设备管理

I/O 系统

• 输入、输出设备
• 存储功能的设备
• 设备控制器 --如显卡、声卡等

设备管理的概念

• 提供的功能
  • 提供和进程关系系统的接口
  • 进行设备分配
  • 实现设备和设备之间、设备与CPU之间的并行操作
  • 进行缓冲区管理

I/O 控制方式

• 程序 I/O方式
• 中断控制 I/O方式
• 直接存储器访问（DMA）方式
• I/O 通道控制方式
  • 字节多路通道
  • 选择通道
  • 成组多路通道

缓冲管理

引入缓冲区的主要原因

• 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 CPU 中断响应时间的限制
• 提高 CPU 和 I/O 设备之间的并行性

分类

• 单缓冲
• 多缓冲
• 循环缓冲
  • 循环缓冲由多个大小相同的缓冲区，可以分为3类
    • 用于装输入数据的空缓冲区 R
    • 已装满数据的缓冲区 G
    • 计算进程正在使用的现行工作缓冲区 C
• 缓冲池（Buffer Pool）
  • 对于即可输入又可输出的公用缓冲池，至少应含3类缓冲区
    • 空缓冲区
    • 装满输入数据的缓冲区
    • 装满输出数据的缓冲区

设备的分配

两种原则

• 静态分配 --不会发生死锁现象
• 动态分配 --按需分配

分配策略

• 先请求者先分配
• 优先级高者先分配

磁盘管理

磁盘

• 一个磁盘由多个盘片构成，每个盘片有上下两个盘面，均可存储信息
• 一个盘面由若干个同心圆构成，同心圆称之为磁道，信息就是存到磁道上的
• 沿半径可以将盘面分成若干个块，称之为扇区。扇区是存储信息的最基本单位
• 柱面号（磁道号），盘面号（磁头号）

磁盘的访问时间

• 寻道时间 Ts
  • 把磁臂从当前位置移到指定磁道上所经历的时间
• 旋转延迟时间 Tr
  • 指定扇区移动到磁头下面所经历的时间
• 传输时间 Tt
  • 数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间
• 在访问时间中，寻道时间和旋转延迟时间，通常是占据了访问时间的大头。适当地集合数据（不要太零散）传输，将有利于提高传输效率

磁盘的调度算法

• 先来先服务（FCFS）
  • 按顺序执行
  • 优点 --公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理
  • 缺点 --未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长
• 最短寻道时间优先
  • 寻找最近的磁道
  • 不能保证平均寻道时间最短
• 扫描（SCAN）算法（电梯调度算法）【常考】
  • 顾名思义，按电梯的方式进行
• 循环扫描 CSSCAN
  • 将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环进行扫描

虚设备和 SPOOLing 技术（假脱机技术）

该技术是利用专门的专门的外围控制机，将低速设备上的数据传送到高速磁盘上，等传输了一段时间，再从磁盘读入到内存中。

三大部分组成

• 输入井和输出井
  • 是磁盘上开辟的两大存储空间
• 输入缓冲区和输出缓冲区
  • 在内存中开辟两个缓冲区，输入缓冲区暂存由输入设备送来的数据，后送输入井
  • 输出缓冲区暂存从输出井送来的是数据，后送输出设备
• 输入进程和输出进程
  • 利用两个进程模拟脱机 I/O 时的外围处理机

特点

• 提高了 I/O 的速度。利用 输入输出井 模拟成脱机输入输出，缓和了 CPU 和 I/O 设备速度不匹配的矛盾
• 将独占设备改造成共享设备
• 实现了虚拟设备功能。多个进程同时使用一台独占设备，虚拟成了多台设备

个人

简单来说，就是将U盘的数据通过外围机器先传入到移动硬盘中，再从移动硬盘存入到主机中，提高了 I/O 的速度。