6.2-第十五讲 设备管理、磁盘设备
设备管理器磁盘的策略
设备管理器磁盘的策略设备管理器磁盘策略设备管理器是Windows操作系统中的一个重要功能，它可以方便地管理系统硬件设备、驱动程序和系统资源的使用。
而磁盘则是计算机中最基本的存储设备，因此设备管理器中的磁盘管理策略也尤为重要。
下面，我们就来详细了解一下设备管理器磁盘的策略。
一、更新磁盘驱动在设备管理器中，磁盘驱动程序起到了连接操作系统和硬件设备之间的桥梁作用。
为了保证磁盘的高效稳定工作，我们需要定期检查更新磁盘驱动。
方法是打开设备管理器，找到磁盘驱动程序对应的设备，右键点击，选择“更新驱动程序”。
如果有更新，就按照提示进行安装即可。
二、禁用无用设备在设备管理器中，可能有一些我们不常用的设备，比如光驱、闪存盘等。
这些设备可能会干扰我们对磁盘的管理和使用，因此我们可以把它们禁用，以减少系统负担。
禁用的方法是打开设备管理器，找到要禁用的设备，在右键菜单点击“禁用设备”。
三、启用磁盘故障检测磁盘是计算机最基本的存储设备，一旦出现问题，就会直接影响计算机的运行。
为了避免这种情况的发生，我们可以启用设备管理器中的磁盘故障检测功能。
方法是打开设备管理器，找到磁盘对应的设备，右键点击，选择“属性”，在弹出的对话框中切换到“策略”选项卡，勾选“启用磁盘故障检测”即可。
四、启用磁盘缓存磁盘缓存是增强磁盘访问速度的一种方法，它可以将磁盘的数据缓存到内存中，从而加快磁盘的读写速度。
为了提高磁盘的性能，我们可以启用设备管理器中的磁盘缓存功能。
方法是打开设备管理器，找到磁盘对应的设备，右键点击，选择“属性”，在弹出的对话框中切换到“策略”选项卡，勾选“启用磁盘缓存”即可。
五、设置磁盘清理计划长时间使用计算机，磁盘中可能会积累很多临时文件和缓存数据，影响系统运行速度和存储效率。
为了解决这个问题，我们可以在设备管理器中设置磁盘清理计划，自动清理垃圾文件和临时数据。
方法是打开设备管理器，找到磁盘对应的设备，右键点击，选择“属性”，在弹出的对话框中切换到“工具”选项卡，点击“清理”按钮，设置清理计划即可。
操作系统课件 OS6-设备管理
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（4）缓冲技术
缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。 每个缓冲区有一个缓冲控制块。 以空间换取时间
1. 单缓冲：OS为I/O请求分配一个缓冲区。 2. 双缓冲：建立两个缓冲区，可以平滑I/O设备
设置有多少个寄存器以及这些寄存器作用。
❖ 通常包含三部分功能：①初始化设备。②启动
设备传输数据。③中断处理。
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4. 中断处理程序
① 进程在启动一个I/O操作后阻塞起来，I/O操 作完成，设备控制器产生一个中断。
② CPU响应中断，执行中断处理程序。 ③ 检查设备状态。
a) 若正常完成，就唤醒等待的进程。然后检查是否 还有待处理的I/O请求，有就启动。
和进程之间的数据流，改善系统效率。 3. 多缓冲和缓冲池：多进程共享缓冲池。当内
核收到I/O请求时，会首先检查缓冲池里是否 有。
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（5）负责设备分配
静态分配：进程运行前分配设备。动态分配： 在进程运行过程中，分配设备。设备利用率高。
虚拟设备：是指设备本身是独占设备，经过虚 拟技术处理，可以把它改造成共享设备。 Spooling技术是实现虚拟设备的一种技术。它 利用可共享磁盘的一部分空间，来模拟独占的 I/O设备。以空间换时间
（3）采用FCFS（先来先服务）调度策略 更高效。因为FLASH半导体存储器的物 理结构不考虑寻道时间和旋转延迟，可 直接按I/O请求的先后顺序服务。
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（2）循环查询C-LOOK算法。被请求的磁道号顺 序为100、120、30、50、90，因此，寻道需要移 动的磁道数为：20+90+20+40=170。寻道用去的 总时间为： (20 + 90 + 20 + 40)×1ms = 170ms 磁盘每分钟6000转，转一圈的时间为0.01s，通过 一个扇区的时间为0.0001s。 总共要随机读取四个扇区，用去的时间为： (0.01×0.5 + 0.0001)×4 = 0.0204s = 20.4ms
