《操作系统原理教程第二》第设备管理.pptx

《操作系统原理教程第二》设备管理xx年xx月xx日

CATALOGUE目录设备管理概述设备驱动程序I/O调度算法设备分配与回收缓冲技术设备驱动接口设备管理的发展趋势

01设备管理概述

设备管理是指对计算机系统中使用的硬件设备进行管理，包括设备的初始化、分配、使用、释放和故障排除等。设备管理定义设备管理具有抽象性、并发性、异步性、虚拟性和共享性等特点。设备管理特点设备管理的定义与特点

地位设备管理是操作系统的重要组成部分，它负责处理和管理计算机系统中各种硬件设备，使得用户可以方便地使用这些设备来完成各种任务。作用设备管理的作用主要包括减少用户对硬件设备的直接操作，简化设备的配置和维护，提高设备的利用率和可靠性，提供良好的用户界面等。设备管理在操作系统中的地位与作用

设备驱动程序与硬件设备直接交互的程序，用于控制设备的操作和访问。用于连接设备和计算机系统的硬件组件，可以控制设备的输入输出操作。提供一组标准的接口函数，用于应用程序和设备驱动程序之间的通信。用于访问和控制设备的用户程序，例如文件浏览器、图形界面等。操作系统内核中的设备管理模块负责管理和调度设备的操作，并协调各个组件之间的通信。设备管理系统的基本组成设备控制器用户应用程序操作系统内核设备驱动程序接口

02设备驱动程序

设备驱动程序的概念设备驱动程序是操作系统与硬件交互的接口，它负责管理和控制硬件设备，为应用程序提供访问硬件资源的途径。设备驱动程序的功能设备驱动程序的主要功能包括对设备的初始化、分配设备标识、设备读写操作、中断处理、设备状态检查等。设备驱动程序的概念及功能

根据设备的性质和特点，设备驱动程序可以分为串口驱动程序、网卡驱动程序、显卡驱动程序、声卡驱动程序等。设备驱动程序的分类不同的设备驱动程序具有不同的特点。一般来说，设备驱动程序都具有与硬件设备的专用性、与操作系统的兼容性、以及可裁剪性等特点。设备驱动程序的特点设备驱动程序的分类与特点

设备驱动程序的实现方式设备驱动程序可以通过以下几种方式实现：轮询、中断、DMA（直接内存访问）、通道等。其中，中断是最常用的方式之一，它通过向CPU发送中断信号，让CPU在中断处理函数中进行相应的处理。设备驱动程序的编写在操作系统中，设备驱动程序的编写一般由厂商或者开发人员完成。编写设备驱动程序需要了解设备的硬件接口和操作系统的驱动框架，遵循操作系统的驱动开发规范，利用相关的开发工具和编程语言进行编写。设备驱动程序的实现方式

03I/O调度算法

I/O调度算法定义根据一定的原则和算法，将I/O设备的数据块按照一定的顺序进行调度，从而使得I/O设备的读写操作更加高效。I/O调度算法分类按照调度策略的不同，I/O调度算法可以分为三类：先进先出(FIFO)、最短寻道时间优先(SSTF)和扫描(SCAN)。I/O调度算法的基本概念及分类

给每个I/O请求赋予一定的优先级，根据优先级的高低来决定I/O设备的读写操作顺序。优先级调度算法定义通常根据I/O请求的来源、紧急程度、数据的重要程度等因素来为每个请求分配不同的优先级。优先级调度算法实现优先级调度算法

循环调度算法定义将I/O设备的数据块按照环形进行排列，每次调度从环形的一端开始，按顺时针方向依次调度每个数据块，直到调度完所有的数据块。循环调度算法实现实现循环调度算法需要将I/O设备的数据块地址进行环形排列，并记录每个数据块的当前位置。循环调度算法

VS根据I/O请求等待时间和传输时间的长短来决定I/O设备的读写操作顺序。基于时间的调度算法实现通常采用C-SCAN算法和SCAN-E算法两种实现方式。C-SCAN算法是SCAN算法的改进型，将I/O设备分为几个区域，依次在每个区域内进行扫描。SCAN-E算法则是SCAN算法的另一种改进型，将I/O设备分为几个组，每次按组进行扫描。基于时间的调度算法定义基于时间的调度算法

04设备分配与回收

1设备分配的基本原则与过程23设备分配应使应用程序与设备硬件无关，实现设备独立性。设备独立性允许多个进程共享设备，提高设备利用率。设备共享设备分配应确保设备数据不被破坏或被非法访问。设备保护

将设备分配给某个进程，仅该进程可以使用该设备。设备的分配方式与实现独占分配多个进程共同使用同一设备，实现设备共享。共享分配将设备分成多个段，每个进程可以使用一个段。分段分配

设备回收01当进程不再需要使用设备时，系统应将其回收。设备的回收与处理设备处理02回收的设备应进行必要的处理，如清除数据、释放资源等。设备调度03系统应根据一定的调度算法，对进程请求的设备进行合理调度。

05缓冲技术

概念缓冲技术是指在计算机系统中，通过在硬件设备与主存之间引入一定容量的缓冲存储器（缓冲区），使得输入输出操作在时间上错开，以解决高速设备和低速设备之间的矛盾。作用缓冲技