I/O設備的基本概念和分類

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I/O控制器

• 一個I/O控制器可能會對應多個設備；
• 數據寄存器、控制寄存器、狀態寄存器可能有多個（如：每個控制/狀態寄存器對應一個具體的設備），且這些寄存器都要有相應的地址，才能方便CPU操作。
• 有的計算機會讓這些寄存器占用內存地址的一部分，稱為內存映像I/O；另一些計算機則采用I/O專用地址，即寄存器獨立編址。

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🌟I/O控制方式🌟

用什么樣的方式來控制I/O設備的數據讀/寫

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I/O軟件層次結構

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• 理解并記住I/O軟件各個層次之間的順序，要能夠推理判斷某個處理應該是在哪個層次完成的，最常考的是設備獨立性軟件、設備驅動程序這兩層
• 只需理解一個特點即可：直接涉及到硬件具體細節、且與中斷無關的操作肯定是在設備驅動程序層完成的；沒有涉及硬件的、對各種設備都需要進行的管理工作都是在設備獨立性軟件層完成的
• 設備獨立性軟件 = 設備無關性軟件

邏輯設備表的作用 ：建立邏輯設備名到物理設備名的映射關系；根據設備類型選擇調用相應的驅動程序。

I/O應用程序接口 & 設備驅動程序接口

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• 阻塞I/O：應用程序發出I/O系統調用，進程需轉為阻塞態等待。
• eg：字符設備接口——從鍵盤讀一個字符 get，如C語言中的scanf函數。
• 非阻塞I/O：應用程序發出I/O系統調用，系統調用可迅速返回，進程無需阻塞等待。
• eg：塊設備接口——往磁盤寫數據 write
• 設備驅動程序接口：操作系統規定好設備驅動程序的接口標準，各廠商必須按要求開發設備驅動程序，形成統一標準的設備驅動程序接口
• 不同的操作系統，對設備驅動程序接口的標準各不相同。設備廠商必須根據操作系統的接口要求，開發相應的設備驅動程序，設備才能被使用

I/O核心子系統

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• 操作系統需要實現文件保護功能，不同的用戶對各個文件有不同的訪問權限（如：只讀、讀和寫等）。
• 在UNIX系統中，設備被看做是一種特殊的文件，每個設備也會有對應的FCB。當用戶請求訪問某個設備時，系統根據FCB中記錄的信息來判斷該用戶是否有相應的訪問權限，以此實現“設備保護”的功能。

假脫機技術（SPOOLing技術）

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• 雖然系統中只有一個臺打印機，但每個進程提出打印請求時，系統都會為在輸出井中為其分配一個存儲區（相當于分配了一個邏輯設備），使每個用戶進程都覺得自己在獨占一臺打印機，從而實現對打印機的共享。
• SPOOLing 技術可以把一臺物理設備虛擬成邏輯上的多臺設備，可將獨占式設備改造成共享設備。

設備的分配與回收

設備的 固有屬性 可分為三種：獨占設備、共享設備、虛擬設備。

獨占設備——一個時段只能分配給一個進程（如打印機）

共享設備——可同時分配給多個進程使用（如磁盤），各進程往往是宏觀上同時共享使用設備，而微觀上交替使用。

虛擬設備——采用 SPOOLing 技術將獨占設備改造成虛擬的共享設備，可同時分配給多個進程使用（如采用 SPOOLing 技術實現的共享打印機）

• 靜態分配：進程運行前為其分配全部所需資源，運行結束后歸還資源破壞了“請求和保持”條件，不會發生死鎖
• 動態分配：進程運行過程中動態申請設備資源

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緩沖區管理

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💜單緩沖

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結論：采用單緩沖策略，處理一塊數據平均耗時 Max(C, T)+M

💖雙緩沖

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結論：采用雙緩沖策略，處理一個數據塊的平均耗時為 Max (T, C+M)

• 若兩個相互通信的機器設置雙緩沖區，則同一時刻可以實現雙向的數據傳輸
• 注：管道通信中的“管道”其實就是緩沖區。要實現數據的雙向傳輸，必須設置兩個管道

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【操作系统】设备管理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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