设备管理：提高I/O效率与设备利用率

"设备管理在操作系统中的重要组成部分，特别是设备分配程序的改进，旨在提高I/O效率和设备利用率。本文关注的是设备独立性和逻辑设备名的使用，以优化设备分配过程。" 在操作系统中，设备管理扮演着至关重要的角色，其中包括I/O系统、设备控制、缓冲管理、设备分配等多个方面。本章节主要探讨了I/O系统的结构和功能，特别是在设备分配方面的改进。传统的设备分配策略通常基于物理设备名，但在改进后，进程现在可以使用逻辑设备名发起I/O请求，增加了设备独立性。 设备独立性是现代操作系统中一个关键概念，它允许进程对设备进行抽象化操作，不关心实际物理设备的细节。在描述的改进方案中，进程请求I/O时使用逻辑设备名，操作系统通过查找系统设备表（SDT）来映射到实际的物理设备。如果首选设备忙碌，系统会自动寻找同一类别的下一个可用设备，而不是简单地将进程挂起在第一个繁忙设备的等待队列上。这种方法提高了设备利用率，减少了进程等待时间，同时降低了系统对特定物理设备的依赖。 I/O设备的分类是理解设备管理的基础。按照不同的标准，设备可以分为存储设备、输入/输出设备、低速、中速、高速设备，块设备和字符设备，以及独占、共享和虚拟设备。虚拟设备技术，如SCSI命令多路复用（SCSI Passthrough）或I/O虚拟化，使得多个进程能够并发访问原本独占的设备，提升了资源的利用效率。 设备控制器是设备与主机间交互的核心，它包含数据信号线、控制信号线和状态信号线，负责控制数据传输和设备状态的监控。设备控制器的智能化使得数据交换更为高效，减轻了CPU的负担，同时也支持了多种I/O控制方式，如DMA（直接内存访问）和中断驱动I/O。 设备分配程序的改进是通过引入逻辑设备名和增强设备独立性来优化I/O性能的关键步骤。这一改进不仅简化了系统对设备的管理和调度，还提高了系统整体的响应速度和并发处理能力，对于提升用户体验和系统效率具有重要意义。