缓冲技术和设备分配
设备管理习题及答案
第6章一．选择题（50题）1.以下__A__不是提高磁盘I/O速度的技术。
A。
热修复重定向 B。
预先读 C。
延迟写 D.虚拟盘2。
为了实现设备无关性，应该_C__.A.用户程序必须使用物理设备名进行I/O申请B。
系统必须设置系统设备表C。
用户程序必须使用逻辑设备名进行I/O申请D。
用户程序必须指定设备名3。
用于设备分配的数据结构有__A__.A。
系统设备表 B.存取控制表 C.设备开关表 D。
文件控制表4。
通过软件手段，把独立设备改造成若干个用户可共享的设备，这种设备称为___D__。
A。
系统设备表 B。
存储设备 C。
用户设备 D。
虚拟设备5.以下___D__是CPU与I/O之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备的工作，使CPU从繁杂的设备控制事务中解脱出来。
A。
中断装置 B.系统设备表 C.逻辑设备表 D。
设备控制器6。
设备管理的__A__功能来实现使用户所编制的程序与实际使用的物理设备无关的.A.设备独立性 B。
设备分配 C.缓冲管理 D.虚拟设备7.设备的打开、关闭、读、写等操作是由___D__完成的。
A.用户程序 B。
编译程序 C。
设备分配程序 D。
设备驱动程序8.引入缓冲的目的是_B__。
A.改善用户的编程环境 B。
提高CPU与设备之间的并行程度C。
提高CPU的处理速度 D。
降低计算机的硬件成本9。
SPOOLing技术可以实现设备的_C__。
A。
独占分配 B。
共享分配 C.虚拟分配 D.物理分配10。
以下___D__是磁盘寻道调度算法。
A.时间片轮转法 B。
优先级调度算法C。
最近最久未使用算法 D.最短寻道时间优先算法11.通道对CPU的请求形式是_B__。
A。
陷入 B.中断 C。
通道命令 D.跳转指令12。
缓冲技术的缓冲池是在_C__.A.ROM B。
寄存器 C.内存 D。
外存13.为了使多个进程有效地同时处理输入\输出，最好使用以下__A__技术。
A。
缓冲池 B.循环缓冲 C.双缓冲 D.单缓冲14.在操作系统中，以下_B__是一种硬件机制.A。
精选第五章设备管理-通道缓冲技术
5.6 缓 冲 技术
1 缓冲的引入
在OS中，引入缓冲技术的主要原因有： 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾 减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制 （见下页图） 提高CPU和I/O设备之间的并行性 所以，为了提高I/O速度和设备利用率，许多计算机系 统通过设置缓冲区采用了缓冲技术来实现。
除了上述外，缓冲池还具有如下的工作缓冲区：
①用于收容输入数据的工作缓冲区； ②用于提取输入数据的工作缓冲区； ③用于收容输出数据的工作缓冲区； ④用于提取输出数据的工作缓冲区；
用户程序
三、缓冲区的工作方式
收容输入
hin
提取输出
sout
sin hout
提取输入 收容输出
①收容输入工作方式
输入数据时, 调用Getbuf(emq) 装满数据后, 调用Putbuf(inq, hin)
用户进程 用户区
操作系统
传送
缓冲区1
传送
缓冲区2
输入 I/O设备
输出 I/O设备
输入 I/O设备1
输出 I/O设备2
5.3.4 缓冲池(Buffer Pool)
目前广泛流行的公用缓冲池，由于可供多个进程共享， 可提高缓冲区的利用率。 一、缓冲池(Buffer Pool)的组成
对于可用于I/O的缓冲池，包含的缓冲区类型有： ①空（闲）缓冲区； ②装满输入数据的缓冲区； ③装满输出数据的缓冲区。 对应的有以下三个缓冲队列： ①空缓冲队列emq。由空缓冲区所链成的队列 ②输入队列inq。由装满输入数据的缓冲区所链成的 队列 ③输出队列outq。由装满输出数据的缓冲区所链成的 队列
哈工大操作系统读书笔记
哈工大操作系统读书笔记在哈尔滨工业大学的计算机科学与技术专业的学习中，操作系统是我们学科的核心课程之一。
为了更好地掌握操作系统的基本原理和技术，我认真阅读了相关教材，并做了一些笔记。
一、操作系统的基本概念1. 操作系统定义：操作系统是控制计算机硬件和软件资源，管理用户程序运行，提供用户界面和应用程序开发环境的一种系统软件。
2. 操作系统功能：主要功能包括处理机管理、存储管理、文件管理、设备管理以及用户界面。
二、处理机管理1. 进程的定义：进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
2. 进程的状态：包括新建、就绪、运行和阻塞四种状态。
3. 进程控制块PCB：用于描述进程的基本信息和运行状态。
4. 进程调度算法：包括先来先服务、最短作业优先、最短剩余时间优先等。
三、存储管理1. 内存分配方式：包括固定分区、可变分区、分页和分段。
2. 内存置换算法：包括先进先出、最近最少使用、最佳置换算法等。
3. 虚拟内存的概念：通过将内存和外存统一管理，为用户提供一个比实际内存大得多的虚拟内存空间。
四、文件管理1. 文件系统的概念：文件系统是操作系统中负责管理和存储文件信息的软件部分。
2. 文件的分类：按性质分为系统文件和用户文件；按内容分为文本文件和二进制文件；按存储方式分为顺序文件和随机文件。
