第 4 章设备管理

第4章设备管理 • 了解设备管理的目标、基本功能； • 通道工作方式：了解通道结构和连接方式（四级连接、三级控制）； • 设备分配：了解设备分配原则和策略。

第4章设备管理 4.1 概述存储管理，处理机管理（进程、作业管理） I/O设备管理进程 －I/O控制－外设内存打印机，键盘 I/O设备的多样性，打印机种类，鼠标，速度、传送单位

4.1.1 设备分类 从属关系：1 系统设备 2 用户设备（非标准设备）数据传送单位：1 块设备 2字符设备资源分配：1独占 2共享 3虚拟（假脱机） 4.1.2 设备管理的设计目标 1 不同设备使用统一界面，方便用户 UNIX统一成文件，输入设备读文件，输出设备写文件 2 设备调度提高外设效率，避免竞争、死锁 3 统一管理，易维护不同设备提供驱动程序给OS核心来协调物理（细节）特性－数据结构

4.1.3 设备管理的基本功能 i）I/O交通控制程序 ii）I/O调度程序 iii）完成实际的I/O操作

4.2 输入输出系统结构 4.2.1 I/O控制方式 1 程序查询传送方式（循环测试I/O方式） 2 程序中断方式外设通过向CPU发中断请求与进程进行通信打印：传送数据给打印机，阻塞，打印完成，发I/O中断，唤醒进程中断次数过多，CPU时间消耗大 3 直接存储器存取（DMA）传送方式微机磁盘操作外设－内存 DMA控制器 CPU执行内部不使用总线的指令 4 通道I/O方式I/O处理机，与CPU并行工作通道－－控制器－－设备一对一，一对多，多对多

4.2.2 缓冲技术硬件cache 软件buffer • 通道的建立解决了CPU与外设的利用率，但通道数少，而I/O设备慢，内存中多个任务同时发I/O设备请求时，会造成长时间等待，即瓶颈现象。 • 缓冲技术可减轻“瓶颈”现象：OS在内存中开辟一个具有n个单元的区域作为缓冲区， “预先读，迟后写” 结构：1 循环队列 2 单缓冲区及多缓冲区 3 缓冲池结构（输入，输出，空白） DOS 6中，config.sys中，buffer语句及外部命令smartdrv.exe 4.2.3 即插即用技术 plug and play PnP Win9x,2k,XP,Linux INT号，I/O口，DMA通道

4.3 设备分配 按算法分配 4.3.1 设备分配程序 1 逻辑设备与物理设备设备无关性，映射表 2 设备管理的数据结构 DCB 设备控制块 CUCB控制器控制块 CCB 通道控制块标识符，状态，进程 3 设备分配程序 DCB－CCB－CUCB

4.3.2 设备分配策略（算法） 独占、共享和虚拟设备的分配技术 1 先请求先服务 2 优先权最高者优先安全性，防止进程死锁 • 逐次请求分配，可能造成死锁 • 静态分配法，利用率低

4.3.3 虚拟设备－－假脱机系统 1 外设慢，独占造成CPU，进程等待，如打印机 2 价格高解决方法 • 利用高速的可共享的I/O设备（如磁盘）来模拟低速的独占I/O设备，使独占变共享，即虚拟设备技术，或Spooling技术，假脱机技术如虚拟打印机，打印作业－磁盘文件队列－打印机

4.4 块设备管理 4.4.1 磁盘物理特性 • 盘面、磁道（柱面）、扇区 • 磁盘空间的地址编号 • 磁盘读写地址变换，缓冲区，启动I/O，I/O完成（DMA/通道中断，唤醒阻塞进程）

4.4.2 磁盘调度算法 磁盘访问时间 TA = TS+TR+TT 1) 寻道时间Ts 这是指把磁臂(磁头)移动到指定磁道上所经历的时间。 2) 旋转延迟时间TR 这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。 3) 传输时间TT 这是指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。

先来先服务FCFS(First-Come, First Served) 当前磁道 53 请求队列磁道 98，183，37，122，14，124，65，67 磁头移动距离大

2. 最短寻道时间优先SSTF(Shortest Seek Time First) 当前磁道 53 请求磁道 98，183，37，122，14，124，65，67 访问次序 65，67，37，14，98，122，124，183

3.电梯调度算法 SSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，但却可能导致某个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。因为只要不断有新进程的请求到达，且其所要访问的磁道与磁头当前所在磁道的距离较近，这种新进程的I/O请求必须优先满足。对SSTF算法略加修改，磁头从磁盘的一端开始向另一端移动，沿途响应访问请求，直到到达了磁盘的另一端，此时磁头反向移动并继续响应磁盘服务请求

第 4 章 设备管理