操作系统中的设备管理:I/O系统与磁盘调度
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更新于2024-07-02
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“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。
2022-06-23 上传
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