计算机操作系统设备管理
计算机操作系统设备管理引言设备管理是计算机操作系统中的一个重要功能模块，负责管理和控制计算机系统中的各种硬件设备。
设备管理的主要任务包括设备分配、设备的启动和停止、设备的请求和响应以及设备的错误处理等。
合理高效的设备管理可以提高计算机系统的性能和稳定性。
本文将介绍计算机操作系统设备管理的基本概念、设备的分类和设备管理算法，以及一些常见的设备管理策略。
设备管理设备可以分为输入设备、输出设备和存储设备三大类。
输入设备用于将外部信息输入到计算机系统中，如键盘、鼠标等；输出设备用于将计算机系统中的信息输出到外部世界，如显示器、打印机等；存储设备用于存储计算机系统中的信息，如硬盘、光盘等。
设备管理的主要任务是对这些设备进行有效的管理和控制，以满足计算机系统的需求。
设备管理需要处理设备的分配、启动和停止、请求和响应以及错误处理等问题。
设备管理的基本概念设备分配设备分配是设备管理中的一个重要概念。
当计算机系统中有多个任务需要使用同一设备时，需要对设备进行分配。
设备分配的目标是保证每个任务能够按照一定的规则使用设备，以实现任务之间的合理调度和协作。
常见的设备分配方式包括独占方式、共享方式和互斥方式。
独占方式要求一个任务独占一个设备，其他任务无法使用该设备；共享方式要求多个任务共享一个设备，每个任务按照一定的规则使用设备；互斥方式要求同一时间只能有一个任务使用设备。
设备的启动和停止设备的启动和停止是设备管理中的另一个重要概念。
当计算机系统中需要使用设备时，需要将设备启动；当计算机系统不再需要使用设备时，需要将设备停止。
设备的启动和停止是设备管理的基本操作，通过启动和停止设备，可以控制设备的工作状态。
设备的请求和响应设备的请求和响应是设备管理中的核心概念。
当任务需要使用设备时，需要向设备发送请求，请求设备提供某种服务；设备接收到请求后，必须进行相应的处理，并将处理结果返回给任务。
设备管理需要保证设备的请求和响应能够有效地进行，以保证任务能够正常地使用设备。
操作系统的设备管理PPT演示课件
连接成通道程序。
18共43页
CPU
主存储器
总线
字节多路通道 数组多路通道 选择通道
终端 控制器
磁盘控制器
磁盘控制器
打印机 控制器 读卡机 控制器
磁带控制器 软盘控制器
磁盘控制器
CPU、通道和I/O设备并行工作
19共43页
通道的三种类型
1. 字节多路通道：以字节为单位传输信息，可以分 时地执行多个通道程序，一个通道程序对应一台 设备。主要用来连接大量慢速设备。
设备控制器处于CPU和I/O设备之间，接收从
CPU发来的命令，控制I/O设备工作。
很多控制器可以连接两个、四个，甚至八个相同
的设备。控制器与设备之间的接口是一个标准接 口，符合国际标准。
5共43页
控制器的作用
接收OS的命令，控制设备实现指定的功能。 每个控制器有几个寄存器，用来与CPU通信，
I/O管理是管理I/O设备，控制I/O操作
2共43页
6.1 I/O硬件组成 6.2 I/O软件的组成 6.3 设备分配 6.4 磁盘管理
3共43页
6.1 I/O硬件组成
6.1.1 I/O设备
按信息交换的单位分类：
块设备：把信息存储在固定大小的块中，每个块有自 己的地址，可独立地读写。通常块的大小为512B～ 32KB。如磁盘、磁带、光盘和电子盘。
检查状态
出错
未就绪
就绪
从I/O控制器中读入字节 I/OCPU
向存储器中写字节 CPU内存
计算机操作系统--设备管理
计算机操作系统–设备管理1. 简介在计算机操作系统中，设备管理是指操作系统对计算机系统中各种设备资源的管理和分配。
这些设备资源包括输入输出设备、存储设备、通信设备等。
设备管理的目标是合理地调度和分配这些设备资源，以提高系统的可靠性、安全性和效率。
2. 设备管理的功能设备管理主要包括以下几个功能：2.1 设备的物理连接和安装操作系统需要对计算机系统中的各种设备进行物理连接和安装。
这包括将设备连接到计算机系统的总线上，并确保设备与系统的正确连接。
2.2 设备的逻辑连接和识别操作系统通过设备驱动程序来实现设备的逻辑连接和识别。
设备驱动程序是操作系统的一部分，它负责与设备通信，并将设备的功能映射到操作系统的接口上。
