第6章設(shè)備管理

1、第第6章章 設(shè)備管理設(shè)備管理 6.1 設(shè)備管理的概念設(shè)備管理的概念 6.2 設(shè)備管理技術(shù)設(shè)備管理技術(shù) 6.3 Linux設(shè)備管理設(shè)備管理 6.1 設(shè)備管理的概念設(shè)備管理的概念 通常把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除處理機(jī)和主存儲(chǔ)器通常把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除處理機(jī)和主存儲(chǔ)器之外的部分統(tǒng)稱為外部設(shè)備，簡稱外設(shè)。之外的部分統(tǒng)稱為外部設(shè)備，簡稱外設(shè)。外部設(shè)備種類繁多，功能各異。常見的外外部設(shè)備種類繁多，功能各異。常見的外部設(shè)備有顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤驅(qū)動(dòng)部設(shè)備有顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)等。各種外部設(shè)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)等。各種外部設(shè)備在功能、速度、電磁特性等方面存在著備在功能、速度、電磁特性等方

2、面存在著較大的差異。因此，操作系統(tǒng)必須提供設(shè)較大的差異。因此，操作系統(tǒng)必須提供設(shè)備管理功能，以便程序能簡便、有效地使備管理功能，以便程序能簡便、有效地使用各種外部設(shè)備。用各種外部設(shè)備。 6.1.1 設(shè)備的類型設(shè)備的類型 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，外部設(shè)備也在不斷地發(fā)展變化。因此，要準(zhǔn)確地劃分外部設(shè)備的類型也就相對復(fù)雜。一般從不同的角度可以將外部設(shè)備分成不同的類型。常見的分類方法有如下幾種： 1按外部設(shè)備的從屬關(guān)系分類 可將外部設(shè)備分為系統(tǒng)設(shè)備和用戶設(shè)備。系統(tǒng)設(shè)備是指在操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)注冊于系統(tǒng)的各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器等。用戶設(shè)備是指操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)

3、未注冊于系統(tǒng)的各種非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，需要由用戶提供設(shè)備處理和管理程序，并通過適當(dāng)?shù)姆椒ò阉鼈兗{入系統(tǒng)并實(shí)施管理，如繪圖儀等專用設(shè)備。 2按外部設(shè)備的數(shù)據(jù)組織和傳輸方式 可將外部設(shè)備分為塊設(shè)備和字符設(shè)備。塊設(shè)備是指數(shù)據(jù)的組織和傳輸是以數(shù)據(jù)塊為單位的設(shè)備，如磁盤、光盤等。字符設(shè)備是指以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織和傳送的設(shè)備，如鍵盤、打印機(jī)等。 3按外部設(shè)備的資源管理方式 可將外部設(shè)備分為獨(dú)占設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備。獨(dú)占設(shè)備是指在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶進(jìn)程的設(shè)備。共享設(shè)備是指在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)用戶進(jìn)程的設(shè)備。虛擬設(shè)備是指通過某些共享設(shè)備把獨(dú)占設(shè)備改造成可供多個(gè)進(jìn)程的訪問的設(shè)備。 6.1.2 設(shè)備管理的

4、任務(wù)和功能設(shè)備管理的任務(wù)和功能 操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備管理主要有如下目標(biāo)： （1）為用戶提供方便、統(tǒng)一的設(shè)備使用界面，將復(fù)雜的、具體的設(shè)備操作控制過程隱藏起來，通過統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)進(jìn)行I/O操作，使用戶能夠獨(dú)立于具體設(shè)備的復(fù)雜物理特性來使用設(shè)備。 （2）提高外部設(shè)備的利用率，盡量提高設(shè)備與處理機(jī)之間、設(shè)備與設(shè)備之間的并行程度。 為了完成上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)當(dāng)具備如下功能： （1）設(shè)備的配置與分配。操作系統(tǒng)要配置各種外部設(shè)備，給它們分配一定的系統(tǒng)資源。同時(shí)在多道程序環(huán)境下，為避免沖突，操作系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)為每個(gè)進(jìn)程分配所需要的外圍設(shè)備。 （2）實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作。根據(jù)用戶的要求，啟動(dòng)設(shè)備并驅(qū)動(dòng)設(shè)備完成相應(yīng)的操作。 （3）

