操作系统中的设备管理：I/O系统与磁盘调度

“操作系统(OS, Operating System) 课件：第5章设备.pdf”主要涵盖了操作系统中的设备管理，包括I/O系统、I/O控制方式、缓冲管理、I/O软件、设备分配、磁盘存储器管理等内容。 操作系统中的I/O管理是至关重要的，因为I/O设备相当于计算机系统的交互接口，其性能直接影响到整个系统的效率。随着CPU性能的提升，I/O设备的性能差距更加明显，成为了系统性能瓶颈。因此，理解I/O工作原理和结构对于理解操作系统整体运行机制至关重要。 设备管理的目标主要包括提高效率、方便使用、方便控制以及防止设备误操作。其中，提高效率通过优化I/O访问，匹配不同设备的速度；方便使用则是通过统一的设备使用方法，使得用户可以方便地访问各种设备；方便控制允许操作系统灵活添加和删除设备，适应新设备；防止设备误操作则确保了系统的稳定性和安全性。 I/O设备根据其特性可以分为不同的类别。例如，按照使用特性，可以分为存储设备（如外存、辅助存储器）和输入/输出设备。根据传输速率，设备可分为低速（如Modem、键盘）、中速（如打印机）和高速（如磁盘、磁带）。依据信息交换单位，设备可以是字符设备（如打印机）或块设备（如磁盘、磁带）。此外，根据共享属性，设备又可分为独占设备（如字符设备、磁带机）和共享设备（大部分块设备），还有虚拟设备，通过模拟技术实现一种设备模拟另一种设备，通常用于共享设备模拟独占设备或高速设备模拟低速设备。 在I/O系统中，控制方式是关键。常见的I/O控制方式包括程序控制、中断控制、DMA（直接内存访问）以及通道方式。这些控制方式各有优缺点，可以根据具体应用场景选择合适的方式。例如，程序控制简单但会占用CPU时间，中断控制允许CPU执行其他任务，而DMA和通道则可以进一步减少CPU参与，提高效率。 缓冲管理是提高I/O效率的有效手段，通过在内存中设置缓冲区，可以平滑数据传输速率的差异，减少CPU等待I/O的时间。同时，缓冲管理还能解决设备之间的速度不匹配问题。 设备分配涉及如何有效地分配和回收设备资源，这通常通过表格和特定的分配/回收算法来实现。设备的启动、事件处理（如I/O故障和完成）以及磁盘调度（如FCFS, SSTF, SCAN等算法）也是设备管理的重要部分。 操作系统中的设备管理是一个复杂且关键的领域，它既要确保设备高效、安全地运行，又要提供用户友好的接口，还要具备灵活性以适应不断变化的硬件环境。深入理解这些概念和机制对于设计和优化操作系统具有重要意义。