2.3 设备的分配和调度设备管理需要对设备资源进行合理的分配和调度。
操作系统根据进程对设备的需求，将设备资源分配给请求设备的进程，并合理安排设备的使用顺序，以提高系统的效率。
2.4 设备的状态管理设备管理需要对设备的状态进行管理。
操作系统需要监控设备的状态，例如设备是否可用、设备是否空闲等，并及时更新设备的状态信息。
2.5 设备的错误处理设备管理需要处理设备的错误和异常情况。
当设备发生错误或异常时，操作系统需要采取相应的措施，例如重启设备、重新分配设备资源等，以保证系统的正常运行。
3. 设备管理的实现方式设备管理可以通过多种方式来实现，在不同的操作系统中可能采用不同的方式。
以下是几种常见的设备管理方式：3.1 中断驱动型中断驱动型设备管理是一种常见的设备管理方式。
在这种方式下，设备在完成任务后会产生一个中断信号，通知操作系统完成相应的操作。
操作系统通过中断处理程序来处理设备的中断请求，并根据需要分配设备资源。
3.2 轮询型轮询型设备管理是一种简单的设备管理方式。
在这种方式下，操作系统轮询检查设备是否有任务需要完成。
如果设备有任务需要完成，操作系统将设备资源分配给请求设备的进程。
3.3 直接存取型直接存取型设备管理是一种高效的设备管理方式。
计算机各种设备管理
计算机各种设备管理什么是设备管理？设备管理是指计算机系统中对各种设备进行统一管理和调度的过程。
计算机系统中的设备可以包括硬件设备（如磁盘驱动器、打印机、键盘等）以及虚拟设备（如网络接口、虚拟机等）。
设备管理的任务是通过设备控制程序和设备驱动程序来管理这些设备的访问、分配和使用，以确保计算机系统正常运行。
设备管理的功能设备管理在计算机系统中起着重要的作用，主要有以下几个功能：设备分配和调度在多任务操作系统中，人们可以同时使用多个程序，而每个程序都可能需要使用计算机系统中的各种设备。
设备管理的任务之一就是对设备的分配和调度。
设备管理系统会根据进程的需要和设备的可用性，为每个进程分配所需的设备，并且根据各个进程对设备的实际使用情况来调度设备的使用。
设备驱动程序管理设备驱动程序是用于控制设备的软件模块，它负责与设备进行通信以及管理设备的各种操作。
设备驱动程序管理是设备管理的关键组成部分之一，它需要与操作系统紧密配合，为操作系统提供统一的接口，从而实现对设备的访问和控制。
设备状态监控和故障处理设备管理还需要对设备的状态进行监控，并及时处理设备故障。
设备管理系统可以通过设备驱动程序监测设备的工作状态，一旦设备出现故障或异常情况，系统可以及时采取相应的措施，如重启设备、发出警报等。
设备性能优化设备管理还可以通过优化设备的使用来提高计算机系统的性能。
例如，可以通过设备驱动程序对设备进行缓存管理，减少对设备的访问次数，从而提高系统的响应速度。
此外，还可以通过设备的负载均衡和并行处理来优化设备的使用，提高系统的整体性能。
设备管理的实现方式设备管理可以通过多种方式来实现，根据具体的实现方式，可以分为以下几类：1. 中断驱动方式中断驱动方式是一种常见的设备管理方式，它通过中断机制来实现设备和处理器之间的通信。
当设备完成某个操作或者出现异常时，会触发一个中断信号，操作系统会相应地处理这个中断信号，并根据中断类型执行相应的中断处理程序。
计算机操作系统之设备管理PPT课件
中断处理的概念与作用
中断处理的过程
中断检测
当设备产生中断信号时，处理器会检测到该信号并确定相应的中断类型。
保存现场
处理器会保存当前任务的上下文信息，包括程序计数器、寄存器等，以便在中断处理完毕后能够恢复到原来的任务继续执行。
执行中断处理程序
处理器会转而执行相应的中断处理程序，处理设备请求或异常情况。
设备驱动程序是操作系统与硬件之间的接口，它为应用程序提供了一个统一的接口，使得应用程序可以使用设备而无需了解设备的具体实现细节。
设备驱动程序通常由设备制造商编写，并由操作系统厂商集成到操作系统中。
设备驱动程序的概念
设备驱动程序的功能
01
控制设备：设备驱动程序负责控制设备的操作，例如打开设备、关闭设备、读写设备等。
设备独立性
设备独立软件
操作系统对设备的抽象
统一设备驱动程序
操作系统提供统一的设备驱动程序，使得应用程序可以使用标准的函数调用来访问设备。
标准接口
操作系统提供标准接口，使得应用程序可以使用标准的I/O函数来访问设备，如open、read、write、close等。
统一设备接口