5、緩沖區(qū)管理。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，處理機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度往往比設(shè)備處理數(shù)據(jù)的速度快得多，所在計(jì)算機(jī)普遍采用在內(nèi)存中設(shè)置緩沖區(qū)來協(xié)調(diào)處理機(jī)和外部設(shè)備之間數(shù)據(jù)處理速度的差異。設(shè)備管理應(yīng)該具有對緩沖區(qū)建立、分配、釋放與回收的功能。 6.1.3 設(shè)備控制器設(shè)備控制器 外部設(shè)備通常包括一個(gè)機(jī)械部件和一個(gè)電子部件，其邏輯結(jié)構(gòu)見圖6-1。為了達(dá)到設(shè)計(jì)的模塊化和通用性，一般將其分開。電子部件稱為設(shè)備控制器或適配器，在個(gè)人計(jì)算機(jī)中，它常常是一塊可以插入主板擴(kuò)充槽的印刷電路板；機(jī)械部件則是設(shè)備本身。 緩沖轉(zhuǎn)換器控制邏輯信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備控制器I/O設(shè)備圖6-1 I/O設(shè)備邏輯結(jié)構(gòu)圖 控制器有一個(gè)

6、或多個(gè)設(shè)備地址，具有一定數(shù)量的寄存器，包括控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和狀態(tài)寄存器。它們能接收、識(shí)別和執(zhí)行來自CPU的各種命令，實(shí)現(xiàn)CPU與控制器、控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，從而大大簡化了操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是有利于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和操作系統(tǒng)對各類控制器和設(shè)備的兼容性。PC機(jī)上的I/O地址空間為65535個(gè)8位的I/O端口，也可以把兩個(gè)連續(xù)的8位端口組成一個(gè)16位端口。PC機(jī)常用的設(shè)備地址如表6-1。在Linux中，有關(guān)設(shè)備地址的信息存放在文件/proc/ioports中。 設(shè)備控制器上一般都有一個(gè)接線器，它可以把與設(shè)備相連的電纜線接進(jìn)來?？刂破骱驮O(shè)備之間的接口越來越多的采用國際標(biāo)準(zhǔn)，如ANSI、IEE

7、E、ISO 或者事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)計(jì)算機(jī)廠家都可以制造與標(biāo)準(zhǔn)接口相匹配的控制器和設(shè)備。例如常見的串口、USB口、IDE接口等。許多通用的設(shè)備控制器已經(jīng)與設(shè)備相分離，被直接集成到主板上。 6.1.4 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是驅(qū)動(dòng)物理設(shè)備、通道或DMA控制器等直接進(jìn)行I/O操作的子程序的集合。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中包括了所有與設(shè)備相關(guān)的代碼，它的工作是：把用戶提交的邏輯I/O 請求轉(zhuǎn)化為物理I/O 操作的啟動(dòng)和執(zhí)行，如設(shè)備名轉(zhuǎn)化為端口地址、邏輯記錄轉(zhuǎn)化為物理記錄、邏輯操作轉(zhuǎn)化為物理操作等。每個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序只處理一種設(shè)備，或者一類緊密相關(guān)的設(shè)備。6.2 設(shè)備管理技術(shù) 設(shè)備管

8、理的主要任務(wù)之一，是控制外部設(shè)備和內(nèi)存或處理機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。設(shè)備管理技術(shù)從最初的處理機(jī)直接管理，到目前的中斷技術(shù)和緩沖技術(shù)，也經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展與完善的過程。 6.2.1 數(shù)據(jù)傳送控制方式數(shù)據(jù)傳送控制方式 按照處理機(jī)和外部設(shè)備并行工作方式和程度的不同，數(shù)據(jù)傳送控制方式可以分為查詢方式、中斷控制方式、DMA方式、通道控制方式等四種。處理機(jī)和外部設(shè)備并行工作程度越高，計(jì)算機(jī)效率和系統(tǒng)資源的利用率也越高。 1查詢方式查詢方式 查詢方式又稱程序直接控制方式或“忙等”方式。在這種方式下，CPU要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，就發(fā)出一條I/O指令啟動(dòng)外部設(shè)備。在外部設(shè)備準(zhǔn)備過程中，CPU不斷查詢外部設(shè)備的準(zhǔn)備情況，終止

