"操作系统中的设备管理及I/O技术概述"

设备管理是操作系统中一个重要的功能模块，主要负责管理计算机系统中的各种外部设备，以及与外部设备的交互和控制。本章主要介绍了设备管理的概述，I/O软件的组成，I/O硬件的特点，I/O控制技术，设备有关技术，设备分配与设备处理，磁盘存储器管理和典型外部设备。 在操作系统中，I/O性能往往成为系统性能的瓶颈。虽然CPU性能和响应时间都是重要因素，但随着CPU性能的提升，与I/O之间的差距也越来越大。为了弥补这种差距，可以增加更多的进程，但这会导致进程切换增多，系统开销也会增加。 操作系统之所以庞大复杂，其中一个原因就是因为资源多、杂，而且并发性质来自于I/O。外设的种类繁多，结构也各不相同，输入输出数据信号的类型也不尽相同，速度差异也非常大。因此，理解I/O的工作过程和结构对于理解操作系统的工作过程和结构至关重要。此外，I/O还与其他功能密切相关，特别是文件系统。 设备可以按照使用特性和数据组织来进行分类。按照使用特性分，设备可以分为存储型设备、输入型设备、输出型设备和输入输出型设备。存储型设备是指可以存储数据的设备，输入型设备将外设的数据输入到主机，输出型设备将主机的数据输出到外设，而输入输出型设备则是一种交互型设备。按照数据组织分，设备可以分为块设备和字符设备。块设备以数据块为单位进行存储和传输信息，而字符设备则以字符为单位进行存储和传输信息。 在设备管理中，还有一些设备有关的技术需要了解。这些技术包括中断、直接存储器访问（DMA）、数据传输方式和设备驱动程序等。中断是一种计算机硬件提供给操作系统的一种机制，当外设完成某个任务或发生错误时，会向操作系统发出中断请求。而DMA是一种通过绕过CPU直接进行数据传输的技术，可以提高I/O操作的效率。数据传输方式可以分为程序查询方式、中断驱动方式和直接存储器访问方式。而设备驱动程序则是操作系统中的一个模块，主要负责与硬件进行交互，管理设备的初始化、配置和控制等操作。 设备分配是设备管理中非常重要的一个环节。在多道程序环境中，不同的进程需要共享系统的各种外部设备。因此，设备的分配需要进行合理的管理和调度，以保证各个进程对外部设备的公平使用。设备处理是指操作系统如何与多种外部设备进行交互和控制。在设备处理过程中，有一些典型的外部设备需要特别关注，比如硬盘、打印机和网络设备等。 磁盘存储器管理也是设备管理中的一个重要内容。磁盘存储器是计算机系统中最常用的外部设备之一，而且也是最重要的存储介质。操作系统需要合理地管理磁盘存储器的空间，包括文件的存储和组织、磁盘的分配和回收等。此外，还需要考虑磁盘存储器的性能优化和故障恢复等问题。 总之，设备管理是操作系统中一个重要的功能模块，涉及到I/O软件的组成、I/O硬件的特点、I/O控制技术、设备有关技术、设备分配与设备处理、磁盘存储器管理和典型外部设备等内容。了解和掌握这些知识对于理解操作系统的工作原理和进行系统性能优化非常重要。