03
设备驱动程序
设备驱动程序：是操作系统内核的一部分，负责与计算机硬件设备进行交互。
应用场景
多道程序设计广泛应用于各种操作系统中，如Windows、Linux等；同时也应用于各种应用领域，如数据库系统、网络通信等。
多道程序设计技术
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缓冲的分类
根据缓冲区的管理方式，缓冲可以分为单缓冲、双缓冲和多缓冲。单缓冲用于解决输入输出速度不匹配的问题；双缓冲用于解决数据交换时的停顿问题；多缓冲则用于解决多个进程对多个设备的访问冲突问题。
计算机操作系统设备管理
计算机操作系统设备管理计算机操作系统是一种控制和管理计算机硬件和软件资源的系统软件。
在计算机操作系统中，设备管理是其中一个重要的部分，它负责管理计算机系统中的各种硬件设备，如磁盘、打印机、键盘、鼠标等。
设备管理的主要任务是对这些硬件设备进行有效地分配和控制，以满足用户的需求，提高系统的效率和性能。
设备管理的基本概念包括设备的抽象、设备的分配和设备的控制。
设备的抽象是指将设备的物理特性抽象成逻辑特性，使得用户和应用程序可以通过逻辑接口来访问设备，而不需要了解设备的具体硬件特性。
设备的分配是指对系统中的设备资源进行合理的分配和调度，以满足用户和应用程序的需求。
设备的控制是指对设备的操作和状态进行有效地控制和管理，以确保设备的正常工作和系统的稳定性。
在计算机操作系统中，设备管理主要包括设备的初始化、设备的分配和设备的控制三个方面。
设备的初始化是指在系统启动时对设备进行初始化和检测，以确保设备的正常工作。
设备的分配是指对系统中的设备资源进行分配和调度，以满足用户和应用程序的需求。
设备的控制是指对设备的操作和状态进行控制和管理，以确保设备的正常工作和系统的稳定性。
在设备管理中，有一些重要的技术和算法，如中断处理、设备驱动程序、设备分配算法、设备控制算法等。
中断处理是指当设备发生中断时，系统能够及时地响应和处理中断请求，以确保设备的正常工作和系统的稳定性。
设备驱动程序是指系统中的软件模块，用于控制和管理设备的操作和状态，以确保设备的正常工作。
设备分配算法是指对系统中的设备资源进行合理的分配和调度，以满足用户和应用程序的需求。
设备控制算法是指对设备的操作和状态进行控制和管理，以确保设备的正常工作和系统的稳定性。
在现代计算机操作系统中，设备管理已经成为其中一个非常重要的部分，它对系统的性能和效率有着重要的影响。
随着计算机系统的发展和硬件设备的不断更新，设备管理也面临着新的挑战和机遇。
未来，随着计算机系统和硬件设备的不断发展，设备管理将会变得更加复杂和智能化，以满足用户和应用程序对设备管理的需求。
设备管理教学课件
设备维修记录
记录设备维修情况，包括故障描述、维修方法 和费用，以供参考和分析。
设备报废处理
建立设备报废流程，确保按照规定的标准和程 序对报废设备进行处理。
设备管理规范
设备采购标准
明确设备采购的技术、质量 和性能要求，选择符合标准 的设备供应商。
设备维护标准
制定设备的维护标准，包括 保养方法、周期和责任人， 保证设备的良好状态。
3 设备管理的优点和重要性
设备管理能够提高设备的使用寿命、降低维修成本、提升工作效率，并确保设备符合相 关法规和标准。
设备管理流程
1
设备购买与验收
明确需要购买的设备，进行供应商评估、
设备维修与保养
2
报价比较，并按照验收标准对设备进行 验收。
建立定期维修和保养计划，及时处理设
备故障，保证设备的正常运行和良好状
设备清洁标准
规定设备的清洁方法和频率， 确保设备的整洁和卫生。
设备存放标准
建立设备存放区域，确保设备的安全、整齐存 放，方便使用和管理。
设备报废标准
制定设备报废标准，根据设备的实际状况和使 用寿命进行报废决策。
设备管理案例分析
1
案例一：设备保养不及时导致故障
探讨设备保养计划的重要性，分析保养不及时导致的故障情况和解决方法。
态。
3
设备报废与淘汰
制定设备报废标准，及时淘汰老化设备档案管理
建立设备档案，记录设备的 基本信息、维修记录和使用 情况，方便管理和查询。
设备清单管理
编制设备清单，包括设备的 名称、型号、数量和位置， 用于设备的追踪和统计。
设备保养计划与记录
制定设备保养计划，根据实 际情况进行设备的定期保养， 并记录保养细节和结果。
操作系统设备管理
