操作系统中的设备管理：缓冲、分配与中断

"操作系统--设备管理.pptx 是一份关于操作系统设备管理的讲义，包含9个章节，涉及设备管理的基础概念，如中断、缓冲、设备分配和磁盘调度等。主要内容介绍了设备的类别，包括输入输出设备、外存设备、终端设备等，并探讨了随着计算机技术的发展，设备管理面临的复杂性和多样性，如虚拟设备和仿真设备的应用。" 操作系统中的设备管理是操作系统的核心功能之一，主要负责协调CPU与外部设备之间的通信和资源分配。以下是设备管理的详细知识点： 1. **设备分类**： - 按使用特性：存储设备（如硬盘）、输入输出设备（如键盘、鼠标）、终端设备（如显示器、打印机）和脱机设备（如磁带机）。 - 按从属关系：系统设备（预装在操作系统中的标准设备）和用户设备（用户自行安装的设备）。 2. **设备管理的目标**： - 提高系统效率，通过有效调度减少I/O等待时间。 - 提供用户友好的接口，使得用户可以方便地使用各种设备。 - 确保设备的安全性和可靠性，防止设备损坏。 3. **中断技术**： - 中断是CPU响应设备事件的一种机制，分为硬件中断和软件中断。 - 硬件中断由外部设备发起，如键盘按键、磁盘完成读写操作。 - 软件中断由CPU执行特定指令触发，用于实现系统调用等功能。 4. **数据传送控制方式**（略）： - 常见的有程序控制方式、中断方式、DMA（直接存储器访问）方式等。 - DMA允许设备直接与内存交换数据，减轻CPU负担。 5. **缓冲技术**： - 缓冲用于平衡CPU和外部设备的速度差异，提高I/O效率。 - 单缓冲、双缓冲、环形缓冲等结构被用来优化数据传输。 6. **设备分配**： - 分配策略包括静态分配和动态分配。 - 需考虑设备独占性、共享性和虚拟设备的概念，如独占设备分配给单一进程，共享设备允许多个进程同时使用。 7. **I/O进程控制**（略）： - 包括同步I/O和异步I/O。 - 同步I/O操作会阻塞进程直到I/O完成；异步I/O允许进程在I/O操作期间继续其他工作。 8. **设备驱动程序**（简）： - 设备驱动程序是操作系统内核的一部分，负责与硬件设备直接交互。 - 它接收上层软件的请求，转换成设备能理解的命令，并处理设备的反馈。 9. **磁盘调度**： - 磁盘调度算法（如FCFS、SJF、SCAN、C-SCAN、LOOK、FIFO等）用于决定磁头移动顺序，优化I/O性能。 - 目标是减少平均寻道时间和磁盘臂移动距离，提高磁盘整体服务率。 随着技术进步，设备管理还需考虑虚拟化技术、设备仿真、设备的即插即用（Plug and Play）能力以及USB、PCI-E等现代总线技术。设备管理不仅涉及硬件，还包括软件层面的抽象和管理，使得操作系统能够有效地利用和控制各种硬件资源。