3. 文件的访问方式：包括顺序访问和随机访问。
五、设备管理1. 设备驱动程序的概念：设备驱动程序是操作系统与硬件设备交互的接口，负责设备的初始化和释放、设备的读写操作以及设备的状态查询等。
2. 缓冲技术的概念：缓冲技术是解决I/O设备速度与CPU速度不匹配问题的一种方法，通过在内存中开辟一块缓冲区，暂时存放输入输出数据，以实现数据的同步传输。
3. 设备分配与回收：设备分配的主要任务是确定哪些进程可以使用哪些设备，并满足设备的互斥使用和独立性等约束条件；设备回收的任务是在进程终止时，将设备的使用权收回并重新分配给其他进程使用。
计算机操作系统 3、设备管理
一、单项选择题1．引入缓冲技术的主要目的是( )A．改善用户编程环境 B．提高CPU与设备之间的并行程度C．提高CPU的处理速度 D．降低计算机的硬件成本2．SPOOLING技术可以实现设备的( ) 分配。
A．独占 B．共享 C．虚拟 D．物理3．有关设备管理概念的下列叙述中， ( ) 是不正确的。
A．通道是处理输入、输出的软件B．所有外围设备的启动工作都由系统统一处理C．来自通道的I／O中断事件由设备管理负责处理D．编制好的通道程序是存放在主存储器中的4．下列算法中用于磁盘移臂调度的是( )A．时间片轮转法 B．LRU算法C．最短寻道时间优先算法 D．优先级高者优先算法5．缓冲技术中使用的缓冲池是在( )A．主存 C．ROM C．外存 D．寄存器6．引入缓冲的主要目的是( )。
A．改善CPU和I／O设备之间速度不匹配的情况 B．节省内存C．提高CPU的利用率 D．提高I／O设备的效率7．通过硬件和软件的功能扩充，把原来独立的设备改造成能为若干用户共享的设备，这种设备称为( )。
A．存储设备 B．系统设备 C．用户设备 D．虚拟设备8．如果I／O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，这种数据交换方式是( )。
A．程序查询 B．中断方式 C．DMA方式 D．无条件存取方式9．大多数低速设备都属于( )的设备。
A．独享 B．共享 C．虚拟 D．SPOOLING10．( )用于连接大量的低速或中速I／O设备。
A．数组选择通道 B．字节多路通道 C．数组多路通道 D．并行通道11．( )是操作系统中采用的以空间换取时间的技术。
A．SPOOLING技术 B．虚拟存储技术 C．覆盖与交换技术 D．通道技术12．在操作系统中的SPOOLING技术，实质是将( )转化为共享设备的技术A．虚拟设备 B．独占设备 C．脱机设备 D．块设备13．SPOOLING系统提高了( )利用率A．独占设备 B．共享设备 C．SPOOLING技术 D．主存储器14．按( )分类可将设备分为块设备和字符设备。
计算机操作系统第五章设备管理复习资料
第五章设备管理（一）简答题1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术？解：缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
在OS的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。
以打印机输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。
如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。
（2）减少中断CPU的次数。
例如，假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据，则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6Kb/s，则中断CPU的频率也是9.6KHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。
（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。
由于在CPU和设备之间引入了缓冲区，CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息，相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。
在CPU工作的同时，设备也能进行输入输出操作，这样，CPU和I/O设备就可以并行工作。
2、引入缓冲的主要原因是什么？P155【解】引入缓冲的主要原因是：●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾；●减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制●提高CPU和I/O设备之间的并行性。
3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制（Buffering）。
答：引入缓冲的主要原因：（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。
