操作系统第5章设备管理.pptx
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操作系统中的设备管理是确保计算机系统能有效、高效地与外部硬件设备交互的关键部分。这一章主要探讨了I/O系统、I/O控制、缓冲管理、设备分配、设备处理以及磁盘存储器管理等多个方面。 首先,I/O系统由I/O设备、设备控制器、I/O通道和总线系统构成。在微型计算机中,I/O系统通常采用总线结构,CPU通过总线与设备控制器通信,控制器再与I/O设备连接。而在大型或中型系统中,会有一级I/O通道,形成四级结构,提高了系统层次性和灵活性。 I/O控制方式决定了设备如何与处理器交互。常见的控制方式包括程序控制、中断驱动、DMA(直接存储器访问)以及通道控制。程序控制下,CPU需不断监控设备状态;中断驱动则允许CPU在等待I/O操作完成期间执行其他任务;DMA允许数据直接在设备和内存间传输,无需CPU介入;而通道控制则通过专门的通道处理器来处理I/O操作,进一步减轻了CPU负担。 缓冲管理是优化I/O性能的重要手段。通过在内存中设置缓冲区,可以实现数据的批量传输,减少CPU与I/O设备之间的频繁交互,提高效率。同时,缓冲还能平衡数据传输速率的差异,避免“瓶颈”现象。 设备分配涉及如何有效地分配和回收设备资源。这包括了选择合适的分配策略(如静态分配、动态分配),以及处理设备的共享和独占问题。对于共享设备,多个进程可以并发访问,而独占设备只能被一个进程使用。 设备处理是指执行I/O命令的具体过程,包括启动设备、处理中断、结束I/O操作等。这个阶段通常伴随着设备状态的改变,例如设备繁忙、就绪或已准备好接收新的命令。 最后,磁盘存储器管理是设备管理中的重要一环,因为磁盘通常作为最主要的块设备。这部分内容涵盖了磁盘的组织结构(如磁道、扇区、簇等)、磁盘调度算法(如FCFS、SSTF、SCAN等)以及提高磁盘性能的策略(如预读取、写后读验证等)。 总的来说,设备管理是操作系统的核心功能之一,它涉及硬件资源的有效利用和软件的高效执行,确保了用户能够无缝地与各种外部设备交互,从而提升整个系统的性能和用户体验。理解并掌握这些知识点对于理解和设计操作系统至关重要。
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