1、6.1 設(shè)備管理概述6.1.1 設(shè)備分類和標(biāo)識 1. 設(shè)備分類 按照工作特性可把外部設(shè)備分為存儲設(shè)備和輸入 / 輸出設(shè)備兩大類：存儲設(shè)備：外存（后備存儲器、輔助存儲器）。也叫做面向塊的設(shè)備，簡稱塊設(shè)備。輸入 / 輸出設(shè)備:也稱為面向字符的設(shè)備，簡稱字符設(shè)備。 按照傳輸速度的快慢可分為低速設(shè)備、中速設(shè)備、高速設(shè)備；按設(shè)備的共享屬性，可分為獨占設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備。設(shè)備標(biāo)識 系統(tǒng)按某種原則為每臺設(shè)備分配一個唯一的號碼，用作硬件（設(shè)備控制器）區(qū)分和識別設(shè)備的代號，稱作設(shè)備的絕對號（或絕對地址）。 由于在多道程序環(huán)境中，用戶在編寫程序時不能通過設(shè)備絕對號來是使用設(shè)備，因此，操作系統(tǒng)為每類設(shè)備規(guī)定了

2、一個編號。稱為設(shè)備的類型號。在 UNIX 系統(tǒng)中，類型號被稱為主設(shè)備號。該系統(tǒng)中所有塊設(shè)備的設(shè)備名有兩部分構(gòu)成：主設(shè)備號和次設(shè)備號，前者表示設(shè)備類型，后者表示同類設(shè)備中的相對序號。 設(shè)備相對號：用戶自己規(guī)定的設(shè)備序號。6.1.2 設(shè)備分類和標(biāo)識 1. 緩沖技術(shù)的引入 凡是數(shù)據(jù)到達(dá)速率和離去速率不同的地方都可設(shè)置緩沖區(qū)。例如CPU與I/O設(shè)備之間，快速通道與慢速外設(shè)之間。 引入緩沖的主要目的：緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。 提高它們之間的并行性。 減少對CPU的中斷次數(shù)，放寬CPU對中斷響應(yīng)時間的要求。 2. 緩沖區(qū)的設(shè)置 用硬件實現(xiàn)的緩沖區(qū)：速度快、成本貴、容量小。 軟緩沖：在內(nèi)存

3、中開辟一片區(qū)域充當(dāng)緩沖區(qū)。 緩沖區(qū)的大小一般與盤塊的大小一樣。單緩沖 如果數(shù)據(jù)到達(dá)率與離去率相差很大，則可采用單緩沖方式。緩沖區(qū)輸入輸出單緩沖示例雙緩沖 如果信息的輸入和輸出速率廠相同（或相差不大），則可采用雙緩沖區(qū)，實現(xiàn)二者的并行。緩沖區(qū)1雙緩沖示例緩沖區(qū)2打印機(jī)輸入機(jī)多緩沖 對于陣發(fā)性的輸入、輸出，雙緩沖去不夠使用，可以設(shè)立多個緩沖區(qū)。在 UNIX 系統(tǒng)中，無論對于塊設(shè)備還是字符設(shè)備，都使用了多重緩沖技術(shù)。123.0N-1N-2多緩沖區(qū)工作示例輸入輸出6.1.3 I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) I/O系統(tǒng)分為：主機(jī)I/O系統(tǒng)和微機(jī)I/O系統(tǒng) 1. 主機(jī)I/O系統(tǒng) 設(shè)備A 設(shè)備B 設(shè)備C 設(shè)備D 設(shè)備E

4、設(shè)備F 設(shè)備G 設(shè)備H控制器1控制器2控制器3控制器4I/O系統(tǒng)四級結(jié)構(gòu)主機(jī)通道1通道2專門處理I/O操作的機(jī)構(gòu) 2. 微機(jī)I/O系統(tǒng) 操作系統(tǒng)總是與控制器打交道，而不是與設(shè)備直接作用。利用總線連接CPU、內(nèi)存、控制器和I/O設(shè)備CPU內(nèi)存 磁盤控制器打印機(jī)控制器 其它控制器系統(tǒng)總線6.1.4 I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 設(shè)備管理的目的：使用方便。與設(shè)備無關(guān):也稱設(shè)備獨立性。效率高。管理統(tǒng)一。設(shè)備管理的功能：監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)。進(jìn)行設(shè)備分配。完成I/O操作：完成這一部分功能的程序叫做設(shè)備驅(qū)動程序。緩沖管理與地址轉(zhuǎn)換。6.2 設(shè)備分配技術(shù)6.2.1 設(shè)備分配技術(shù) 1. 與設(shè)備分配相關(guān)的因素：I/O設(shè)備的固有屬性

5、。系統(tǒng)所采用的分配算法。資源分配應(yīng)防止死鎖發(fā)生。用戶程序與實際使用的物理設(shè)備無關(guān)。 2. 設(shè)備分配技術(shù) 根據(jù)設(shè)備的使用性質(zhì)可將設(shè)備分成獨占設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備三種。 獨占設(shè)備是不能共享的設(shè)備。共享設(shè)備是可由若干進(jìn)程同時共享的設(shè)備。虛擬設(shè)備是利用某種技術(shù)把獨占設(shè)備改造成可有多個進(jìn)程共享的設(shè)備。 注意：并非物理上變成了共享設(shè)備，而是用戶使用時“感覺”象是共享設(shè)備。虛擬設(shè)備屬于共享設(shè)備。 三種設(shè)備分配技術(shù)：獨占分配獨占分配技術(shù)是把獨占設(shè)備固定地分配給一個進(jìn)程，直至該進(jìn)程完成I/O操作并釋放它為止。共享分配 共享分配技術(shù)通常使用于高速、大容量的直接存取存儲設(shè)備，如磁盤和可讀寫CD-ROM等。 虛擬