（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。
4、简述SPOOLing（斯普林）系统的工作原理。
解：多道程序并发执行后，可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，将高速磁盘上的数据传送到输出设备上，这样就可以在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出操作，这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。
计算机四级操作系统-7-IO设备管理
计算机四级操作系统-7-IO设备管理第7章I/O设备管理设备管理是操作系统的主要功能之⼀，它负责管理所有输⼈输出设备以完成期望的数据传设备管理可能是操作系统设计中最凌乱的部分，这主要是由于计算机系统中存在着⼤量的输⼊/输出设备，其性能和应⽤特点可能完全不同。
所以要建⽴⼀个通⽤的、⼀致的设备访问接⼝，使⽤户和应⽤程序开发⼈员能够⽅便地使⽤输⼊/输出设备，⽽⽆须关⼼每种设备各⾃的特性，这正是设备管理的主要⽬的。
本章⾸先讲述设备管理的基本概念，然后讨论I/O硬件组成、I/O软件结构、设备管理的相关技术，最后阐述I/O性能问题及解决⽅案。
7.1设备与设备分类输⼊/输出设备（I/O设备）也称为外部设备（Peripheral Device），有时简称为设备或外设，包括计算机系统中除CPU和内存储器以外的所有的设备和装置，还包括所有外部存储设备。
在不同的上下⽂中，I/O设备⼀词有⼴义和狭义两种含义，⼴义的I/O设备即上述定义，狭义的I/O设备不包括外存设备。
可见，计算机系统中外部设备⾮常多，并且这些设备在功能、速度和控制⽅式等⽅⾯都有较⼤的差异，本节将讨论这些问题。
7.1.1设备管理的重要性为了理解操作系统中设备管理的重要性，⾸先要了解I/O设备在计算机系统中所起的作⽤。
如果说处理器和内存是计算机系统的⼤脑部分的话，那么I/O设备就是计算机系统的五官和四肢。
各种需要处理的信息和操作⼈员对计算机系统的操作命令，都要通过输⼊设备进⼊计算机系统，处理后的信息和结果也要通过输出设备从计算机系统输出。
计算机系统中的I/O设备种类繁多，从简单的键盘到⿏标、打印机、图形显⽰终端、磁盘驱动器以⾄于⽹络设备，变化万千，造就计算机应⽤的多样性和普及性。
可以说没有I/O设备，就没有计算机的应⽤。
然⽽，正如⼈们已经认识到的，操作系统复杂和庞⼤的主要原因是它所管理的资源的庞杂和并发技术的采⽤，⽽I/o设备的庞杂正是操作系统所管理的资源庞杂的主要原因，I/O设备的速度远低于处理器的速度正是导致并发技术产⽣的直接原因。
操作系统复习题简答题总结
1操作系统的基本特征有哪些？答：操作系统的基本特征：（1）并发。
并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。
（2）共享。
共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。
（3）异步性。
在多道程序环境下，各个程序的执行过程有“走走停停”的性质。
每一道程序既要完成自己的事情，又要与其他程序共享系统中的资源。
这样，它什么时候得以执行、在执行过程中是否被其他事情打断（如I/O中断）、向前推进的速度是快还是慢等，都是不可预知的，由程序执行时的现场所决定。
另外，同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行，都应获得同样的结果。
这是操作系统所具有的异步性。
2操作系统的主要功能有哪些？答:操作系统的主要功能包括:存储管理,进程和处理机管理,文件管理,设备管理以及用户接口管理。
3、操作系统一般为用户提供了哪三种界面？它们各有什么特点？答：4、操作系统主要有哪三种基本类型？它们各有什么特点？5、操作系统主要有哪些类型的体系结构？UNIX系统和Linux系统各采用哪些结构？答：一般说来，操作系统有四种结构：整体结构、层次结构、虚拟机结构、客户机-服务器结构。
Linux系统采用的是整体结构。
UNIX系统采用的是层次结构。
6、Linux系统有什么特点？7、使用虚拟机有哪些优势和不足？8、现代计算机系统由什么组成的？9、在操作系统中，为什么要引入进程的概念？它与程序的区别和联系分别是什么？10、操作系统在计算机系统中处于什么位置？11、进程的基本状态有哪几种？答：进程的基本状态有三种，分别为运行态、就绪态、阻塞态。
12、你熟悉哪些操作系统？想一想你在使用计算机过程中，操作系统如何提供服务？答：我们最熟悉的一般为Windows操作系统，它是由微软（Microsoft）公司推出的一个功能强大的图形界面操作系统。
常用的操作系统还有Linux，UNIX 操作系统。
我们在使用计算机时，首先接触的是用户界面，我们可以通过键盘上输入命令，在桌面上点击鼠标完成操作，这时系统就知道执行相应的功能。
chapter5_设备管理知识点
5.1 本章知识点设备管理是指操作系统对除CPU和内存以外对所有设备的管理，与硬件紧密相关。