操作系统设备管理操作系统的设备管理是指管理计算机系统中的硬件设备，包括处理器、内存、磁盘、网络设备和外部设备。
设备管理对于操作系统的性能和稳定性非常重要，它负责管理设备的分配、调度、保护以及故障处理。
设备管理的主要功能包括设备的初始化和配置、设备的状态监控、设备的分配和释放、设备的调度和控制、设备的故障处理和恢复等。
操作系统需要负责管理各种类型的设备，包括输入和输出设备、存储设备、通信设备等，以便用户和应用程序可以方便地使用这些设备进行数据的输入和输出。
在设备管理中，操作系统需要管理设备的资源，包括CPU的时间、内存的空间、磁盘的存储空间、网络带宽等，并根据需要对这些资源进行分配和调度。
操作系统还需要管理设备的状态，包括设备的工作状态、空闲状态、故障状态等，以及对设备的状态进行监控和控制。
设备管理还需要处理设备的故障和错误，包括设备的硬件故障和软件错误，以及对这些故障和错误进行检测、诊断和处理，以保证系统的可靠性和稳定性。
总之，设备管理是操作系统中非常重要的一部分，它对系统的性能和稳定性有着重要的影响，操作系统需要对设备进行有效的管理，以便用户和应用程序能够方便地使用各种设备进行数据的输入和输出。
设备管理是操作系统中至关重要的一部分，与进程管理和文件管理一样，它对于操作系统的性能和稳定性起着至关重要的作用。
在计算机系统中，硬件设备的数量和种类繁多，包括 CPU、内存、磁盘、网络设备、键盘、鼠标、打印机等，操作系统需要对这些设备进行有效的管理，以便用户和应用程序能够方便地使用这些设备进行数据的输入、输出和存储。
一方面，设备管理需要管理设备的资源，包括 CPU 的时间、内存的空间、磁盘的存储空间、网络带宽等。
操作系统需要对这些资源进行分配和调度，以保证各个设备能够有效地运行，满足用户和应用程序的需求。
同时，设备管理需要处理设备的状态，包括设备的工作状态、空闲状态、故障状态等，并对设备的状态进行监控和控制。
计算机基础知识解密计算机中的操作系统设备管理
计算机基础知识解密计算机中的操作系统设备管理在计算机科学和信息技术领域中，操作系统是一种关键的软件，它负责管理计算机硬件和软件资源，以便使计算机系统能够正常运行。
操作系统中的设备管理是其中一个重要的功能模块，它涉及到操作系统如何管理和控制计算机中的各种设备。
本文将揭示计算机中的操作系统设备管理的内部工作原理。
一、设备管理概述设备管理是操作系统中一系列负责管理和控制计算机硬件设备的操作和处理程序。
它需要资源分配、调度和控制，以保证计算机系统可以高效地利用各种硬件设备。
计算机中的硬件设备包括：中央处理器（CPU）、内存、硬盘、键盘、鼠标、打印机等等。
这些设备都需要通过操作系统进行管理和控制，以便使它们能够正确地工作并满足用户的需求。
二、设备管理的功能设备管理在操作系统中扮演着重要的角色，它具有以下几个主要功能：1. 设备分配：操作系统需要根据用户的请求，将合适的设备分配给用户程序使用。
这涉及到设备的请求和竞争问题，操作系统需要通过一定的调度算法来决定如何分配设备资源。
2. 设备驱动程序：设备驱动程序是操作系统与设备之间的桥梁，它负责将操作系统的请求转化为设备能够理解的命令，并将设备的响应转化为操作系统可以处理的数据。
3. 设备控制：操作系统需要对设备进行控制和监控，以确保设备能够正常地工作。
这包括对设备的初始化、启动、停止、错误处理、中断处理等。
4. 设备中断处理：当设备发生故障或者完成某个任务时，会触发中断信号，操作系统需要对中断进行及时处理，以满足用户程序的需求。
设备中断可以分为外部中断和内部中断两种情况。
5. 设备驱动程序的安全性和稳定性：设备驱动程序是操作系统中非常重要的组成部分，它需要保证安全性和稳定性，以避免对计算机系统造成潜在的风险。
三、设备管理的工作原理设备管理在操作系统中的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 设备初始化：当计算机系统启动时，操作系统会对各个设备进行初始化操作，以确保设备处于工作状态。
自考操作系统原理设备管理
自考操作系统原理设备管理1. 简介本文档是关于自考操作系统原理中设备管理的概述和详细讲解。
设备管理是操作系统中的一个重要模块，负责管理和协调计算机系统中的各种外部设备。
在本文档中，将对设备管理的基本概念、设备分配、设备控制和设备中断等方面进行详细解析，帮助读者更好地理解和掌握该知识点。
