第五章 设备管理
精选第五章设备管理-通道缓冲技术
5.6 缓 冲 技术
1 缓冲的引入
在OS中，引入缓冲技术的主要原因有： 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾 减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制 （见下页图） 提高CPU和I/O设备之间的并行性 所以，为了提高I/O速度和设备利用率，许多计算机系 统通过设置缓冲区采用了缓冲技术来实现。
除了上述外，缓冲池还具有如下的工作缓冲区：
①用于收容输入数据的工作缓冲区； ②用于提取输入数据的工作缓冲区； ③用于收容输出数据的工作缓冲区； ④用于提取输出数据的工作缓冲区；
用户程序
三、缓冲区的工作方式
收容输入
hin
提取输出
sout
sin hout
提取输入 收容输出
①收容输入工作方式
输入数据时, 调用Getbuf(emq) 装满数据后, 调用Putbuf(inq, hin)
用户进程 用户区
操作系统
传送
缓冲区1
传送
缓冲区2
输入 I/O设备
输出 I/O设备
输入 I/O设备1
输出 I/O设备2
5.3.4 缓冲池(Buffer Pool)
目前广泛流行的公用缓冲池，由于可供多个进程共享， 可提高缓冲区的利用率。 一、缓冲池(Buffer Pool)的组成
对于可用于I/O的缓冲池，包含的缓冲区类型有： ①空（闲）缓冲区； ②装满输入数据的缓冲区； ③装满输出数据的缓冲区。 对应的有以下三个缓冲队列： ①空缓冲队列emq。由空缓冲区所链成的队列 ②输入队列inq。由装满输入数据的缓冲区所链成的 队列 ③输出队列outq。由装满输出数据的缓冲区所链成的 队列
精选设备管理IO设备
第五章 设 备 管 理
3) 这种分类方式可将I/O (1) 独占设备。 (2) (2) 共享设备。 (3) (3) 虚拟设备。
第五章 设 备 管 理
2. 设备与控制器之间的接口
至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设 备 缓冲 转换器
控制逻辑
信号 数据
图 5-1 设备与控制器间的接口
第五章 设 备 管 理
5.1.2 设备控制器
1. 设备控制器的基本功能 1) 接收和识别命令 2) 2) 数据交换 3) 3) 标识和报告设备的状态 4) 4) 地址识别 5) 5) 数据缓冲 6) 6) 差错控制
第五章 设 备 管 理
2. 设备控制器的组成
CPU与 控 制 器 接 口
数据线
地址线 控制线
T3(缓 冲 3)
T4(缓 冲 4)
(b)
M1
M2
M3
M4
C1
C2
C3
C4
(2) 内存地址寄存器MAR。在输入时，它存放把数据从 设备传送到内存的起始目标地址；在输出时，它存放由内存 到设备的内存源地址。
(3) 数据寄存器DR。用于暂存从设备到内存，或从内存 到设备的数据。
(4) 数据计数器DC。 存放本次CPU要读或写的字(节)数。
第五章 设 备 管 理
3. DMA工作过程 设置AR和DC初值
一是其指令类型单一，这是由于通道硬件比较简单， 其所能执行的命令，主要局限于与I/O操作有关的指令； 再 就是通道没有自己的内存，通道所执行的通道程序是放在主 机的内存中的， 换言之，是通道与CPU共享内存。
第五章 设 备 管 理
2. 通道类型 1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel)
北航任爱华操作系统课件—第五章_设备管理
由进程P来的I/O请求 搜索SDT找到DCT指针
A 搜索DCT指针， 找到COCT指针 是 控制器忙吗？ 否 分配控制器给进程P 搜索COCT找到CHCT指针 进程P按分配策略 入I/O等待队列 等待该设备空闲 是 进程P 等待通道
查DCT 该设备忙？ 否 按分配策略选取 占据该设备的进程
是
进程P等待控制器
• • • • • • Linux输入/输出的过程概述 设备驱动程序基础 Linux的中断处理 设备驱动程序的框架 字符设备驱动程序 块设备驱动程序
概述
输入/输出请求 出错返回
设备无关软件 标准设备接口（read,write,open,close,…) 设备文件 (在/dev目录下) 设备驱动程序
输入/输出软件的作用
I/O请求 I/O应答
4-用户进程 3-设备无关软件
使用I/O系统调用：格式化I/O
命名、保护、阻塞、缓冲、分配设备
设备服务子程序 2-设备驱 动程序 1-中断处理程序 硬 件
设置设备寄存器、检测状态 I/O结束时，唤醒设备服务子程序 执行I/O操作
输入/输出请求 的提交周期