本章的主要知识点为：（1）设备分类按照工作特性将设备分成存储设备和输入／输出设备两大类：存储设备主要是计算机用来存储信息的设备，如磁盘（硬盘和软盘）、磁带等；输入设备是计算机用来接受来自外部世界信息的设备，例如终端键盘输入、卡片输入机、纸带输入机等；输出设备是将计算机加工处理好的信息送向外部世界的设备，例如终端屏幕显示或打印输出部分、行式打印机、卡片输出机等。
存储设备也称为块设备，输入/输出设备也称为字符设备。
根据设备的使用性质可将设备分成独占设备、共享设备和虚拟设备三种。
其中虚拟设备是利用某种技术把独占设备改造成可由多个进程共用的设备，这种设备并非物理上变成了共享设备，而是用户使用它们时“感觉”它是共享设备。
（2）设备管理的功能外部设备种类繁多，其特性和操作方式又有很大的差别，设备管理的目标是方便用户使用设备；实现设备的独立性；提供设备的使用效率；对各种外设进行统一的管理。
操作系统中设备管理的功能简单地说就是：监视设备状态；进行设备分配；完成I/O操作；缓冲管理与地址转换。
（3）设备分配技术设备分配技术主要有：独占分配、共享分配和虚拟分配。
独占分配适用于独占设备，系统效率低；共享分配适用于高速、大容量直接存储的共享设备，设备的利用率较高；虚拟分配技术利用共享设备去实现独占设备的功能，从而使独占设备“感觉上”成为可共享的、快速的I/O设备。
实现虚拟分配最成功的技术是SPOOLing（外部设备联机并行操作），也称假脱机技术。
SPOOLing系统用常驻内存的进程去模拟一台外围机，用一台主机就可完成脱机技术中需用三台计算机完成的工作。
系统一般分为存输入、取输入、存输出、取输出4个部分。
常用的设备分配算法有先来先服务算法和优先级高的优先服务算法。
（4）设备驱动程序设备驱动程序控制设备的打开、关闭、读、写等操作，它的功能主要有：接受用户的I/O请求；取出请求队列中队首请求，将相应设备分配给它；启动该设备工作，完成指定的I/O操作；处理来自设备的中断。
《操作系统原理》课程教学大纲
操作系统原理课程教学大纲（Princip1esofOperatingSystems）学时数：72学时其中：实验学时：12学时课外学时：0学时学分数：4.5适用专业：计算机科学与技术一、课程的性质、目的和任务性质：本课程是高等院校计算机科学与技术专业本科的一门学科基础课程，是必修课。
目的：通过操作系统原理的学习，了解操作系统的发展过程及种类，掌握操作系统设计中的相关基本概念和原理，以及在操作系统的设计与构造中涉及的资源共享、提高系统资源利用率等各方面基本知识，了解并掌握操作系统在发展过程及将来引入的新技术与方法。
任务：阐述计算机系统的核心软件——操作系统的基本概念、基本原理和实现技术。
主要包括操作系统的用户界面、操作系统的资源管理功能等，其中资源管理还包括进程管理、处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络与安全等方面内容，并将操作系统的一般原理与实际操作系统的分析与设计有机地结合。
二、课程教学的基本要求（一）掌握操作系统的基本原理、概念及主要功能（-）掌握进程概念、进程的同步与互斥、思索的预防与检测（H）掌握处理机的调度层次划分与调度、调度方法评价以及调度基本策略（四）掌握存储管理目标与几种存储管理策略（五）掌握设备与处理之间的数据传送方式、缓冲技术以及设备管理基本手段（六）掌握文件系统的物理及逻辑设备的空间组织与管理、多级目录结构、文件东共享实现以及文件系统的安全与防护（七）了解并掌握操作系统的安全与防护基本知识，了解一些病毒与黑客的常用手段以及一些基本应对措施（八）了解网络操作系统的基本概念，了解网络操作系统必须实现的一些基本技术（九）通过实验环节具备一定系统软件和应用软件的开发技能三、课程的教学内容、重点和难点第一章操作系统概论（4学时）一、基本内容（一）操作系统概观（二）操作系统的形成与发展（H）操作系统提供的服务与用户接口（四）流行操作系统简介二、基本要求（一）掌握操作系统的基本概念。
操作系统教学大纲
《操作系统》课程教学大纲一课程说明1.课程基本情况课程名称: 操作系统英文名称: Operation System课程编号: 2413218开课专业: 计算机科学与技术开课学期: 第4学期课程学分/周学时: 5/5课程类型: 专业主干必修课2.课程性质操作系统是计算机专业的专业课, 以计算机组成原理为先导课程。
通过本课程的学习使学生能够从资源管理的角度了解操作系统的工作方式。
操作系统是计算机的核心软件, 是所有计算机专业的必修课程, 但由于课程本身理论性较强, 较抽象, 使得该门课程的教与学一直是计算机专业的一个难点。
3.本课程的教学目的和任务操作系统是计算机系统中的重要系统软件, 是计算科学、信息学、软件专业重要的专业课程。
本课程的目的和任务是使学生全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型, 从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程。
使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练, 提高运用理论知识解决实际问题的能力。
本课程概述操作系统的形成、类型和功能；阐述进程管理, 包括进程和线程的基本概念、进程的同步和通信、调度和死锁；详细介绍存储器管理和虚拟存储器的概念以及对虚拟存储器性能的分析；讨论设备管理、文件系统以及磁盘存储器的管理以及操作系统的保护与安全；最后, 对操作系统的最新发展包括网络操作系统、分布式操作系统做扼要介绍。