2. 设备管理的基本概念2.1 设备与设备管理设备是指与计算机系统相互连接的外部设备，包括输入设备（如键盘、鼠标）、输出设备（如显示器、打印机）和存储设备（如硬盘、光盘）。
设备管理是操作系统对这些外部设备的组织、分配和控制的过程。
2.2 设备管理的目标设备管理的主要目标是提高计算机系统的效率和可靠性，保证每个进程可以正常访问所需的设备资源。
具体而言，设备管理应该实现以下几个方面的功能：•设备分配：将设备分配给进程，并进行合理的调度和控制。
•设备控制：对设备进行初始化、打开、关闭等操作，并确保设备的正常工作。
•设备中断处理：及时响应设备的中断请求，并进行相应的处理。
•设备驱动程序管理：管理设备驱动程序的加载和卸载，与设备控制程序之间的交互。
•设备状态监控：实时监控设备的状态，并及时报告异常情况。
3. 设备分配设备分配是指将可用的设备资源分配给各个进程使用的过程。
通常情况下，操作系统会维护一个设备分配表，记录每个设备的使用情况和分配情况。
设备分配可以通过两种方式实现：独占设备分配和共享设备分配。
3.1 独占设备分配独占设备分配是指将设备完全分配给某个进程使用，其他进程无法同时使用该设备。
这种设备分配方式可以保证每个进程获得足够的设备资源，但会造成资源的浪费。
3.2 共享设备分配共享设备分配是指将设备分时地分配给多个进程使用。
操作系统会根据进程的优先级和请求情况，动态地分配设备资源给每个进程。
这种设备分配方式可以提高资源的利用率，但可能会引发设备竞争和冲突的问题。
4. 设备控制设备控制是指操作系统对设备进行初始化、打开、关闭等操作的过程。
设备管理磁盘设备
系统调用各模块关系图
用户程序
用户程序
用户态 标准C库I/O函数
核心态
内核总控
系统调用接口
系统调用处理总控
Write处理(文件系统、TCP/IP)
磁盘驱动程序 盘中断处理
异步调用接口
磁盘控制器
一、用户层I/O
这一层与设备的控制细节无关，不直接 与设备打交道。
它将所有的设备看作逻辑资源，为用户 进程提供各类I/O函数。用户以设备标识符 和一些简单的函数来使用设备，如打开、关 闭、读、写等。
6.2.3.设备驱动程序
一．设备驱动程序接口函数 •驱动程序初始化函数：这个函数是为了使驱动程 序其它函数能被上层正常调用，而做一些针对驱 动程序本身的初始化工作。如向操作系统登记该 驱动程序的接口函数，该初始化函数在系统启动 时或驱动程序安装入内核时执行。 •驱动程序卸载函数：是驱动程序初始化函数的逆 过程，在支持驱动程序可动态加载卸载的系统中 才需要。 • 申请设备函数：该函数申请一个驱动程序所管理 的设备，按照设备特性进行独占式占用或者分时 共享式占用，如果是独占式申请成功还应该对设 备做初始化工作。 • 释放设备函数：是申请设备函数的逆过程。
•RAID级别2：RAID级别2也叫做存储类型 校验码（ECC）结构。单个位的错误被存储 器系统检测出来。错误校验方案存储两个或 更多额外的位，可在单个位被破坏时重建数 据。 •RAID级别3：称为bit-interleaved奇偶校 验结构，在级别2上进行了改善，磁盘控制 器可以检测扇区是否被正确读，因此一个单 独的奇偶校验位可用来进行错误校验，也可 以用于检测。 •RAID级别4：称为block-interleaved奇偶 校验结构，运用块级条带化，像在RAID0中 一样，此外，对于N个磁盘上的对应块，在
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用户层I/O 系统调用接口，设备无关的操作系统软件 设备驱动及中断处理 硬件
用户进程 用户层I/O
核 心 态 运 行
设备无关 的I/O 设备驱动及 中断处理 硬件
设 备 管 理 子 系 统 逻辑结构图
系统调用各模块关系图 用户程序 用户程序 系统调用接口
用户态
核心态
标准C库I/O函数
内核总控 系统调用处理总控
一、减少寻找时间的方法
减少寻找时间是提高磁盘传输效率的关键。 因为“寻找时间”在几十毫秒时间量级。 操作系统磁盘驱动程序可以通过合理调 度多道进程对磁盘的访问请求顺序，达到 减少磁盘平均服务时间的目的。
调度策略：
• FCFS（First Come First Served）
• SSTF（Shortest Seek Time First）
设备管理有关数据结构关系
设备表
设备表
设备表
请求包
请求包
6.2.4.