Linux文件系统的层次结构
返回
设备驱动分层结构
设备驱动程序基础
• • 总线： CPU和I/O设备是通过总线连接起来。 PC机常见总线有ISA,PCI等等。 I/O地址空间： 所有设备的寄存器组成。 察看文件:/proc/ioports I/O数据传输： 忙等待、中断方式、DMA方式 设备分类： 字符设备、块设备 设备名： 主设备号(驱动程序)、次设备号(驱动程序的参数） 设备文件： 在/dev目录下，在内核中由file结构表示。 设备驱动程序接口：由file_operations数据结构完成。
计算机操作系统第五章设备管理复习资料
第五章设备管理（一）简答题1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术？解：缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
在OS的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。
以打印机输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。
如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。
（2）减少中断CPU的次数。
例如，假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据，则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6Kb/s，则中断CPU的频率也是9.6KHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。
（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。
由于在CPU和设备之间引入了缓冲区，CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息，相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。
在CPU工作的同时，设备也能进行输入输出操作，这样，CPU和I/O设备就可以并行工作。
2、引入缓冲的主要原因是什么？P155【解】引入缓冲的主要原因是：●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾；●减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制●提高CPU和I/O设备之间的并行性。
3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制（Buffering）。
答：引入缓冲的主要原因：（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。
（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。
4、简述SPOOLing（斯普林）系统的工作原理。
解：多道程序并发执行后，可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，将高速磁盘上的数据传送到输出设备上，这样就可以在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出操作，这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。
第5章设备管理1．单项选择题（1）通过硬件和软件的功能扩充，把原来b...b
第5章设备管理1．单项选择题(1)通过硬件和软件的功能扩充，把原来独占的设备改造成若干用户共享的设备，这种设备称为( )。
A．存储设备B．系统设备C．虚拟设备D．用户设备(2)( )是操作系统中采用的以空间换时间的技术。
A．通道技术B．SPOOLing技术C．覆盖技术D．虚拟存储技术(3)CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为解决这一矛盾，可采用( )。
A．虚拟技术B．通道技术C．并行技术D．缓冲技术(4)关于设备管理和文件管理这二者的关系，下面说法中正确的是( )。
A．设备管理是文件系统的基础，文件管理是设备管理的一部分B．文件系统为用户提供按名存取服务，实现逻辑文件与物理文件C．文件管理和设备管理是操作系统的两个完全独立的功能，二者不存在任何关系D．设备管理与文件系统密切相关，文件系统是设备管理的基础，设备管理必须依赖文件管理才能最终完成相应的功能(5)在下面的4个选项中，不属于设备管理的功能是( )。
