设备管理详解：设备驱动程序与中断处理

"本章详细介绍了设备管理在计算机系统中的重要性，特别是设备驱动程序的原理和功能。设备管理不仅涉及I/O设备的控制，还包括设备控制器和I/O通道的管理，旨在高效利用设备并方便用户操作。设备管理的主要功能包括设备分配、设备处理（设备驱动）、缓冲区管理、虚拟设备的实现以及设备独立性的保障。设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，分为驱动I/O设备工作和设备中断处理两个主要部分。它负责接收上层的I/O请求，启动设备进行操作，并处理设备中断。在有通道的系统中，设备驱动还需构建相应的通道程序。驱动程序通常由初始化、添加设备、调度和启动I/O等例程组成，以确保设备的正确运行和有效通信。" 在计算机系统中，设备管理是操作系统的关键组成部分，它的主要任务是管理除了CPU和主存储器之外的所有硬件设备，尤其是I/O设备。设备管理的目标是高效地完成用户的I/O请求，分配并跟踪设备状态，提升设备利用率，同时提供用户友好的接口。设备管理包含多个功能模块，如： 1. **设备分配**：依据设备类型和特定的分配策略，将设备分配给需要的进程。这可能涉及到控制器和通道的分配，以确保数据传输路径畅通。系统使用数据结构来记录设备的使用情况和状态。 2. **设备处理**：也称为设备驱动程序，它是操作系统内核的一部分，负责与硬件设备的直接交互。设备驱动接收上层软件的I/O请求，转化为设备可理解的指令，启动设备进行I/O操作。同时，它还需要处理设备中断，当设备完成操作或发生错误时，驱动程序会响应中断并进行后续处理。在有通道的系统中，设备驱动还需构建和执行相应的通道程序。 3. **缓冲区管理**：为了减少CPU和慢速I/O设备的速度差异，通常会使用缓冲技术。设备驱动程序会管理这些缓冲区，协调数据的读写操作，以提高整体系统的效率。 4. **虚拟设备**：通过设备仿真技术，可以将一个物理设备虚拟化成多个逻辑设备，或者创建不存在的“虚拟”设备，以满足不同应用的需求。 5. **设备独立性**：通过抽象设备的物理特性，使得应用程序可以独立于具体的物理设备进行操作，降低了设备更换带来的影响。 设备驱动程序通常由以下几个基本例程构成： - **初始化例程**：在系统启动时执行，设置驱动程序所需的数据结构，初始化设备，为驱动程序的其他功能做好准备。 - **添加设备例程**：允许系统动态添加新的设备，扩展硬件能力。 - **调度例程集**：提供一系列调度函数，如打开、关闭、读写等，供上层软件调用，以控制设备的操作。 - **启动I/O例程**：启动实际的I/O操作，设置设备控制器，开始数据传输。 设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的关键接口，它的正确设计和实现对于系统的稳定性和性能至关重要。