9、了原程序的執(zhí)行。外部設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，CPU 參與數(shù)據(jù)的傳送工作，此時(shí)CPU 也不能執(zhí)行原程序。在這種方式下，CPU和外部設(shè)備串行工作，主機(jī)不能充分發(fā)揮效率，外部設(shè)備也不能得到合理使用，而且數(shù)據(jù)的傳送量很小，整個(gè)系統(tǒng)的效率很低。在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中這種查詢方式已經(jīng)很少使用了。 2中斷控制方式中斷控制方式 為了提高處理機(jī)與外設(shè)間數(shù)據(jù)傳送的效率，中斷控制方式被提出并被廣泛使用。 中斷控制方式的數(shù)據(jù)傳送步驟如下： （1）需要數(shù)據(jù)傳送的進(jìn)程通過CPU發(fā)出啟動(dòng)指令，啟動(dòng)外設(shè)開始工作。此時(shí)外部設(shè)備與CPU并行工作。 （2）請求數(shù)據(jù)傳送的進(jìn)程放棄CPU，進(jìn)入阻塞態(tài)，等待外設(shè)準(zhǔn)備完成。進(jìn)程調(diào)度程序調(diào)度其他就緒進(jìn)程運(yùn)

10、行。 （3）外設(shè)準(zhǔn)備完成后向CPU發(fā)出中斷請求信號(hào)。 （4）CPU響應(yīng)中斷請求，中斷當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行，轉(zhuǎn)向設(shè)備中斷服務(wù)程序，完成阻塞進(jìn)程所要求的數(shù)據(jù)傳送。 （5）中斷服務(wù)完成后，返回被中斷的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，同時(shí)解除阻塞進(jìn)程，使其轉(zhuǎn)入就緒態(tài)，等待進(jìn)程調(diào)度程序的調(diào)度。 這種控制方式實(shí)現(xiàn)了外部設(shè)備與CPU在一定程度上的并行操作，改善了CPU的利用率。但這種方式數(shù)據(jù)傳送量不大，一次只能傳送一個(gè)字節(jié)或字的數(shù)據(jù)，而且每一次數(shù)據(jù)傳送都要中斷CPU，耗去了大量的CPU時(shí)間。 3DMA方式方式 DMA方式又稱直接存儲(chǔ)器訪問（Direct Memory Access）方式，它增加了一個(gè)DMA控制器，控制外設(shè)和主存之間

11、直接進(jìn)行成批的數(shù)據(jù)交換，而不需要CPU干預(yù)。DMA控制器包含內(nèi)存地址寄存器、傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和控制狀態(tài)寄存器等。 DMA方式下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的過程如下： （1）CPU根據(jù)進(jìn)程的要求執(zhí)行I/O指令，并將數(shù)據(jù)的內(nèi)存起始地址和字節(jié)數(shù)送入DMA控制器中的相應(yīng)寄存器，同時(shí)啟動(dòng)外部設(shè)備。 （2）發(fā)出數(shù)據(jù)傳送要求的進(jìn)程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，等待輸入/輸出操作的完成。進(jìn)程調(diào)度程序調(diào)度其他就緒進(jìn)程運(yùn)行。 （3）當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好后，DMA控制器向CPU發(fā)出DMA請求，申請總線的控制權(quán)。CPU響應(yīng)DMA請求，讓出總線控制權(quán)。 （4）DMA控制器獲得總線控制權(quán)，按內(nèi)存地址寄存器和傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器的指示并數(shù)據(jù)緩沖寄存器并

12、控制外設(shè)和內(nèi)存之間直接的數(shù)據(jù)交換過程。 （5）數(shù)據(jù)傳送完畢，DMA控制器歸還總線的控制權(quán)，并喚醒被阻塞的進(jìn)程。 用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，CPU基本上不干預(yù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，因而提高了CPU的效率和輸入/輸出的效率。 4通道控制方式通道控制方式 通道控制方式是DMA方式的進(jìn)一步發(fā)展，也是一種內(nèi)存和設(shè)備直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式。通道是專門用于負(fù)責(zé)輸入/輸出的處理機(jī)。 通道控制方式的數(shù)據(jù)過程如下： （1）當(dāng)進(jìn)程要求設(shè)備輸入時(shí)，CPU發(fā)指令指明I/O操作、設(shè)備號(hào)和對應(yīng)通道。 （2）對應(yīng)通道收到CPU發(fā)來的啟動(dòng)指令后，讀出內(nèi)存中的通道指令程序、設(shè)置對應(yīng)設(shè)備的控制狀態(tài)寄存器的初值。 （3）設(shè)備按通道指令的要

