设备管理-操作系统-程序员面试
操作系统-设备管理
6 设备管理
设备的概念：以及算计系统就是由大量的设备构成的，例如CPU、磁盘、显卡、显示器、鼠标、键盘等。这些设备的特点和功能各不相同。在这些设备中，有一类是作为计算机系统与外界交互的工具使用的，它具体负责计算机与外部的输入输出（I/O工作）我们称这类设备为外部设备，简称外设。
设备管理的目标：提高设备的利用率
I/O系统概述
I/O系统的定义
计算机中负责管理I/O的机构（是硬件和软件的组合）称为I/O系统
I/O系统的结构
1）单总线结构
2）多总线结构
3）具有通道系统的I/O系统
I/O系统的控制方式
程序控制I/O（程序直接控制方式）
优点：简单
缺点：CPU与外设串行工作，CPU必须等待外设处理完数据才能继续执行，在此期间CPU一直查询外设是否准备好，直到外设准备好。导致CPU利用率低下
中断驱动(I/O)
优点：在外设进行数据处理时，CPU不必等待，可以继续执行该程序或者其他程序，等到外设准备好，外设会向CPU发出中断请求，CPU响应请求去执行相应的中断处理程序。提高了CPU的利用率，中断技术使得CPU与外设之间的并行工作成为了可能。
缺点：数据仍然需要通过CPU进行传输，由于CPU每次处理的数据量较小，因此这种方式只适合数据传输率低的设备。
直接存储访问（DMA，Direct ？Memory Access）
通道控制方式I/O
一个CPU可以连接若干个通道，一个通道可以连接若干个控制器，一个控制器可以连接若干个设备。
优点：解决了I/O操作的独立性和各部件工作的并行性，通道把中央处理机从繁琐的输入输出操作中解放出来，采用通道技术后，不仅能实现CPU与通道的并行操作，而且通道与通道之间也能实现并行操作，各个通道上的外部设备也能实现并行操作，从而可达到提高整个系统的效率的根本目的
具有通道的设备管理
1）字节多路通道：可以获得较好的通道利用率，适合低速设备，传输单位为字节
2）数组选择通道：可以获得较好的数据传输率，适合高速设备，一次性传输一组数据。
3）数组多路通道：既具有很高的数据传输率，有能获得令人满意的通道利用率，
与设备管理有关的技术
缓冲技术
缓冲区时一种交换数据的区域
缓冲技术的分类
单缓冲技术
CPU和外设轮流使用。
计算过程和数据输入缓冲的过程可以并行
双缓冲
计算过程、数据输入缓冲的过程、数据传送的过程可以并行，适合于外设速度较高的情况
环形缓冲
系统受限计算：nextI 追上nextQ
系统受限I/O：nextQ 追上 nextI
缓冲池
可以供多个进程共享的双向缓冲技术（包括空缓冲队列、输入队列、输出队列）
UNIX设备管理
缓冲管理队列
为了方便对缓冲区进行管理，UNIX系统设置了三种队列，由于buf记录了与缓冲存储区有关的条件管理信息，所以缓冲区管理队列实际上就是对缓冲控制块buf队列的管理。
1 自由buf队列
可被分配工作它用的缓冲区
2 设备buf队列
每类设备都有一个buf队列用作读写某类块设备上的某一个字符块，其相应的buf就进入该类设备的buf队列中，除非被移作它用，否则一直保留在该队列中。
3 NODEV设备队列
当系统需要使用缓存，但不支持与它的设备字符块相连时，则将分配到的缓冲控制块buf送人NODEV设备队列中。
为什么缓冲控制块buf中药设置两对指针？
可以使得一个缓冲区同时处于两个队列中
一个设备buf队列中的缓冲区当使用完后，便同时处于原设备buf队列中和自由buf队列中。
避免了重复，费时的I/O操作过程，从而大大提高了系统的效率，如果要将一个缓冲区重新分配，只需简单的将它从自由buf设备buf队列中同时抽出，送入新的设备buf队列，实现了进程对缓冲区的共享。