操作系统 第6章 设备管理 (学习笔记)

第6章 设备管理

 

6.1 概述

 

6.1.1 外设

计算机系统中，通常把处理机和主存储器之外的部分统称为外围设备，简称外设。

 

6.1.2 设备管理的目标

使用方便、与设备无关、效率高、管理统一。

 

6.1.3 设备管理包括

(1)设备独立性

(2)设备驱动程序

(3)计算机和外部设备的数据传送控制方式

(4)设备的分配

(5)一些重要技术如中断技术、缓冲技术、Spooling技术

 

6.1.4 外设的分类

1.按设备的从属关系分类: 

系统设备:它是指操作系统生成时，即安装操作系统时就纳入系统管理范围的各种标准设备。

用户设备:它是指系统设备之外的非标准设备，在安装操作系统时没有配置，而由用户自己安装配置的设备。

2.按分配方式分类:

独享设备:这类设备一旦分配给某个实体（用户、作业、任务或进程）使用，在没被释放前，其他实体不得使用。

共享设备:指允许多个进程或作业同时使用的设备。

虚拟设备:通过一定的辅助存储器和控制程序，可将一台独享设备模拟为共享设备，这个具有了新特性的设备就称为虚拟设备。

3.按使用特性分类:

存储设备:它是计算机用来存储永久性信息的设备。

输入/输出设备:输入设备,输出设备

4.按信息组织、传送单位分类:

字符设备:以字符为单位来组织、处理信息的设备。

块设备:以数据块为单位来组织、处理信息的设备。

 

6.1.5 操作系统对设备安装的支持程序

即插即用PnP设备

非即插即用设备

 

Linux将外部设备看作文件——设备文件，它以设备名作为文件名。

应用物理设备前——用mount命令挂装到目录树上（称为加载）。

使用完成后——用umount命令从目录树卸下（称为卸载），才可取走该设备。

要挂装到作为挂装点的目录，系统通常已准备了一些常用挂装点，如果挂装点不存在，必需要用mkdir命令建立，然后才可进行挂装。 

 

6.1.5 设备管理的功能

 

6.1.5.1 设备管理应为每一类设备提供相应的设备驱动程序

选择打印机型号 ——确定打印机的驱动程序。

 

6.1.5.2 提供设备独立性

用户使用或编程时，打印机表现为一个普通的逻辑名称。

系统为了识别其管理的所有设备，给每个设备一个唯一的不可更改的识别号，称为设备的物理名。通过逻辑设备名和物理设备名，提供设备独立性，这是设备管理的一项重要任务。

 

6.1.5.3 对缓冲区进行管理

为了解决速度不匹配问题，大部分外设都采用设置缓冲区的方法。

缓冲区可设置在内存中，称为“软件缓冲”；

也可让外设自带专用的寄存器，作为硬件缓冲器。

例如利用打印机打印一篇文章，CPU在打印机就绪后，可把数据输出到缓冲区，打印机则从缓冲区取出数据打印，就这样一边送一边打，提高CPU的利用率。并且由于一次可以送一批数据到缓冲区，因而节省了CPU的数据传送时间。

 

6.1.5.4 对Spooling技术的支持。

Spooling（Simultaneous Peripheral Operations On-line）——也称为假脱机技术。

此技术在磁盘上专门开辟一个区域，CPU不需等到打印机处于就绪状态，就可直接将要打印的所有作业存放到磁盘中，排成打印队列。

合适的时候由专门的程序（在Windows中称为后台进程）把要打印的信息从磁盘送到打印机，并管理打印机的打印工作。

给人的感觉好像每个作业都有一台打印机。也就是说，该技术将一台独享设备模拟成了共享设备。支持Spooling技术意味着支持虚拟设备。

 

6.1.5.5 进行设备分配

按照设备的类型和系统中采用的分配算法，实施设备分配。这一功能由设备分配程序完成。  

 

6.1.5.6 提供中断处理机制

如果打印过程中出现问题（如掉电、缺纸、脱机等），需要CPU进行紧急处理。

系统采用了中断技术——当某个事件发生时，系统中止现行程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，处理完毕，返回被中断处继续执行。

当出现问题时，中断源立即向CPU发出一个中断信号，系统进入中断处理机制。

 

6.1.5.7 监视设备状态

记住所有设备、控制器和通道的状态，以便有效的调度和使用它们。  

 

6.1.5.8 完成I/O操作

通常完成这一部分功能的程序叫做设备驱动程序。系统按照用户的要求调用具体的设备驱动程序，启动相应的设备，进行I/O操作；并且处理来自设备的中断。操作系统中每类设备都有自己的设备驱动程序。  

 

6.1.5.9 缓冲管理与地址转换

由于外设与主机间的速度差异，大多数I/O操作都涉及到缓冲区。因此系统应对缓冲区进行管理。此外，用户程序应与实际使用的物理设备无关，这就需要将用户在程序中使用的逻辑设备转换成物理设备的地址。  

 

6.2 设备标识与设备驱动程序

 

6.2.1 逻辑设备与物理设备

 

6.2.1.1 逻辑设备和物理设备的含义

逻辑设备:

逻辑设备是对实际物理设备属性的抽象，它并不限于某个具体设备。

用户在编程时，不用关心系统具体配置了哪些设备，也不需要了解各种设备的物理特性，而只要按照惯例为所用到的设备起个逻辑名字，称为逻辑设备名。

物理设备:

物理设备是一个具体的设备。

系统为了能识别全部外设，给每台外设分配一个唯一不变的名字，称为物理设备名。

通过引入逻辑设备和物理设备，可实现设备独立性。

 

6.2.1.2 设备独立性

设备独立性也称为设备无关性，指用户编程时所使用的设备与实际使用的设备无关，用户编程时使用逻辑设备名。

用户程序以逻辑设备名来请求使用某类设备时，系统将在该类设备中，根据设备的使用情况，将任一台合适的物理设备分配给该程序。

如果用户程序是以物理设备名来请求指定某台设备，假如该设备有故障或正在被其他进程使用，则用户程序只能一直等待。