13、求，把數(shù)據(jù)送往內(nèi)存指定區(qū)域。 （4）若傳送結(jié)束，I/O控制器通過中斷請求線發(fā)中斷信號(hào)請求CPU做中斷處理。 （5）中斷處理結(jié)束后，CPU返回到被中斷進(jìn)程處繼續(xù)執(zhí)行。 （6）當(dāng)進(jìn)程調(diào)度程序選中這個(gè)已得到數(shù)據(jù)的進(jìn)程后，才能進(jìn)行加工處理。 按照信息交換方式和加接設(shè)備種類不同，通道可分為三種類型：字節(jié)多路通道、數(shù)組選擇通道和數(shù)組多路通道。 與DMA方式不同的是，在通道控制方式中，數(shù)據(jù)傳送方向存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址及傳送的數(shù)據(jù)塊長度均由一個(gè)專門負(fù)責(zé)輸入/輸出的硬件通道來控制。另外，DMA方式每臺(tái)設(shè)備至少需要一個(gè)DMA控制器，而通道控制方式中，一個(gè)通道可控制多臺(tái)設(shè)備與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 6.2.2 中斷技術(shù)中

14、斷技術(shù) 1中斷的基本概念 中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行期間，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了某一急需處理的事件，使得CPU暫時(shí)終止當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的事件處理程序，待處理完畢再返回被中斷的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。中斷技術(shù)不僅應(yīng)用在CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送，也用于外設(shè)的管理。 引起中斷的事件稱為中斷源。中斷源向CPU發(fā)出的請求中斷處理的信號(hào)稱為中斷請求。而CPU收到中斷請求后轉(zhuǎn)向相應(yīng)事件處理程序的過程稱為中斷響應(yīng)。發(fā)生中斷時(shí)，當(dāng)前進(jìn)程被中斷處的地址稱為斷點(diǎn)，當(dāng)前進(jìn)程所用到的有關(guān)寄存器和存儲(chǔ)器的信息稱為現(xiàn)場。處理中斷事件的程序稱為中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，必須先保護(hù)好斷點(diǎn)和現(xiàn)場，中斷處理完畢，要恢復(fù)好理現(xiàn)場和斷點(diǎn)

15、。 為了處理上的方便，通常所有中斷服務(wù)程序的入口地址依次放在特定的內(nèi)存單元，構(gòu)成中斷向量表。每一個(gè)中斷都有一個(gè)中斷向量號(hào)。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，只需要根據(jù)中斷向量號(hào)和中斷向量表的首地址，就可以查到中斷服務(wù)程序的入口地址。 為了便于對中斷的控制，在CPU的內(nèi)部，有一些寄存器位（稱為中斷允許位）用于控制是否允許CPU響應(yīng)中斷?？梢越顾兄袛?，也可以屏蔽部分中斷。 2中斷的分類 根據(jù)中斷源的特征，可以將中斷分為硬件中斷和軟件中斷。 根據(jù)中斷源產(chǎn)生的條件，可以將中斷分為外中斷和內(nèi)中斷。外中斷是指來自外部設(shè)備的中斷，包括外設(shè)發(fā)出的I/O請求、外部信號(hào)、定時(shí)器中斷等。內(nèi)中斷主要指在處理機(jī)和內(nèi)存內(nèi)部產(chǎn)生的中斷，包

16、括程序運(yùn)算引起的各種錯(cuò)誤和調(diào)試程序中設(shè)置的斷點(diǎn)引進(jìn)的中斷。 3中斷優(yōu)先級(jí) 根據(jù)系統(tǒng)對中斷處理的需要，操作系統(tǒng)一般根據(jù)中斷事件的重要程度對各中斷賦予不同的處理優(yōu)先級(jí)。重要的事件優(yōu)先級(jí)高，一般的事件優(yōu)先級(jí)低。當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)生多個(gè)中斷時(shí)，先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的中斷。高優(yōu)先級(jí)的中斷還可以嵌套低優(yōu)先級(jí)的中斷。 4中斷處理過程 當(dāng)中斷發(fā)生后，如果當(dāng)前CPU允許中斷，CPU選擇優(yōu)先級(jí)最高的中斷進(jìn)行響應(yīng)。一旦CPU響應(yīng)中斷，系統(tǒng)開始進(jìn)行中斷處理。中斷處理包括如下步驟： （1）保護(hù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場。為了在中斷處理結(jié)束后能使進(jìn)程正確地返回到斷點(diǎn)，并恢復(fù)進(jìn)程原來執(zhí)行的狀態(tài)，系統(tǒng)必須保護(hù)好現(xiàn)場。 （2）根據(jù)中斷向量，在中斷

