IO管理 5.2IO核心子系统1

**I/O管理与IO核心子系统** 在操作系统中，I/O管理是至关重要的部分，它负责协调计算机系统中CPU、内存和外部设备之间的交互。IO核心子系统是操作系统内核的一部分，专门处理输入/输出操作，确保高效、安全地利用硬件资源。其目标是提供设备独立性，使得应用程序无需关注具体设备的细节，而只需指定逻辑设备名（设备类型）即可进行设备操作。 **设备分配与回收** 设备分配是I/O管理的关键环节，涉及如何将设备分配给请求它的进程，以及在使用完毕后如何回收。设备可以分为独占设备和共享设备。独占设备一次只能由一个进程使用，例如打印机；而共享设备可以被多个进程同时访问，如磁盘。设备分配算法包括先来先服务、优先级和短任务优先等，考虑因素包括设备的固有属性、安全性及避免死锁。设备回收则需要确保设备在使用后被正确释放，以便其他进程可以使用。 **I/O调度** I/O调度类似于进程调度，但专注于优化I/O操作的顺序，以提高系统整体性能。它决定哪个进程的I/O请求应优先执行，以减少平均等待时间，确保公平性。磁盘调度是I/O调度的一个子集，使用诸如FCFS（先进先出）、短寻道时间优先等算法。缓冲区在I/O调度中扮演重要角色，通过缓解CPU与设备速度差异、减少中断频率和解决数据粒度不匹配等问题，提高了系统的效率。 **缓冲区技术** 缓冲区是内存中的一段区域，用于临时存储I/O数据。单缓冲、双缓冲、循环缓冲和缓冲池是常见的缓冲策略。缓冲区的运作遵循“满”和“空”的规则，确保数据的单向流动。多缓冲区策略，如循环缓冲，可以提高并行性，减少等待时间。设备控制表（DCT）、控制器控制表（COCT）和通道控制表（CHCT）是用于设备管理和控制的数据结构，包含设备状态、控制器信息和等待队列指针等关键字段。 **逻辑设备到物理设备的映射** 逻辑设备名到物理设备名的映射通过逻辑设备表（LUT）实现，目的是简化用户编程，隐藏物理设备的复杂性。LUT可以是全局的或每个用户私有的，以防止设备名冲突。系统设备表（SDT）记录所有设备的使用情况，帮助操作系统进行设备分配。 **SPOOLing技术** SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operations On Line）是一种模拟脱机输入/输出的技术，通过内存中的输入井和输出井模拟磁带，以及输入进程和输出进程模拟外围控制机。它提高了I/O速度，实现了预输入和缓输出，使得独占设备可以像共享设备一样使用，提高了设备利用率。 I/O管理的各个环节，从设备分配、调度、缓冲到逻辑设备映射，都是为了优化系统性能，增强设备利用率，并提供用户友好的接口。IO核心子系统作为操作系统的核心组件，确保了这些机制的有效实施。