底层硬件解耦,提高了编程的灵活性。
5. 解决速度差异:当CPU与I/O设备速度不匹配时,可以使用缓冲技术(Buffering),比如通道技术,通过在CPU和设备之间建立临时的数据存储区域来平滑数据传输,减少等待时间。
6. 共享设备:通过硬件和软件的扩展,系统设备(System Device)能够供多个用户共享,增强了设备的利用率,使得单一设备能够服务于多个任务。
7. SPOOLing技术:这是一种空间换时间的技术,通过将独占设备(Exclusive Device)转化为虚拟设备(Virtual Device),实现设备的共享,从而提高设备利用率和系统效率。
8. SPOOLing技术的核心:SPOOLing技术实质上是将独占设备转化为共享设备,并将用户的I/O请求排队等候,通过软件算法实现设备的模拟和优化。
9. SPOOLing技术的效果:SPOOLing系统显著提高了独占设备的利用率,尤其是在大量并发I/O请求的情况下。
10. 设备命名:在操作系统中,用户通常使用逻辑设备名(Logical Device Name)来请求设备服务,这是操作系统内部使用的抽象名,隐藏了实际硬件设备的细节。
11. 设备分配算法:设备分配过程中常见的算法有先来先服务(FCFS)、最佳适应(Best Fit)和短作业优先(SJF),这些算法用于确定哪个进程或任务优先获得设备资源。
12. 缓冲技术:缓冲池(Buffer Pool)通常存在于主存(Main Memory)中,作为缓冲区的集合,通过预先分配和管理内存空间来优化数据传输。
13. 缓冲的目的:缓冲技术的主要目标是缓解CPU和I/O设备之间的速度差异,提高数据传输效率和系统响应速度。
14. 多进程I/O:为了有效支持多个进程同时处理输入输出,采用缓冲池结构(Buffer Pool)的缓冲技术最为合适,因为它可以提供足够的缓存空间,减少设备访问次数。
15. 环形缓冲区:作为一种特殊的缓冲区设计,环形缓冲区属于多缓冲区(Multi-Buffer)的一种,其数据在缓冲区中循环流动,便于管理和同步。
设备管理涉及的内容广泛,包括设备类型划分、通道处理、操作系统接口设计、设备共享与虚拟化策略,以及优化数据传输和调度等,这些都是构建高效、稳定的计算机系统的关键要素。
2022-08-04 上传
2022-01-13 上传
2024-09-11 上传
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2024-09-11 上传
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