操作系统_第4章课件_外部设备管理_蒲晓蓉

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第四章

设备管理

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本章要点 设备管理的主要功能、模型 I/O子系统的组成、结构 设备的控制、I/O控制 设备的类型 设备分配 I/O缓冲技术 虚拟设备与SPOOLing系统 磁盘设备的管理

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4.1

设备管理概述

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设备管理的主要功能设备分配 设备映射 设备驱动 I/O缓冲区的管理

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设备分配 多道程序系统中的设备不允许用户直接 使用，而是由操作系统统一调度和控制。 设备分配功能是设备管理的基本任务。 设备分配程序 按照一定的策略，为申请 设备的用户进程分配设备，记录设备的 使用情况

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设备管理的主要功能设备分配 设备映射 设备驱动 I/O缓冲区的管理

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设备映射 为了提高应用软件对运行平台的适应能 力，方便实现应用软件I/O重定向，大多 数现代操作系统均支持应用软件对设备 的无关性，即通常所说的 设备无关性 ， 或者设备独立性。—设备无关性：应用软件所引用的、用于实现 I/O操作的设备与物理I/O系统中实际安装的设 备没有固定的联系。

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设备映射 逻辑设备和物理设备— 逻辑设备是指，应用软件所引用的用于实现 I/O操作的设备。 — 物理设备则指，物理I/O系统中实际安装的设 备。

从应用软件的角度看，逻辑设备是一类 物理设备的抽象。从操作系统设备管理 程序的角度看，物理设备则是某种逻辑 设备的实例。

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设备映射 如果某系统支持设备无关性，那么该系统中应 用软件所引用的逻辑设备与实际安装的物理设 备没有固定的联系。 事实上，在应用软件运行期间，操作系统的设 备管理程序必须将该应用软件对逻辑设备的引 用转换成对相关物理设备的引用。 设备管理的这种功能称为逻辑设备到物理设备 的映射功能，简称设备映射功能。

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设备管理的主要功能设备分配 设备映射 设备驱动 I/O缓冲区的管理

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设备驱动 又称设备处理，指对物理设备进行控制，以实 现真正的I/O操作。 设备驱动的主要任务是：接收上层软件发来的 抽象服务请求，例如读/写命令，再把它转换 为具体要求，通过一系列的I/O指令，控制设 备完成请求的操作；同时，设备驱动程序还将 设备发来的有关信号传送给上层软件，例如设 备是否已损坏等。

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设备驱动 设备驱动程序与硬件密切相关，应为每一类设 备配臵一种驱动程序。 设备驱动程序一般由设备开发厂商根据操作系 统的要求组织编写，操作系统仅对与设备驱动 的接口提出要求，一般不负责具体设备驱动程 序的编写。 有时候，某些硬件无法在某种操作系统中使用， 原因很可能就是没有专门的或通用的设备驱动 程序，或者设备

驱动程序设计有问题，使得设 备无法正常工作。

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设备管理的主要功能设备分配 设备映射 设备驱动 I/O缓冲区的管理

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I/O缓冲区的管理 为了缓和处理机与外部设备间速度不匹配的矛 盾，提高处理机和外部设备间的并行性，现代 操作系统大都在设备管理部分引入了缓冲技术。 通常，缓冲区是指内存中的若干区域，用于缓 存进程与外部设备间的数据传输。又称为I/O 缓冲区。 I/O缓冲区管理的任务是：组织I/O缓冲区，并 为使用者提供获得和释放I/O缓冲区的手段。

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通用设备管理分层模型 将设备管理功能模块分为设备 硬件无关 以及设备硬件相关两个层次。 设备硬件无关层主要实现：I/O缓冲区管 理以及设备映射功能。该层与设备用法 有关，与设备硬件无关。 一般地，根据设备的用法，该层也可视 作虚拟存储系统、文件系统或通信系统 的一部分。

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通用设备管理分层模型 设备硬件相关层将设备硬件无关层与设备硬件 隔离开来。

从设备硬件无关层的角度看，设备硬件相关层 为其提供了一个相对简洁的I/O功能接口；该 接口屏蔽了设备硬件复杂的操作细节。 从设备硬件相关层的内部看，该层主要实现设 备驱动功能。毫无疑问，该层与设备硬件密切 相关。