【操作系统】设备管理

最新推荐文章于 2023-12-27 17:30:10 发布

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分类专栏： OS 文章标签：人工智能深度学习迁移学习机器学习开发语言

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I/O设备的基本概念和分类

I/O控制器

一个I/O控制器可能会对应多个设备；
数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器可能有多个（如：每个控制/状态寄存器对应一个具体的设备），且这些寄存器都要有相应的地址，才能方便CPU操作。
有的计算机会让这些寄存器占用内存地址的一部分，称为内存映像I/O；另一些计算机则采用I/O专用地址，即寄存器独立编址。

🌟I/O控制方式🌟

用什么样的方式来控制I/O设备的数据读/写

I/O软件层次结构

理解并记住I/O软件各个层次之间的顺序，要能够推理判断某个处理应该是在哪个层次完成的，最常考的是设备独立性软件、设备驱动程序这两层
只需理解一个特点即可：直接涉及到硬件具体细节、且与中断无关的操作肯定是在设备驱动程序层完成的；没有涉及硬件的、对各种设备都需要进行的管理工作都是在设备独立性软件层完成的
设备独立性软件 = 设备无关性软件

逻辑设备表的作用 ：建立逻辑设备名到物理设备名的映射关系；根据设备类型选择调用相应的驱动程序。

I/O应用程序接口 & 设备驱动程序接口

阻塞I/O：应用程序发出I/O系统调用，进程需转为阻塞态等待。
eg：字符设备接口——从键盘读一个字符 get，如C语言中的scanf函数。
非阻塞I/O：应用程序发出I/O系统调用，系统调用可迅速返回，进程无需阻塞等待。
eg：块设备接口——往磁盘写数据 write
设备驱动程序接口：操作系统规定好设备驱动程序的接口标准，各厂商必须按要求开发设备驱动程序，形成统一标准的设备驱动程序接口

不同的操作系统，对设备驱动程序接口的标准各不相同。设备厂商必须根据操作系统的接口要求，开发相应的设备驱动程序，设备才能被使用

I/O核心子系统

操作系统需要实现文件保护功能，不同的用户对各个文件有不同的访问权限（如：只读、读和写等）。
在UNIX系统中，设备被看做是一种特殊的文件，每个设备也会有对应的FCB。当用户请求访问某个设备时，系统根据FCB中记录的信息来判断该用户是否有相应的访问权限，以此实现“设备保护”的功能。

假脱机技术（SPOOLing技术）

虽然系统中只有一个台打印机，但每个进程提出打印请求时，系统都会为在输出井中为其分配一个存储区（相当于分配了一个逻辑设备），使每个用户进程都觉得自己在独占一台打印机，从而实现对打印机的共享。
SPOOLing 技术可以把一台物理设备虚拟成逻辑上的多台设备，可将独占式设备改造成共享设备。

设备的分配与回收

设备的 固有属性 可分为三种：独占设备、共享设备、虚拟设备。

独占设备——一个时段只能分配给一个进程（如打印机）
共享设备——可同时分配给多个进程使用（如磁盘），各进程往往是宏观上同时共享使用设备，而微观上交替使用。
虚拟设备——采用 SPOOLing 技术将独占设备改造成虚拟的共享设备，可同时分配给多个进程使用（如采用 SPOOLing 技术实现的共享打印机）