通过本课程的学习, 帮助学生建立计算机操作系统处理问题的思维模式, 初步掌握设计系统的基本思想, 基础知识、基本原理和基本方法, 培养和提高学生设计程序和调试程序的能力, 启发学生将该课程的知识引入到其它基础课和专业课的学习。
4.本课程与相关课程的关系、教材体系特点及具体要求先行课程: 《汇编语言程序设计》、C语言程序设计、数据结构、计算机组成原理关联课程: 数据库原理与设计、计算机网络、分布式系统计算机操作系统是一个大型且复杂的系统软件, 它是许多人共同合作编制而成。
国开作业《操作系统》 (9)
题目：3．在操作系统中，用户在使用I/O设备时，通常采用（）。
选项A：设备的相对号选项B：设备名选项C：设备的绝对号选项D：虚拟设备号答案：设备的相对号题目：4．通道是一种（）。
选项A：数据通道选项B：I/O专用处理机选项C：软件工具选项D：I/O端口答案：I/O专用处理机题目：5．CPU启动通道后，设备的控制工作由（）。
选项A：通道执行用户程序来控制选项B：通道独立执行预先编好的通道程序来控制选项C：CPU执行通道程序来控制选项D：CPU执行程序来控制答案：通道独立执行预先编好的通道程序来控制题目：6．用户编制的程序与实际使用的物理设备无关是由（）功能实现的。
选项A：虚拟设备选项B：设备独立性选项C：设备驱动选项D：设备分配答案：设备独立性题目：7．下列描述中，不是设备管理的功能的是（）。
选项A：完成I/O操作选项B：实现缓冲区管理选项C：实现中断处理选项D：进行设备分配答案：实现中断处理题目：1．下列设备中，不属于独占设备的是（）。
选项A：磁带选项B：打印机选项C：磁盘选项D：终端答案：磁盘题目：2．过硬件和软件的功能扩充，把原来独占的设备改造成为能为若干用户共享的设备，这种设备称为（）设备。
选项A：块选项B：共享选项C：存储选项D：虚拟答案：虚拟题目：8．下列不属于设备分配技术的是（）。
选项A：虚拟分配技术选项B：共享分配技术选项C：独占分配技术选项D：通道分配技术答案：通道分配技术题目：9．采用SPOOLing技术的目的是（）。
选项A：提高程序的运行速度选项B：提高独占设备的利用率选项C：减轻用户编程负担选项D：提高主机效率答案：提高独占设备的利用率题目：10．SPOOLing技术可以实现设备的（）分配。
选项A：独占选项B：虚拟选项C：共享选项D：物理答案：虚拟题目：11．设备的打开、关闭、读、写等操作是由（）完成的。
选项A：用户程序选项B：设备驱动程序选项C：设备分配程序选项D：编译程序答案：设备驱动程序题目：12．下列关于设备驱动程序的描述，错误的是（）。
计算机操作系统chap5设备管理PPT资料155页
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3、通道的类型
根据信息交换方式的不同，可把通道分成字节多路通 道、数组多路通道和选择通道三种。
（1）字节多路通道 通常都含有许多非分配型子通道，其数量可以从几十
到数百个，每一个子通道连接一台输入输出设备，这些 子通道按时间片轮转方式共享主通道。
字节多路通道 连接低速或中速 设备时，不会丢 失信息。
第5章 设备管理
设备管理是操作系统中最繁杂且与硬件关系最 密切的部分。通过本章学习，读者应该掌握以下 内容： 数据传输方式 中断技术 缓冲技术 设备分配技术 设备独立性 设备驱动
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5.1. I/O系统 5.2. I/O控制方式 5.3. 缓冲管理 5.4. I/O软件 5.5. 设备分配 5.6. 磁盘存储器的管理
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思考题一
什么是通道？ 通道有哪些类型？
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2、I/O通道概念
通道是一种硬件机构，又称I/O处理机。输入输 出通道是指专门负责输入输出工作的处理器。
它有自己的指令系统（包含数据传送指令和设 备控制指令），独立执行自己的通道程序来实现内 存与外设之间的数据传输，从而使系统获得CPU与 外设并行处理的能力。
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5.1.3 I/O通道
1、通道的引入
为了提高计算机系统的运行效率，就要使CPU摆脱繁忙的 I/O事务，而配置专门处理I/O事务的机构——通道。
通道的引入是为了建立独立的I/O操作。它不仅要求数据 传送独立于CPU，而且要求I/O操作的组织、管理、结束等 也尽量独立，以保证CPU有更多的时间从事计算。这样就可 以实现CPU计算和I/O操作的并行工作。
操作系统复习资料
