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➢ (2) 共享设备。这是指在一段时间内允许多个用户(进程)同时 访问的设备。当然，在每一时刻，该类设备仍然只允许一个 进程访问。共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备。 典型的共享设备是磁盘。共享设备不仅可获得良好的设备利 用率，而且也是实现文件系统和数据库系统的物质基础。
➢ (3) 虚拟设备。这是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为 若干台逻辑设备，供多个用户(进程)同时使用。
7.1.2 设备管理的任务和功能
设备管理的主要任务包括：
➢ (1) 响应用户进程提出的I/O请求，选择和分配I/O设备进行数 据传输操作。
➢ (2) 控制I/O设备和CPU(或内存)之间进行数据交换，提高设 备和设备之间、CPU和设备之间以及进程和进程之间的并行 操作度，提高CPU与I/O设备的利用率，提高I/O设备的速度。
➢ 设备驱动 设备驱动是指对物理设备进行控制，实现真正的I/O操作。设 备驱动的基本任务是实现CPU与设备控制器之间的通信，即 接收由CPU发来的I/O命令，如读/写命令，转换为具体要求 后，传给设备控制器，启动设备去执行；同时也将由设备控 制器发来的信号传送给CPU，如设备是否完好、是否准备就 绪、I/O操作是否已完成等，并进行相应的处理。
7.1.1 设备的分类
5. 按设备的从属关系分类
➢ (1) 系统设备。系统设备是指那些在操作系统生成 时就已经配置好的各种标准设备。例如，键盘、打 印机以及文件存储设备等。
➢ (2) 用户设备。用户设备是指那些在系统生成时没 有配置，而是由用户自己安装配置后由操作系统统 一管理的设备。例如，网络系统中的各种网卡、实 时系统中的A/D、D/A转换器、图像处理系统的图 像设备等。
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第7章 设 备 管 理
7.1 设备管理的概念 7.2 I/O控制方式 7.3 中断技术 7.4 缓冲技术 7.5 设备分配 7.6 I/O软件 7.7 磁盘调度和管理 7.8 Linux的设备管理
7.1 设备管理的概念
设备管理是现代操作系统的一个重要功能，它负 责管理和协调计算机的各种设备来为用户提供服 务。
➢ (2) 输入输出设备。又可具体分为输入设备、输出设备和交 互式设备。
输入设备用来接收外部信息，如键盘、鼠标、扫描仪、视频 摄像、各类传感器等。
输出设备用于将计算机加工处理后的信息送向外部设备，如 打印机、绘图仪、显示器、数字视频显示设备、音响输出设 备等。
交互式设备则是集成上述两类设备，利用输入设备接收用户 命令信息，并通过输出设备同步显示用户命令以及命令执行 的结果。
➢ (2) 字符设备。这类设备常用于数据的输入和输出。其基本 单位是字符，故称为字符设备。它属于无结构类型。字符设 备的种类繁多，如交互式终端、打印机等。字符设备的基本 特征是其传输速率较低，通常为几个字节至数千字节；另一 特征是不可寻址，即输入/输出时不能指定数据的输入源地址 及输出的目标地址；此外，字符设备在输入/输出时，常采用 中断驱动方式。
➢ 设备分配 设备分配的基本任务是根据用户进程的I/O请求及系统当前的 I/O资源情况，按照某种设备分配算法为用户进程分配所需的 设备。
➢ 缓冲管理 为缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，提高CPU与I/O 设备之间以及各设备之间的并行性，现代操作系统都引入了 缓冲技术。通常在内存中开辟若干区域作为用户进程与外部 设备间数据传输的缓冲区，用于缓存输入/输出的数据。
7.1.3 I/O系统结构
通常把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件称为I/O系 统。不同的计算机系统，其I/O系统结构差异很大，大多数计算机系统 都采用基于总线的I/O结构。典型的PC总线结构如下图。
总线(Bus)是用于多个部件相互连接、传递信息的公共通道，物理上 就是一组共用导线。
7.1.1 设备的分类