6、分配 虛擬分配技術(shù)是利用共享設(shè)備去模擬獨占設(shè)備，從而使獨占設(shè)備“成為”可共享的、快速 I/O的設(shè)備。最有名的是 SPOOLing 技術(shù)，也稱為假脫機(jī)操作。設(shè)備分配算法設(shè)備分配算法與進(jìn)程調(diào)度算法類似，常用的有：先來先服務(wù)優(yōu)先級高的優(yōu)先服務(wù)算法的設(shè)備I/O請求隊列按請求I/O操作的進(jìn)程優(yōu)先級的高低排列。6.2.2 SPOOLing 系統(tǒng) 早期設(shè)備分配的虛擬技術(shù)是由脫機(jī)實現(xiàn)的。目的是解決高速CPU與慢速的外設(shè)之間的匹配問題。 輸入負(fù)責(zé)輸入的專用外圍計算機(jī)主機(jī)負(fù)責(zé)輸出的專用外圍計算機(jī)輸入輸入輸入輸入輸入 這種技術(shù)的缺點：需要人工干預(yù)，產(chǎn)生人工錯誤機(jī)會多，效率低； 周轉(zhuǎn)時間慢； 無法實現(xiàn)優(yōu)先級調(diào)度。 S

7、POOLing 系統(tǒng)： 用常駐內(nèi)存的進(jìn)程去模擬一臺外圍機(jī)，從而用一臺主機(jī)完成上述脫機(jī)技術(shù)中需要三臺計算機(jī)完成的工作。 輸入讀卡機(jī) 磁盤（輸入井）輸出打印機(jī) 磁盤（輸入井）存輸入 取輸入 存輸出 取輸出作業(yè) 2作業(yè) 3作業(yè) 4主 機(jī)作業(yè)1作業(yè)5作業(yè) 4作業(yè) 3作業(yè) 5作業(yè) 2作業(yè) 3作業(yè) 2作業(yè) 4作業(yè) 1輸入讀卡機(jī) 磁盤（輸入井）輸出打印機(jī) 磁盤（輸入井）存輸入 取輸入 存輸出 取輸出作業(yè) 2作業(yè) 3作業(yè) 4主 機(jī)作業(yè)1作業(yè)5作業(yè) 4作業(yè) 3作業(yè) 5作業(yè) 2作業(yè) 3作業(yè) 2作業(yè) 4作業(yè) 1 SPOOLing 系統(tǒng)分為四個部分：存輸入、取輸入、存輸出、取輸出。 上述四個部分的工作由兩個進(jìn)程完成：

8、輸入進(jìn)程 IN 和輸出進(jìn)程 OUT 。 SPOOLing 超出簡單緩沖技術(shù)的優(yōu)點是： SPOOLing可使一個作業(yè)的I/O與其它作業(yè)的計算重疊起來進(jìn)行。使得 CPU 和I/O設(shè)備以很高的速率工作。 SPOOLing的缺點：占用大量內(nèi)存作為外設(shè)之間傳送信息用的緩沖區(qū)。占用大量磁盤空間作為輸入井和輸出井。增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。 6.3 輸入輸出管理6.3.1 處理輸入輸出請求的步驟用戶進(jìn)程發(fā)出I/O請求。系統(tǒng)接受這個I/O請求。設(shè)備驅(qū)動程序具體完成I/O操作。 I/O完成后，由通道（或設(shè)備）產(chǎn)生中斷信號，CPU 處理中斷，喚醒用戶進(jìn)程并調(diào)度其繼續(xù)運行。注：在 UNIX 系統(tǒng)中，設(shè)備被作為特別文件來處

9、理，對設(shè)備的使用與對文件的使用方式相同。系統(tǒng)根據(jù)主、次設(shè)備號調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序。 用戶程序 printf ( ) ; 庫函數(shù)printf write ( ) ; 操作系統(tǒng)程序 文件操作 寫文件 （文件系統(tǒng)） 設(shè)備驅(qū)動 終端輸出 （設(shè)備管理） I/O完成 中斷處理I/O請求處理過程示意圖6.3.2 設(shè)備驅(qū)動程序功能在很多非UNIX系統(tǒng)中，為每臺設(shè)備建立一個設(shè)備驅(qū)動進(jìn)程。具體負(fù)責(zé)和管理該臺設(shè)備的輸入輸出工作。設(shè)備驅(qū)動進(jìn)程所執(zhí)行的設(shè)備驅(qū)動程序的功能：接受用戶的I/O請求。分配相應(yīng)設(shè)備。啟動設(shè)備工作，完成I/O操作。處理來自設(shè)備的中斷6.4 UNIX 常用設(shè)備安裝和管理6.4.1 打印機(jī)的安裝和管理 在UNIX系統(tǒng)中，打印機(jī)可以是并行設(shè)備，也可以是串行設(shè)備。 1. 打印機(jī)的安裝 安裝打印機(jī)的步驟是：端口設(shè)置（串口或并口）。驗證打印機(jī)與計算機(jī)的連接是否正確。將打印機(jī)添加到系統(tǒng)中。進(jìn)行必要的打印機(jī)配置。包括： 打印機(jī)接口程序 打印機(jī)類型 打印內(nèi)容類型 連接方法。 2. 打印機(jī)的維護(hù)和使用 對打印機(jī)的維護(hù)管理包括：啟動和停止打印機(jī)增加、刪除類或打印機(jī)。設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)目的地。發(fā)送和注銷打印機(jī)。開啟和禁用打印機(jī)。接受、拒絕和轉(zhuǎn)移打印