缓冲技术
在进程数据区与外设之间设立缓冲区 可以改善进程运行速度与I/O传输速度之间 的速差矛盾。
一、单缓冲 当用户进程发出I/O请求时，操作系统在 主存的系统空间为该操作分配一个缓冲区， 可以实现预读和滞后写。
二、双缓冲 可以实现用户数据区—缓冲区之间交换数 据和缓冲区—外设之间交换数据并行。
52 6 3 1 7 4 0
6.3.3.盘阵 •通过冗余提高可靠性 ：如建立镜像盘。 •通过并行性提高性能 ：如将原来在一个 物理盘连续的数据分条分布到多盘。 abcdefghijklmnopqrst
a A
aeimq bfjnr cgkos dhlpt
A为a的备份 将数据分布到多个盘中
RAID级别 •RAID级别0：指用到块级条带化的磁盘阵 列。 •RAID级别1：指磁盘镜像。
Write处理(文件系统、TCP/IP) 磁盘驱动程序 盘中断处理 磁盘控制器 异步调用接口
一、用户层I/O 这一层与设备的控制细节无关，不直接 与设备打交道。 它将所有的设备看作逻辑资源，为用 户进程提供各类I/O函数。用户以设备标识 符和一些简单的函数来使用设备，如打开、 关闭、读、写等。 如C库中的函数fopen(); fread(); fwrite(); fclose();printf()等 。
•I／O操作函数：这个函数实现对设备的I／O。如 果对独占型设备，包含了启动I／O的指令，对分 时共享型设备，该函数通常将I／O请求形成一个 请求包，将其排到设备请求队列，如果请求队列 空，则直接启动设备。 •中断处理函数：这个函数在设备I／O完成时向 CPU发中断后被调用。该函数对I／O完成作善后处 理，一般是找到等待刚完成I／O请求的阻塞进程， 将其就绪，使其能进一步作后续工作。如果存在I ／O请求队列，则启动下一个I／O请求。
6.2.3.设备驱动程序
一．设备驱动程序接口函数 •驱动程序初始化函数：这个函数是为了使驱动程 序其它函数能被上层正常调用，而做一些针对驱 动程序本身的初始化工作。如向操作系统登记该 驱动程序的接口函数，该初始化函数在系统启动 时或驱动程序安装入内核时执行。 •驱动程序卸载函数：是驱动程序初始化函数的逆 过程，在支持驱动程序可动态加载卸载的系统中 才需要。 • 申请设备函数：该函数申请一个驱动程序所管 理的设备，按照设备特性进行独占式占用或者分 时共享式占用，如果是独占式申请成功还应该对 设备做初始化工作。 • 释放设备函数：是申请设备函数的逆过程。
第十五讲 设备管理、磁盘设备
目的与要求：理解设备管理子系统的层次， 功能及技术、了解磁盘设备。 重点与难点：层次结构；设备驱动程序；缓 冲技术；磁盘调度的方法；盘阵选择。 作业： 6，8，11，16，18
6.2.2 输入输出层次结构
通常，操作系统将设• 设备无关的I/O • 设备驱动及中断处理
二.设备管理有关的数据结构
•描述设备、控制器等部件的表格。系统中常常为 每一个部件、每一台设备分别设置一张表格，常 称为设备表或部件控制块。这类表格具体描述设 备的类型、标识符、进行状态，以及当前使用者 的进程标识符等。 •建立同类资源的队列。系统为了方便对I/O设备 的分配管理，通常在设备表的基础上通过指针将 相同物理属性的设备联成队列（称设备队列）。 •面向进程I/O请求的动态数据结构。每当进程发 出块I/O请求时，系统建立一张表格（称I/O请求 包）。将此次I/O请求的参数填入表中，同时也将 该I/O有关的系统缓冲区地址等信息填入表中。 I/O请求包随着I/O的完成而删除。 •建立I/O队列。如请求包队列 。
三、循环缓冲 引入系统缓冲池，采用有限缓冲区的生产 者/消费者模型对缓冲池中的缓冲区进行循 环使用。