3. 按信息交换的单位分类
➢ (1) 块设备。这类设备用于存储信息。由于信息的存取总是 以数据块为单位，故而得名。它属于有结构设备。典型的块 设备是磁盘，每个盘块的大小为512B~4KB。磁盘设备的基 本特性是其传输速率较高，通常每秒钟为几兆位；另一特征 是可寻址，即对它可随机地读/写任一块；此外，磁盘设备的 I/O常采用DMA方式。
➢ (3) 方便用户使用设备，为用户提供友好的透明接口，把用 户和设备硬件特性分开，使得用户在编写应用程序时不必涉 及具体的设备，系统按照用户的要求控制设备工作。另外， 这个接口还为新增加的用户设备提供一个和系统核心相连接 的入口，以便用户开发新的设备管理程序。
7.1.2 设备管理的任务和功能
设备管理应具有下述功能：
7.1.1 设备的分类
4. 按设备的共享属性分类
➢ (1) 独占设备。这是指在一段时间内只允许一个用户(进程)访 问的设备，属于临界资源。因此，对多个并发进程而言，应 互斥地访问这类设备。系统一旦把这类设备分配给某进程后， 便由该进程独占，直到使用完释放。需要注意的是，独占设 备的分配有可能引起进程死锁。
设备管理是操作系统中最复杂和琐碎的部分，主 要是因为计算机设备不仅种类繁多，而且它们的 特性和操作方式往往相差甚大。
如何屏蔽设备之间的差异，给用户提供一个透明 的访问接口，提高设备的利用率，是设备管理应 该解决的问题。
7.1.1 设备的分类
1. 按设备的使用特性分类
➢ (1) 存储设备。也称外存或辅助存储器，是计算机系统用来 存储信息的主要设备。该类设备存取速度较内存慢，但容量 比内存大得多，价格也便宜。
7.1.1 设备的分类
2. 按传输速率分类
➢ (1) 低速设备。这是指其传输速率仅为每秒钟几个 字节至数百个字节的一类设备。属于典型的低速设 备有键盘、鼠标等。
➢ (2) 中速设备。这是指其传输速率在每秒钟数千个 字节至数十万个字节的一类设备。典型的中速设备 有行式打印机、激光打印机等。
➢ (3) 高速设备。这是指其传输速率在数百个字节至 千兆字节的一类设备。典型的高速设备有磁带机、 磁盘机、光盘机等。
目前，PC机上常用的公共系统总线是PCI (Peripheral Componenent Interconnect，外部设备互联)总线结构，它把处理器、内存与高速设 备连接起来。而扩展总线(Expansion Bus)则用于连接串行、并行端 口和相对较慢的设备，如键盘。
➢ (3) 虚拟设备。这是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为 若干台逻辑设备，供多个用户(进程)同时使用。
7.1.2 设备管理的任务和功能
设备管理的主要任务包括：
➢ (1) 响应用户进程提出的I/O请求，选择和分配I/O设备进行数 据传输操作。
➢ (2) 控制I/O设备和CPU(或内存)之间进行数据交换，提高设 备和设备之间、CPU和设备之间以及进程和进程之间的并行 操作度，提高CPU与I/O设备的利用率，提高I/O设备的速度。
➢ 设备驱动 设备驱动是指对物理设备进行控制，实现真正的I/O操作。设 备驱动的基本任务是实现CPU与设备控制器之间的通信，即 接收由CPU发来的I/O命令，如读/写命令，转换为具体要求 后，传给设备控制器，启动设备去执行；同时也将由设备控 制器发来的信号传送给CPU，如设备是否完好、是否准备就 绪、I/O操作是否已完成等，并进行相应的处理。
7.1.1 设备的分类
5. 按设备的从属关系分类
➢ (1) 系统设备。系统设备是指那些在操作系统生成 时就已经配置好的各种标准设备。例如，键盘、打 印机以及文件存储设备等。
➢ (2) 用户设备。用户设备是指那些在系统生成时没 有配置，而是由用户自己安装配置后由操作系统统 一管理的设备。例如，网络系统中的各种网卡、实 时系统中的A/D、D/A转换器、图像处理系统的图 像设备等。
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第7章 设 备 管 理
7.1 设备管理的概念 7.2 I/O控制方式 7.3 中断技术 7.4 缓冲技术 7.5 设备分配 7.6 I/O软件 7.7 磁盘调度和管理 7.8 Linux的设备管理
7.1 设备管理的概念