操作系统复习资料1、什么是操作系统？计算机配置操作系统的主要⽬标是什么？.操作系统是：控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机⼯作流程以及⽅便⽤户使⽤计算机的⼀个⼤型程序；计算机系统配置操作系统的主要⽬标是：⽅便⽤户使⽤、扩充机器功能、管理各类资源、提⾼系统效率、构筑开放环境2、什么是多道程序设计？多道程序设计技术有什么特点？.多道程序设计是指：允许多个作业（程序）同时进⼊计算机系统的主存并启动交替计算的⽅法；多道程序设计技术的特点：主存中多个相互独⽴的程序均处于开始与结束之间，从宏观上看是并⾏的，多道程序都处于运⾏过程中，但尚未运⾏结束；从微观上看是串⾏的，各道程序轮流占⽤CPU以交替地执⾏。
（能改善CPU的利⽤率、提⾼主存和设备的使⽤效率、充分发挥系统的并⾏性。
）3、现代操作系统具有哪些基本功能？请简单叙述之。
现代操作系统基本功能：1）处理器管理：包括进程控制和管理，进程同步；2）存储管理：主要任务是管理主存资源；3）设备管理：主要任务是管理各种外部设备；4）⽂件管理；5）⽹络与通信管理；6）⽤户接⼝；4、阐述操作系统是建⽴在计算机硬件平台上的虚拟计算机系统答：操作系统将物理计算机的功能加以扩展，使之成为接⼝好、功能强、效率⾼、易使⽤的计算机系统，⽽这只是概念和逻辑上的，不是真实的、物理上的，称为虚拟机，每个应⽤程序运⾏在⾃⼰的虚拟机上。
操作系统通过共享硬件资源的⽅式来实现虚拟机抽象，所利⽤的资源管理技术有资源复⽤、资源虚化、资源抽象、组合使⽤抽象和虚化技术。
操作系统的主要特性：并发性、共享性、异步性5、什么是PSW？其主要作⽤是什么？PSW即(program status word)程序状态字，是⽤来指⽰处理器状态，控制指令的执⾏顺序，并且保留和指⽰与运⾏程序有关的各种信息，主要作⽤是实现程序状态的保护和恢复6.硬中断和软中断(中断、异步中断、信号中断、软件中断含义)答：硬中断分为外中断和内中断，分别指来⾃处理器之外和内部的中断信号；外中断⼜分为中断、异步中断。
缓 冲 技 术
（2）双缓冲：是为输入和输出设备分配两个缓冲区的缓冲技术。其实 现的基本方法是在设备输入时，先将数据输入到缓冲区A，装满后便 转向缓冲区B。此时，操作系统可以从缓冲区A中提取数据传送到用 户区，最后由CPU对数据进行计算（如图6.8所示）。
（3）多缓冲：采用双缓冲技术虽然提高了I/O设备的并行工 作程度，减少了进程调度开销，但在I/O设备和CPU速度不匹 配的情况下效果就不够理想了。如果增加缓冲区的个数，可 以改善这种情况。我们可以将多个缓冲区组织成循环队列的 形式。如（图6．9）例如对于用作输入的循环缓冲区，通常 提供给输入进程和计算进程使用，输入进程不断向空缓冲区 中输入数据，计算进程则从满缓冲区中提取数据用于计算。
根据缓冲区的从属关系，可以分为专用缓冲和缓冲池。专用缓冲是指为 每个设备配置一个专用的缓冲区，当系统配置的设备比较多时，累计的 内存开销就很大，且专用缓冲区的利用率不高。所以，有的系统把所有 的缓冲区统一起来管理，成为一个大的通用缓冲区，这就是缓冲池。缓 冲池由若干个大小相等的缓冲区组成。
（1）单缓冲：是让输入和输出设备共用一个缓冲区的缓冲技术。每当一个 用户进程发出一个I/O请求时，操作系统便在主存中为之分配一个缓冲区 （如图6.7所示）。例如：CPU要从磁盘上读一块数据进行计算，先从磁 盘把一块数据读到缓冲区，然后由操作系统将缓冲区的数据传送到用户 区，最后由CPU对这一块数据进行计算，可见第一步和最后一步是可以并 行执行的，这样就提高了CPU和外设的利用率。但是对缓冲区中数据的输 入和提取还是串行工作的。为了使两者能并行工作，必须引入双缓冲。
操作系统
缓冲技术
1、单缓冲 2、多缓冲 3、缓冲池
缓冲有硬件缓冲和软件缓冲之分。硬件缓冲是指用专用的寄存器作为缓 冲器。软件缓冲是指在操作系统的管理下，在内存中划出若干个单元作 为缓冲区。软件缓冲的好处是易于改变缓冲区的大小和数量，但占用了 一部分的内存。
设备管理PPT课件
5.1 概
述
5.2 数据传送控制方式 5.3 缓冲技术 5.4 设备分配技术 5.5 I/O进程控制
本章学习目标
数据传送的 4 种方式：程序直接控制方式、 中断控制方式、DMA方式及通道控制方式 缓冲技术的概念及 4 种常见的缓冲技术：单 缓冲、双缓冲、环形缓冲及缓冲池
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5.3.2 单缓冲
单缓冲是操作系统提供的最简单的一种缓冲 形式。每当一个进程发出一个I/O请求时，操 作系统便在主存中为之分配一缓冲区，该缓 冲区用来临时存放输入/输出数据。 单缓冲方式由于只有一个缓冲区，这一缓冲 区在某一时刻能存放输入数据或输出数据， 但不能既是输入数据又是输出数据，否则在 缓冲区中的数据会引起混乱，所以此缓冲区 可以认为是临界资源，不允许多进程同时访 问它。
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5.1.2 设备管理的任务和功能
1．设备管理的任务 2．设备管理的功能
1．设备管理的任务 提高设备的利用率 设备独立性
（1）独立于同类设备的具体设备号。 （2）独立于设备类型。
字符编码的独立性 设备处理的一致性
2．设备管理的功能
（1）监视系统中所有设备的状态。 （2）设备分配。 （3）设备控制是设备管理的另一功能，它包 括设备驱动和设备中断处理，具体的工作过 程是在设备处理的程序中发出驱动某设备工 作的I/O指令后，再执行相应的中断处理。
CPU
主存