A．实现虚拟设备B．实现外围设备的分配与回收C．实现按名存取D．实现外围设备的启动(6)打印机是( )。
A．独占设备B．共享设备C．有时是独占设备，有时是共享设备D．常用的字符输出设备(7)对输入/输出设备，输入/输出操作的信息传输单位为( )；对存储型设备，输入/输出操作的信息是以( )为单位传输的。
A．字节，字B．字符，字C．位，块D．字符，块(8)下面关于计算机外围设备的说法中错误的是( )。
A．输入/输出型设备负责主存与外围设备间的信息传递，信息传输单位是字符B．存储类型设备一般属于共享设备，而输入/输出型设备则属于独占设备C．计算机外围设备可以分为存储型设备和输入/输出型设备D．存储型设备可以作为主存的扩充，信息传输以块为单位(9)当两个进程访问同一柱面，同一扇区，不同磁道的时候( )。
A．一定要先读磁头号小的B．一定要先读磁头号大的C．任意选择一个先访问，另一个等下次扇区转到磁头下时再访问D．两个同时读出来(10)为了减少移动臂进行移动花费时间，文件是按( )依次存放的。
第五章设备管理-PPT精品
计算机操作系统
第五章 设备管理
组成
CPU与控制器接口
数据线 地址线
数据寄存器
控制/状态 寄存器
控制线
计算机操作系统
控 制器 与 设备 接 口
控制器 与设备 接口1
数据 状态 控制
… …
I/O逻辑
控制器 与设备 接口i
数据 状态 控制
第五章 设备管理
5.1.3 I/O通道
计算机操作系统
1. I/O通道(I/O Channel)设备的引入
检查
状态？
I/O→CPU 出错
CPU与I/O设备速度不匹配，使得CPU极从大I/O浪控就制费绪器 中读入字 I/O→CPU
向存储器 中写字
CPU→内存
未完
传送
完成？
完成
下条指令
(a) 程序I/O方式
5.2.2 中断驱动I/O控制方式
CPU、设备并行工作 提高了系统的资源利用率和吞吐量 以字（节）为单位进行干预
计算机操作系统 第五章 设备管理
I /O设备通道、控制器连接方式（多通路）
处理机
内存
I/O通道 控制器
I/O通道 控制器
I/O设备 I/O设备 I/O设备 I/O设备
5.2 I/O控制方式
向I/O控制器 CPU→I/O 发读命令
5.2.1 程序I/O方式
忙-等方式
读I/O控制器 未 的状态 就 绪
★指令类型单一 ★通道没有自己的内存，通道与CPU共享内存
第五章操作系统
1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel) 2) 数组选择通道(Block Selector Channel) 3) 数组多路通道(Block Multiplexor Channel)
新版GMP实务教程 第五章 设备管理(2)ppt课件
二、制药用水管理
（一）制药用水制备
1．原水处理 2．纯化水制备 ➢ 离子交换法 ➢ 电渗析 ➢ 电去离子法 ➢ 反渗透法 ➢ 大孔树脂法 ➢ 过滤法 ➢ 化学方法。 3．注射用水的制备 ➢ 蒸馏法 ➢ 反渗透法
图5-23 二离级子反交渗换透法法纯纯化化水水制制备备工工艺艺流流程程图图
二、制药用水管理 （二）制药用水系统附属设备
计量特性进行全面的评定，确定合法性 检定规程
确☞定合格
报 告 校准报告
检定合格证书、不合格报告
三、计量管理内容
校准管理内容包括：校准周期、校准规程、校准环境、校准记
录与报告、不合格校准结果的处理。
➢校准周期
➢校准规程
✓ 溯源链
✓ 校准标准 ✓ 校准人员 ✓ 校准方法
不合格的仪器采取修理、调整、限制使用、降级、报废处理。
对比项准目 的水。GM纯化P水规定工艺用水通注射常用水分为三类：灭菌饮注射用用水水、
来源 纯化蒸水馏、和离子注交换射、反用渗透水等方。法制得
性状
无色澄明液体，无臭，无味
pH ➢ 饮用符水合规定
➢ 纯化水 氨
硝酸盐
≤3.00×10-6g/100ml ≤6.00×10-6g/100ml
➢ 注射用水 亚硝酸盐
≤2.00×10-6g/100ml
重金属
≤1.00×10-6g/100ml
纯化水经蒸馏所得 无色澄明液体，无臭，无味
5.0～7.0 ≤2.00×10-6g/100ml ≤6.00×10-6g/100ml ≤2.00×10-6g/100ml ≤1.00×10-6g/100ml
由注射用水灭菌制得
①按注射用水项下检 验符合规定； ②符合注射剂项下〔 《中国药典》（2010 年版二部）〕附录ⅠB 规定
【Linux操作系统】第5章--设备管理