17、向量表查得中斷服務(wù)程序的入口地址，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 （3）中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，CPU返回執(zhí)行原來被中斷的進(jìn)程。 6.2.3 緩沖技術(shù)緩沖技術(shù) 為了改善中央處理器與外圍設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，以及協(xié)調(diào)邏輯記錄大小與物理記錄大小不一致的問題，提高CPU 和I/O 設(shè)備的并行性，減少I/O 對CPU 的中斷次數(shù)和放寬對CPU 中斷響應(yīng)時(shí)間的要求，在操作系統(tǒng)中普遍采用了緩沖技術(shù)。緩沖用于平滑兩種不同速度部件或設(shè)備之間的信息傳輸，由于硬件實(shí)現(xiàn)緩沖成本太高，通常的實(shí)現(xiàn)方法是在主存開辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)稱緩沖區(qū)，專門用于臨時(shí)存放I/O 的數(shù)據(jù)。 在操作系統(tǒng)管理下，常常辟出許多專用主存區(qū)域的緩沖區(qū)用來服務(wù)于

18、各種設(shè)備，支持I/O 管理功能。常用的緩沖技術(shù)有：單緩沖、雙緩沖和循環(huán)緩沖。 1單緩沖單緩沖 單緩沖是操作系統(tǒng)提供的最簡單的一種緩沖形式。每當(dāng)一個(gè)進(jìn)程發(fā)出一個(gè)I/O請求時(shí)，操作系統(tǒng)便在主存中為之分配一緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)用來臨時(shí)存放輸入/輸出數(shù)據(jù)。 單緩沖方式由于只有一個(gè)緩沖區(qū)，這一緩沖區(qū)在某一時(shí)刻能存放輸入數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)，但不能既是輸入數(shù)據(jù)又是輸出數(shù)據(jù)，否則在緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)會(huì)引起混亂，所以此緩沖區(qū)可以認(rèn)為是臨界資源，不允許多進(jìn)程同時(shí)訪問它。 2雙緩沖雙緩沖 解決外設(shè)之間并行工作的最簡單的辦法是設(shè)置雙緩沖。 輸入時(shí)將數(shù)據(jù)送往緩沖區(qū)buffer1，然后進(jìn)程從buffer1中提取數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，輸出時(shí)將

19、數(shù)據(jù)送往緩沖區(qū)buffer2，輸出設(shè)備從buffer2中取出數(shù)據(jù)慢慢輸出，與此同時(shí)輸入設(shè)備又可以將數(shù)據(jù)送往buffer1，進(jìn)程從buffer1中提取數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。輸入設(shè)備和輸出設(shè)備可能并行工作。 3循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖 采用雙緩沖技術(shù)雖然提高了I/O 設(shè)備的并行工作程度，減少了進(jìn)程調(diào)度開銷，但在輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和處理進(jìn)程速度不匹配的情況下仍不十分理想。為改善上述情形，獲得較高的并行度，常常采用多緩沖組成的循環(huán)緩沖（circular buffer）技術(shù)。 操作系統(tǒng)從自由主存區(qū)域中分配一組緩沖區(qū)，每個(gè)緩沖區(qū)有一個(gè)鏈接指針指向下一個(gè)緩沖區(qū)，最后一個(gè)緩沖區(qū)指針指向第一個(gè)緩沖區(qū)，組成了循環(huán)緩沖，每個(gè)緩沖區(qū)

