操作系统中的设备管理与I/O控制

"本资源主要涉及操作系统中的设备管理，特别是多通路I/O系统和设备分配流程。内容涵盖设备管理概述、I/O控制方式、设备分配、设备处理程序、磁盘驱动调度以及缓冲技术。此外，还详细阐述了设备的分类，如系统设备和用户设备，独占设备、共享设备和虚拟设备的区分。" 在操作系统中，设备管理是一个至关重要的部分，它涉及到计算机系统与外部设备之间的交互。设备管理主要包括以下几个核心知识点： 1. **设备管理概述**：设备管理的目标是高效、安全地使用系统中的各种I/O设备。它包括设备的注册、分配、回收和故障处理等功能，同时还要确保用户能够方便地访问这些设备。 2. **I/O控制方式**：I/O控制方式主要有程序控制方式、中断方式、DMA（直接内存访问）方式和通道方式等。这些方式的不同在于如何协调CPU和I/O设备的工作，以提高系统的整体效率。 3. **设备的分配**：在描述的流程图中，设备分配过程包括从系统设备表（SDT）中查找设备的用户控制块（UCB）地址，检查设备和控制器的状态，然后分配控制器、设备，并查找控制器控制块（CUCB）和通道控制块（CCB）。如果设备或控制器正忙，则会进行等待，直到资源可用。 4. **设备处理程序**：设备处理程序是操作系统的一部分，负责处理设备中断，更新设备状态，并将数据传输到内存或从内存传输数据到设备。 5. **磁盘驱动调度**：磁盘驱动调度算法（如FCFS、SJF、 SCAN、C-SCAN、FIFO等）用于决定哪个I/O请求应该优先得到服务，以优化磁盘的访问效率和响应时间。 6. **缓冲技术**：缓冲技术是设备管理中的关键，通过在内存中设置缓冲区来减少数据传输的延迟，平滑数据流，提高系统吞吐量。缓冲区可以是一对一、一对多或多对一的形式，如环形缓冲区等。 7. **设备分类**：设备被分为系统设备（如键盘、显示器）和用户设备（如网卡、绘图仪）。根据使用特性，设备可分为独占设备（如行式打印机）、共享设备（如磁盘）和虚拟设备（如通过虚拟化技术实现的设备）。 独占设备一次只能被一个进程使用，共享设备则允许多个进程交替访问，而虚拟设备通过软件模拟技术使得原本不能共享的设备能被多个进程并发使用，如虚拟磁带库。 理解这些知识点对于设计和优化操作系统中的设备管理和I/O子系统至关重要，有助于提高系统的效率和用户体验。