设备管理是现代操作系统的一个重要功能，它负 责管理和协调计算机的各种设备来为用户提供服 务。
➢ (2) 输入输出设备。又可具体分为输入设备、输出设备和交 互式设备。
输入设备用来接收外部信息，如键盘、鼠标、扫描仪、视频 摄像、各类传感器等。
输出设备用于将计算机加工处理后的信息送向外部设备，如 打印机、绘图仪、显示器、数字视频显示设备、音响输出设 备等。
交互式设备则是集成上述两类设备，利用输入设备接收用户 命令信息，并通过输出设备同步显示用户命令以及命令执行 的结果。
➢ (2) 字符设备。这类设备常用于数据的输入和输出。其基本 单位是字符，故称为字符设备。它属于无结构类型。字符设 备的种类繁多，如交互式终端、打印机等。字符设备的基本 特征是其传输速率较低，通常为几个字节至数千字节；另一 特征是不可寻址，即输入/输出时不能指定数据的输入源地址 及输出的目标地址；此外，字符设备在输入/输出时，常采用 中断驱动方式。
➢ 设备分配 设备分配的基本任务是根据用户进程的I/O请求及系统当前的 I/O资源情况，按照某种设备分配算法为用户进程分配所需的 设备。
➢ 缓冲管理 为缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，提高CPU与I/O 设备之间以及各设备之间的并行性，现代操作系统都引入了 缓冲技术。通常在内存中开辟若干区域作为用户进程与外部 设备间数据传输的缓冲区，用于缓存输入/输出的数据。
7.1.3 I/O系统结构
通常把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件称为I/O系 统。不同的计算机系统，其I/O系统结构差异很大，大多数计算机系统 都采用基于总线的I/O结构。典型的PC总线结构如下图。
总线(Bus)是用于多个部件相互连接、传递信息的公共通道，物理上 就是一组共用导线。
7.1.1 设备的分类
3. 按信息交换的单位分类
➢ (1) 块设备。这类设备用于存储信息。由于信息的存取总是 以数据块为单位，故而得名。它属于有结构设备。典型的块 设备是磁盘，每个盘块的大小为512B~4KB。磁盘设备的基 本特性是其传输速率较高，通常每秒钟为几兆位；另一特征 是可寻址，即对它可随机地读/写任一块；此外，磁盘设备的 I/O常采用DMA方式。
➢ (3) 方便用户使用设备，为用户提供友好的透明接口，把用 户和设备硬件特性分开，使得用户在编写应用程序时不必涉 及具体的设备，系统按照用户的要求控制设备工作。另外， 这个接口还为新增加的用户设备提供一个和系统核心相连接 的入口，以便用户开发新的设备管理程序。
7.1.2 设备管理的任务和功能
设备管理应具有下述功能：
7.1.1 设备的分类
4. 按设备的共享属性分类
➢ (1) 独占设备。这是指在一段时间内只允许一个用户(进程)访 问的设备，属于临界资源。因此，对多个并发进程而言，应 互斥地访问这类设备。系统一旦把这类设备分配给某进程后， 便由该进程独占，直到使用完释放。需要注意的是，独占设 备的分配有可能引起进程死锁。
设备管理是操作系统中最复杂和琐碎的部分，主 要是因为计算机设备不仅种类繁多，而且它们的 特性和操作方式往往相差甚大。
如何屏蔽设备之间的差异，给用户提供一个透明 的访问接口，提高设备的利用率，是设备管理应 该解决的问题。
7.1.1 设备的分类
1. 按设备的使用特性分类
➢ (1) 存储设备。也称外存或辅助存储器，是计算机系统用来 存储信息的主要设备。该类设备存取速度较内存慢，但容量 比内存大得多，价格也便宜。
7.1.1 设备的分类
2. 按传输速率分类
➢ (1) 低速设备。这是指其传输速率仅为每秒钟几个 字节至数百个字节的一类设备。属于典型的低速设 备有键盘、鼠标等。
➢ (2) 中速设备。这是指其传输速率在每秒钟数千个 字节至数十万个字节的一类设备。典型的中速设备 有行式打印机、激光打印机等。
➢ (3) 高速设备。这是指其传输速率在数百个字节至 千兆字节的一类设备。典型的高速设备有磁带机、 磁盘机、光盘机等。
目前，PC机上常用的公共系统总线是PCI (Peripheral Componenent Interconnect，外部设备互联)总线结构，它把处理器、内存与高速设 备连接起来。而扩展总线(Expansion Bus)则用于连接串行、并行端 口和相对较慢的设备，如键盘。