DMA
控制器
I/O 设备
图5.1 DMA控制器与其他部件的关系 返回本节
5.2.4 通道控制方式
每条通道指令应包含以下的内容：
（1）操作码：它规定指令所执行的操作，如读、写等 。 （2）内存地址：标明数据传送时内存的首址。 （3）计数：表示传送数据的字节数。 （ 4 ）通道程序结束位 R0，表示通道程序是否结束。 R0=1表示本条指令是最后一条指令。
操作系统OperatingSystem
…
cou nt
DR I/ O
MAR
控
制
DC
逻
辑 CR
命令
系统总线
DMA控制器
图 5-8 DMA控制器的组成
为了实现在主机与控制器之间成块数据的直接交换， 必须在 DMA
(1) 命令/状态寄存器CR。用于接收从CPU发来的I/O命令或 有关控制信息， 或设备的状态。
(2) 内存地址寄存器MAR。在输入时，它存放把数据从设备 传送到内存的起始目标地址；在输出时，它存放由内存到设备 的内存源地址。
为了实现起来方便，操作系统设计者把每个设备的I/O端口都组 织成一组专用寄存器：控制寄存器、状态寄存器、输入寄存 器、输出寄存器。
§ 5.1.1 I/O体系结构
(2)I/O接口起翻译器的作用：把I/O端口中的值转换成
设备所需要的命令和数据；检测设备状态的变化，并对设备 状态寄存器（某一I/O端口）进行相应地更新。I/O接口通 过一条IRQ线连接到可编程中断控制器上，以使它代表相应 的设备发出中断请求。有两种类型的接口：专用I/O接口和 通用I/O接口。
【输入/输出控制- DMA方式】
DMA 方 式 又 称 直 接 存 储 器 访 问 （ Direct Memory Access）方式。其基本思想是在外设和主存之间开辟直接 的数据交换通路。DMA方式的特点是：
（1）数据传送的基本单位是数据块。 （2）所传送的数据是从设备送内存，或者相反。 （3）仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需中共享性
独占设备 共享设备 虚拟设备
5.1 IO系统概述
5.1.1 I/O体系结构 5.1.2 I/O系统的功能 5.1.3 I/O系统的实现
§ 5.1.1 I/O体系结构
操作系统设备管理练习及答案
操作系统设备管理练习及答案一、选择题1、在设备管理中，下列哪一项功能不是基本的设备管理功能？A.设备驱动程序B.设备分配C.缓冲区管理D.文件系统操作答案：D解释：设备管理主要负责物理设备的抽象表示和处理。
其中，设备驱动程序（A对）用于与物理设备进行通信；设备分配（B对）用于将设备分配给进程使用；缓冲区管理（C对）用于协调设备和内存之间的数据传输。
而文件系统操作（D错）属于文件系统的功能，不属于设备管理的范畴。
2、在Unix系统中，下列哪个命令用于显示系统中已经安装的设备驱动程序？A. lsdevB. lspciC. lsblkD. lshw答案：A解释：在Unix系统中，lsdev命令用于显示系统中已经安装的设备驱动程序。
lspci命令用于显示PCI设备的详细信息；lsblk命令用于显示块设备的信息；lshw命令用于显示硬件配置信息。
3、在设备管理中，下列哪种技术可以用于平衡设备和CPU的负载？A.轮转调度算法B.优先级调度算法C.多线程技术D.缓冲技术答案：C解释：多线程技术可以创建多个线程来处理不同的任务，从而平衡设备和CPU的负载。
轮转调度算法（A错）和优先级调度算法（B错）主要用于操作系统中的进程调度；缓冲技术（D错）主要用于协调设备和内存之间的数据传输。
二、填空题1、在设备管理中，设备的即插即用指的是设备的自动识别和配置，它需要依靠____________机制来实现。
答案：驱动程序解释：设备的即插即用需要依靠驱动程序机制来实现，当设备插入系统时，系统会自动识别并配置该设备，使其能够正常工作。
2、在Unix系统中，____________命令用于显示系统中已经安装的块设备的信息。
答案：lsblk解释：在Unix系统中，lsblk命令用于显示系统中已经安装的块设备的信息。
该命令会列出系统中所有的块设备，包括硬盘、闪存驱动器、光盘驱动器等。
3、在设备管理中，____________是一种虚拟化技术，可以将一个物理设备抽象成多个逻辑设备，从而允许多个用户共享该物理设备。
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按外设特性分类
13.1 I/O管理－外部设备类型和特征
按资源分配角度分类 独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速 I/O设备。如打印机，磁带等。 共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程 以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。如硬盘 虚拟设备 在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占 设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚 设备（实例：SPOOLing技术） 从程序使用角度分 逻辑设备: 用户程序中使用的设备 物理设备：实际完成I/O操作的设备
