设备管理：块设备与字符设备，缓冲技术与共享资源

本章节主要探讨了操作系统中的设备管理相关内容。首先，设备根据其操作特性被分为两类：块设备和字符设备。块设备适合大量连续的数据传输，如硬盘，而字符设备处理的是单个字符或少量数据，如鼠标或键盘。操作特性涉及到设备如何与CPU交互，包括数据传输的顺序、同步等；从属关系指的是设备在系统中的管理和控制方式；共享属性则关注多个进程如何共用设备资源；信息交换单位描述了数据在设备间传输的基本单位。 针对CPU与打印机速度不匹配的问题，缓冲技术（Buffering）被用来解决，通过暂存数据，减小CPU与设备之间的速度差距。缓冲可以是单缓冲、循环缓冲、双缓冲或缓冲池的形式，以提高效率。 虚拟设备是通过硬件和软件手段，使得原本独占的设备能够被多个用户共享。通道（I/O Processor）是专门负责CPU与外设之间数据传输的处理机，它实现了数据在不同组件间的高效传递。 为了优化输入输出性能，循环缓冲或多缓冲技术被推荐用于同时处理多个进程的I/O操作。DMA（Direct Memory Access）方式允许数据在设备和内存之间直接交换，无需CPU干预，提高了数据传输速度。 在中断处理中，I/O中断可能表示设备错误或数据传输完成，通常是两者皆有的情况。在SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operations On-line）技术中，用户的打印请求被暂时存储在内存的固定区域，而非直接发送到打印机，提高了系统的吞吐量。 低速设备多采用共享设备模式，以减少对CPU的依赖。例如，磁盘通常属于共享设备，因为它们可以被多个进程并发访问。打印机则是典型的独占设备，但通过SPOOLing技术，可以实现某种程度的“虚拟化”。 操作系统中的SPOOLing技术实际上将独占设备转化为共享设备，使得多个用户可以按需使用。通道技术是一种硬件机制，负责设备间的直接通信。用户程序在申请I/O设备时，通常使用逻辑设备名，这是一种抽象的命名方式，背后对应的是物理设备。 假脱机技术通过将磁盘部分充当公共缓冲区，以磁盘代替打印机工作，这里涉及的是共享设备的概念。设备分配常用算法如先来先服务、短作业优先或首次适应策略，确保设备的公平使用。 设备的编号，即设备号，是操作系统用于识别硬件的重要标识符。最后，通道程序是一种独立运行的程序，专门负责I/O操作，它与CPU协同工作，提升了系统的I/O效率。 本章节深入剖析了操作系统中设备管理的关键概念和技术，包括设备分类、操作特性和优化方法、共享设备、缓冲技术、中断处理、SPOOLing技术以及设备分配和通道程序等。