设备管理与I/O系统结构

"主机到设备的网状结构-操作系统课件\\新第05章（大连理工大学第三版）" 在操作系统中，设备管理是至关重要的一个环节，它涉及到计算机硬件资源的有效利用和用户请求的高效处理。本章重点讨论了设备管理的基本概念、输入输出请求的处理过程、设备的分配策略以及SPOOLing技术。 设备可以按从属关系分为系统设备和用户设备。系统设备是在操作系统启动时就已经注册的，如键盘、显示器和打印机，它们是操作系统运行的基础。用户设备则包括非标准设备，如绘图仪和扫描仪，通常需要安装驱动程序才能被系统识别和使用。现代操作系统支持即插即用功能，使得这类设备无需用户手动配置就能自动工作。 从操作特性角度，设备可被归类为输入/输出设备、存储设备，以及根据共享属性进一步细分为独享设备、共享设备和虚拟设备。输入/输出设备负责数据传输，存储设备如磁盘、磁带用于长期存储信息。独享设备一次只能由一个进程使用，如磁带机；共享设备如磁盘可被多个进程并发访问；虚拟设备通过技术手段将独享设备转化为逻辑上的多个设备，如磁盘分区。 设备管理的基本任务包括按照用户的请求控制设备操作，有效地分配和使用设备，并且管理缓冲区，实现设备独立性和虚拟设备。其中，设备分配是决定哪个进程获得设备使用权的关键步骤，设备控制涉及如何协调CPU和I/O设备的工作。设备独立性使得应用程序不必关心物理设备的具体细节，而虚拟设备技术则可以提升设备的使用效率。 I/O系统的结构通常采用总线型设计，在微型机中，CPU和内存直接连到总线上，而I/O设备通过设备控制器与总线相连。这样设计使得CPU不直接参与I/O操作，而是由设备控制器作为中介，处理设备与CPU之间的通信，提高了系统效率。 SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operations On-Line）技术是另一种提高设备利用率的方法，它通过在内存中创建虚拟设备，使得多个进程可以同时进行输入输出操作，即使实际设备只能被一个进程独占。这种方法极大地改善了系统响应时间，提升了系统吞吐量。 总结起来，设备管理在操作系统中扮演着核心角色，涉及到设备分类、管理策略、I/O系统架构等多个方面，其目标是优化设备资源的使用，提高系统性能，满足用户需求。