操作系统第5章设备管理.pptx

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。 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。 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）。 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。