13.1 I/O管理－外部设备类型和特视频显示设备、键盘、鼠标、打印机 与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘、磁带、传感器、 控制器 计算机间的通信设备：网卡、调制解调器
按交互方向分类
输入（可读）：键盘、扫描仪 输出（可写）：显示设备、打印机 输入/输出（可读写）：磁盘、网卡 使用特征：存储、输入/输出、终端 数据传输率：低速(如键盘)、中速(如打印机)、高速(如网卡 、磁盘) 信息组织特征：单个字符或数据块 字符设备(如打印机)：通常的输入输出型设备，以字符为单 位存储、传输信息；不可寻址 块设备(如磁盘)：以数据块为单位存储、传输信息。可寻址
设备绝对号和相对号
设备绝对号：计算机系统为每一台设备确定的编号
，用来区分和识别设备； 用户在编写程序时不能通过设备的绝对编号来使 用设备 设备类型号：操作系统为每类设备规定的一个编号 设备相对号：用户自己规定的所用的同类设备中的 第几台。 如Unix中，rfd0和rfd1分别表示第1个和第2个软 盘驱动器；
设备独立性
如果用户程序中直接使用真实的物理设备，那么 会出现这样的问题：用户指定的设备因故障不能 使用，或者该设备正忙于为其他进程服务，只有 等待或者修改程序，重新指定设备。 为了实现用户程序与物理设备的无关性，在用户 程序中不要直接使用物理设备名（或者设备的物 理地址），而只能使用逻辑设备名。逻辑设备是 实际物理设备的抽象，它不限于某类具体设备。 逻辑设备究竟和哪一个具体的物理设备相对应， 还要由系统根据当时的设备忙、闲情况来决定或 者由系统管理员指定。
度上影响系统的性能和吞吐量。因此要改善I/O的有效性， 采用多道程序设计、交换。目前比较关注磁盘I/O。 通用性：设备种类、特点和性能千差万别；要求能够以一种 一致的方式来管理所有设备－一致的外部接口，很难做到通 用，但希望能够用统一的方法处理所有设备，用一种层次化 的，模块化的方法设计I/O功能。 能够在低层例程中隐藏大部分设备I/O的细节， 使得用户进程和OS高层可以通过一些通用的功能，如读 、写、打开、关闭等查看I/O设备。 设备独立性。用户在编写使用软盘或硬盘上文件的程序 时，无需为不同的设备类型而修改程序就可以使用 统一命名。一个文件或一个设备的名字只应是一个简单 的字符串或一个整数，不应依赖于设备
Device I/O Scheduling &Control(Device Driver)
Hardware
13.3 设备管理分层模型
逻辑I/O：将设备当作一个逻辑资源，不涉及实际的设备控
制的细节: 针对用户接口，提供抽象的命令，如：Open, Close, Read, 针对通信设备，则是通信体系结构如网络协议栈； 针对文件存储设备，是文件系统的逻辑结构控制； 设备I/O：逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构。用户命 令到设备操作序列的转换。请求的操作和数据被转换成适 当的I/O指令序列、通道命令和控制器指令。可以用I/O缓 冲提高I/O效率 调度和控制：是I/O模块和设备硬件真正发生交互的软件层 ，直接面对硬件设备的控制细节。如I/O操作的排队，设备 控制和状态维护、中断处理。这部分通常体现为设备驱动 程序；
设备绝对号和相对号
设备的指定方式 设备绝对号 设备类型号+设备相对号 用户程序中提出使用设备的申请时，使用系统
规定的设备类型号和用户自己规定的设备相对 号，由操作系统进行地址转换，变成系统中的 设备绝对号；
13.3 设备管理系统的组织
I/O软件的设计目标：
效率：大多数I/O设备慢，I/O操作一般是系统瓶颈，很大程
13.3 设备管理系统的组织
I／O软件的基本思想是按分层的思想构成: 较低层软件要使较高层软件独立于硬件的特 性， 较高层软件则要向用户提供一个友好的、清 晰的、简单的、功能更强的接口
13.3 设备管理分层模型
User Process
Logical I/O Communications Architecture
13.2 I/O控制技术
程序控制I/O（轮询）：CPU代表进程给I/O模块发送一 个命令，CPU进入忙等待（输入输出完全由CPU控制） 中断驱动I/O： CPU代表进程给I/O模块发送一个命令， 然后CPU继续执行后续指令; 当I/O模块完成后，CPU被 该模块（CPU和I/O设备可以共同工作）中断。 直接存储器存取(DMA)：CPU给DMA模块发请求，只 有当DMA将整个数据块传送结束后，CPU才被中断（ 数据在内存和外设之间传输时不需要CPU干预）。
第13章 I/O系统
I/O设备的多样性 Os管理和控制 I/O操作和I/O设备。
13.1 I/O管理－概述
外设管理目的 提高效率：提高I/O访问效率，匹配CPU和多种不同 处理速度的外设 方便使用：方便用户使用，对不同类型的设备统一 使用方法，协调对设备的并发使用 方便控制：方便OS内部对设备的控制：增加和删除 设备，适应新的设备类型 外设管理功能 提供设备使用的用户接口：命令接口和编程接口 设备分配和释放：使用设备前，需要分配设备和相 应的通道、控制器。 设备的访问和控制：包括并发访问和差错处理（虚 拟设备）。 I/O缓冲和调度：目标是提高I/O访问效率