缓冲区结合预读和滞后写技术对具有重 复性及阵发性I/O进程提高I/O速度很有帮 助。
6．3存储设备
6.3.1.常见存储外设
• 磁盘 • 数据组织 (一个磁盘有多个盘面组成，盘面有 同心圆磁道组成，磁道有扇区组成， 扇区为基本传输单位） • 物理特性 （单磁头，多磁头）
二、设备无关的I/O 这一层的基本功能：执行适用于所有设 备的公共I/O功能，并向上层提供统一的系 统调用接口。主要任务： • 设备命名及与设备驱动程序的映射。在 UNIX中，如/dev/fd0唯一地确定了一个 inode数据结构，其中包含了主设备号，通 过主设备号可以找到相应的设备驱动程序。 • 设备访问控制。 • 设备I/O系统调用转调及数据缓冲机制。 • 文件系统功能、TCP/IP协议等
三、设备驱动与中断处理
• 设备驱动程序 包括了所有与设备相关的代码，其功能 是从与设备无关的软件中接收I/O请求，排 入请求队列或执行之。 • 中断处理 当进程进行I/O操作时，将其阻塞至I/O 操作结束并发生中断。中断发生时，由中断 处理程序启动请求排队的下一请求并解除等 I/O进程的阻塞状态，使其能够继续执行。
•RAID级别2：RAID级别2也叫做存储类型校 验码（ECC）结构。单个位的错误被存储器 系统检测出来。错误校验方案存储两个或更 多额外的位，可在单个位被破坏时重建数据。 •RAID级别3：称为bit-interleaved奇偶校 验结构，在级别2上进行了改善，磁盘控制 器可以检测扇区是否被正确读，因此一个单 独的奇偶校验位可用来进行错误校验，也可 以用于检测。 •RAID级别4：称为block-interleaved奇偶 校验结构，运用块级条带化，像在RAID0中 一样，此外，对于N个磁盘上的对应块，在 另外单独的磁盘上保存奇偶校验块。
多磁头活动头盘示意图
存取装置 动臂
主轴
盘片
柱面
磁道 读写头
• 光学存储设备
• CD-ROM
• CD-R,CD-RW • DVD等
6.3.2 .磁盘调度 磁盘地址：台号+柱面号+盘面号+扇区号 读写一次磁盘信息所需的时间可分解为： 寻找时间、延迟时间、传输时间 为提高磁盘传输效率，软件应着重考虑减 少寻找时间和延迟时间
(a)RAID 0: 无冗余条带化
C (b)RAID1: 镜像磁盘
•RAID级别0+1：是指RAID级别0和1的结合。 RAID0 提供性能，RAID1提供可靠性。一般 来说，它提供比RAID5更好的性能。它通常 用于性能和可靠性都很重要的环境中。 •RAID级别1+0，其中磁盘被镜像成对，然后 最后所得到的镜像对被条带化。这种RAID比 起RAID0+1有理论上的优势。例如，如果在 RAID0+1中单独一个磁盘失效，其他盘上的 对应条带都不可访问。对于RAID1+0中的一 块磁盘失效，这块单独的磁盘不可用，但它 的镜像盘仍然可用。
• SCAN调度(电梯调度法）
• C-SCAN调度（一个方向响应请求）
• LOOK调度、 C-LOOK调度（是scan和cscan的改进）
二、减少延迟时间的方法
一般常将盘面扇区交替编号； 磁盘迭中不同盘面错开命名。
37 0 4 6 1 2 5
63 7 0 2 4 5 1
26 3 7 5 0 1 4
•RAID级别5：称为block-interleaved分布式 奇偶校验，与级别4不同在于，把数据和奇偶 校验分布到所有的N+1个磁盘上，而不是把数 据存储在N个磁盘上，把奇偶校验值存储在另 一个磁盘上。RAID5避免了在RAID4中可能出 现的过度使用单独一个奇偶校验磁盘的情况。 •RAID级别6：RAID级别6，也叫做P+Q冗余模 式，很像RAID级别5，但存储了额外的冗余信 息来防止多块磁盘失效。这里不用奇偶校验， 而是用到错误校验码，例如Reed-Solomon码。