20、的大小可以等于物理記錄的大小。多緩沖的緩沖區(qū)是系統(tǒng)的公共資源，可供各個(gè)進(jìn)程共享，并由系統(tǒng)統(tǒng)一分配和管理。緩沖區(qū)用途分為：輸入緩沖區(qū)，處理緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。為了管理各類緩沖區(qū)，進(jìn)行各種操作，必須設(shè)計(jì)專門的軟件，這就是緩沖區(qū)自動(dòng)管理系統(tǒng)。 6.2.4 設(shè)備分配設(shè)備分配 設(shè)備分配是設(shè)備管理的功能之一。設(shè)備分配的任務(wù)就是要按照一定的算法將設(shè)備及有關(guān)資源分配給申請?jiān)O(shè)備的進(jìn)程。 在多道程序環(huán)境中，請求設(shè)備的進(jìn)程數(shù)通常多于設(shè)備數(shù)，必然會(huì)引起進(jìn)程對設(shè)備的競爭。為了使系統(tǒng)能平衡運(yùn)行，協(xié)調(diào)進(jìn)程的設(shè)備之間的分配關(guān)系，進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)因素： 1設(shè)備固有屬性設(shè)備固有屬性 應(yīng)根據(jù)設(shè)備的固有屬性采取不同的分配

21、策略。 （1）獨(dú)占分配。獨(dú)占設(shè)備應(yīng)采用獨(dú)占分配方式，即將一個(gè)設(shè)備分配給某進(jìn)程后一直由其獨(dú)占，直至該進(jìn)程完成或釋放該設(shè)備后，系統(tǒng)才能再將該設(shè)備分配給其他進(jìn)程使用。 （2）共享分配。可將共享設(shè)備同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程使用。 （3）虛擬分配。虛擬分配是針對虛擬設(shè)備而言的。虛擬設(shè)備是指通過某些共享設(shè)備把獨(dú)占設(shè)備改造成可供多個(gè)進(jìn)程的訪問的設(shè)備。當(dāng)進(jìn)程申請獨(dú)占設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)給它分配共享設(shè)備上的一部分存儲(chǔ)空間；當(dāng)進(jìn)程與設(shè)備交換信息時(shí)，系統(tǒng)就把要交換的信息存放在共享設(shè)備上的這部分存儲(chǔ)空間中。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，共享設(shè)備上的這部分存儲(chǔ)空間再與獨(dú)占設(shè)備交換信息。這樣對用戶來說，每個(gè)用戶都感覺到系統(tǒng)為自己提供了一個(gè)獨(dú)占設(shè)備。

22、2設(shè)備分配策略設(shè)備分配策略 設(shè)備分配包含兩種分配策略，靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。 （1）靜態(tài)分配 進(jìn)程在開始執(zhí)行之前，由系統(tǒng)一次分配給該進(jìn)程所要求的全部設(shè)備。進(jìn)程執(zhí)行過程中，這些設(shè)備一直為該進(jìn)程所占有，其它進(jìn)程不能使用，直到該進(jìn)程被撤銷。靜態(tài)分配策略實(shí)現(xiàn)簡單，能防止系統(tǒng)死鎖，但采用這種分配方式，會(huì)降低設(shè)備的利用率。 （2）動(dòng)態(tài)分配 在進(jìn)程執(zhí)行過程中，根據(jù)執(zhí)行需要進(jìn)行設(shè)備分配。當(dāng)進(jìn)程需要設(shè)備時(shí)，向系統(tǒng)提出設(shè)備申請，系統(tǒng)按照一定的設(shè)備分配算法給進(jìn)程分配所需的設(shè)備。動(dòng)態(tài)分配策略能提高設(shè)備的利用率，但有可能會(huì)造成進(jìn)程死鎖。 3設(shè)備分配算法設(shè)備分配算法 設(shè)備分配主要采用先請求先服務(wù)和優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先兩種算法。

23、（1）先請求先服務(wù)算法 按照進(jìn)程申請的先后次序分配設(shè)備。當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)申請使用某一設(shè)備時(shí)，根據(jù)這些進(jìn)程發(fā)出請求的先后次序，將這些進(jìn)程排成一個(gè)設(shè)備請求隊(duì)列。分配時(shí)按照先申請先得到的策略進(jìn)行分配。 （2）優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先算法 按照進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的高低分配設(shè)備。當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)申請使用某一設(shè)備時(shí)，根據(jù)這些進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程先得到設(shè)備。當(dāng)申請進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，按照先請求先服務(wù)的算法分配設(shè)備。6.3 Linux設(shè)備管理設(shè)備管理 在Linux 操作系統(tǒng)中，輸入輸出設(shè)備可以分為字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。塊設(shè)備把信息存儲(chǔ)在可尋址的固定大小的數(shù)據(jù)塊中，數(shù)據(jù)塊均可以被獨(dú)立地讀寫，建立塊緩沖，能隨機(jī)訪問數(shù)

24、據(jù)塊。字符設(shè)備可以發(fā)送或接收字符流，通常無法編址，也不存在任何尋址操作。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在Linux 中是一種獨(dú)立的設(shè)備類型，有一些特殊的處理方法。還有一些設(shè)備無法利用上述方法分類，如時(shí)鐘，它們也需要特殊的處理。在Linux 中，所有的硬件設(shè)備均當(dāng)作特殊的設(shè)備文件處理，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的文件操作。對于字符設(shè)備和塊設(shè)備，其設(shè)備文件用mknod 命令創(chuàng)建，用主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)標(biāo)識(shí)，同一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序控制的所有設(shè)備具有相同的主設(shè)備號(hào)，并用不同的次設(shè)備號(hào)加以區(qū)別。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也是當(dāng)作設(shè)備文件來處理，不同的是這類設(shè)備由Linux 創(chuàng)建，并由網(wǎng)絡(luò)控制器初始化。 6.3.1 設(shè)備文件設(shè)備文件 Linux 操作系統(tǒng)中，每臺(tái)設(shè)

25、備用一個(gè)特殊的設(shè)備文件來代替，每個(gè)文件用主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)描述，主設(shè)備號(hào)表示設(shè)備的種類，次設(shè)備號(hào)用來區(qū)分同一類設(shè)備中的不同設(shè)備。有了設(shè)備文件之后，用戶對設(shè)備的操作與對普通文件的操作就完全一樣了。用戶打開和關(guān)閉數(shù)據(jù)文件對應(yīng)于對設(shè)備的打開和關(guān)閉，用戶從設(shè)備文件讀數(shù)據(jù)相當(dāng)于從設(shè)備輸入數(shù)據(jù)，向設(shè)備輸出數(shù)據(jù)等同于向設(shè)備文件寫入數(shù)據(jù)。Linux的設(shè)備文件存放在目錄/dev或其子目錄下。 6.3.2 常見設(shè)備的使用常見設(shè)備的使用 1查看設(shè)備信息 （1）硬件瀏覽器 在Gnome中，如果用戶要查看計(jì)算機(jī)的設(shè)備信息，可以選擇“主菜單”“系統(tǒng)工具” “硬件瀏覽器”，之后出現(xiàn)一個(gè)認(rèn)證對話框，要求輸入root用戶的口令

26、。當(dāng)root口令輸入正確后，即可見到如圖6-3所示的硬件瀏覽器界面，可以查看本機(jī)上主要的硬件設(shè)備信息。也可以在shell下鍵入 hwbrowser。圖6-3 硬件瀏覽器 圖6-4系統(tǒng)監(jiān)視器 （2）系統(tǒng)監(jiān)視器 如果用戶要查看CPU、內(nèi)存、磁盤分區(qū)的使用情況，可以選擇“主菜單”“系統(tǒng)工具” “系統(tǒng)監(jiān)視器”。在彈出的對話框中選擇“系統(tǒng)監(jiān)視器”選項(xiàng)卡，如圖6-4所示，即可查看CPU、內(nèi)存、磁盤分區(qū)的使用情況。 （3）顯示磁盤已使用的空間與限制命令quota 語法：quota （4）顯示目錄或文件的磁盤占用狀況命令du 語法：du 2系統(tǒng)基本配置 進(jìn)行系統(tǒng)基本配置操作可以用兩種途徑：一種是在主菜單中選擇“系統(tǒng)設(shè)置”，然后在子菜單中選擇配置項(xiàng)目；一種是雙擊桌面上的“從這里開始”圖標(biāo)，選擇“系統(tǒng)設(shè)置”，再在如圖6-6所示的界面中選擇配置項(xiàng)目。圖6-5 “系統(tǒng)設(shè)置” 子菜單 圖6-6 “系統(tǒng)設(shè)置”界面 3掛載移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備 一些移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，如光盤、U盤、硬盤，在使用前mount命令進(jìn)行掛載，用umount命令進(jìn)行卸載。 語法：mount Umount | （1）CD-ROM的使用 按照默認(rèn)設(shè)置，當(dāng)光盤放入光驅(qū)，光盤會(huì)被自動(dòng)掛載到/mnt/cdrom目錄下，系統(tǒng)還會(huì)打開一個(gè)窗口顯示光盤的內(nèi)容。同時(shí)，桌面上還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)光盤圖標(biāo)，使用這個(gè)圖標(biāo)可以查看、卸