对于SCSI硬盘，执行的命令如下：
[root@redflag /root]#mount –t vfat /dev/sda4 /mnt/windows
使用“-t vfat”选项，是因为Windows 下文件系统是FAT 32格式的。
【说明】 我们可以通过修改/etc/fstab 文件，使得系统每次启动时自动加载。 /etc/fstab文件的内容如下：
如何处理缓冲，字符设备是靠自己实现
缓冲，块设备通常以512字节或1024字节
(甚至更大)的组块进行通信，它们通过系
设备驱动程序和设备文件很详细地
标明了设备是字符设备还是块设备。要
识别一个设备的类型，只需要查看一下
设备文件中的权限位就可以了。如果权 限位中的第一个字符是b，则该设备就是 块设备；若是c，则说明它是字符设备。 如图5-1所示的是我们从/dev目录清单中 摘录的一段，用户可以由权限位的第一 个字符来判断设备是何种类型。
/dev/hda7
/
reiserfs
defaults,notail
1
1
/dev/hda5
/mnt/windows
vfat
defaults
0
0
/dev/cdrom /mnt/cdrom
iso9660
noauto,owner,ro
0
0
/dev/hda6
swap
swap
defaults
0
0
/dev/fd0 none none
指可以通过SMB网络来访问的连接于非
本地系统的打印队列。
④ NetWare Printer(NCP)：指可以通
过NetWare网络来访问的连接于非本地系
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第五章设备管理
单选题
1.按资源分配的角度，可将设备分为_____。
A.系统设备，用户设备
B.字符设备，块设备
C.读写设备，共享设备，虚拟设备
D.存储设备，输入/输出设备
2.按信息组织和处理的方式，可将设备分为_____。
A.系统设备，用户设备
B.字符设备，块设备
C.读写设备，共享设备，虚拟设备
D.存储设备，输入/输出设备
3.通过硬件和软件的功能扩充，把原来独立的设备改造成能为若干用户共享的设备，这种
设备称为_____。
A.存储设备
B.系统设备
C.用户设备
D.虚拟设备
4.设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或CPU之间的数据传送。
在以下四种方式
中不支持并行工作方式的是_____。
A.程序直接控制方式
B.中断控制方式
C.DMA方式
D.通道方式
5.直接数据传送（DMA）方式是
A.外存和主存直接传送数据
B.通过中断当前程序方式传送数据
C.通过CPU中的寄存器传送数据
D.通过查询方式传送数据
6.如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，这种数据交换方式是_____。
A.程序查询
B.中断方式
C.DMA方式
D.无条件存取方式
7.设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或CPU之间的数据传送。
在以下四种方式
中，以主存为中心的、以窃取或挪用CPU工作周期来传送数据的是_____。
A.程序直接控制方式
B.中断控制方式
C.DMA方式
D.通道方式
8.关于控制设备和内存或CPU之间的数据传送，不正确的是_____。
A.中断方式时，每传送一个字节产生一个中断请求
B.中断方式的每次数据传送时的中断处理是在CPU的控制下进行的，所以必须要中
断当前进程的执行
C.DMA方式的每次数据传送时的处理是在DMA控制器的控制下进行的，不需要中
断当前进程的执行，仅仅是挪用了当前进程的CPU时间
D.在DMA方式中，借助于专用的数据通路，使主存和I/O设备完成数据传送，必须
要CPU的加入
9.通道的引入进一步提高整个系统的性能，也有利于系统的安全和保密。
关于通道方式，
以下错误的是_____。
A.通道是独立于CPU的专管输入/输出控制的处理机
B.通道方式在数据传送方式中是对CPU依赖最少的一种方式
C.通道有自己的指令系统和程序
D.通道方式是一种以CPU为中心，实现设备与主存直接交换数据的控制方式
10.在现代操作系统中几乎所有I/O设备与主机交换数据时，都使用缓冲区。
以下_____不
是引入缓冲的主要原因。
A.减小对内存的使用
B.缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾
C.减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制
D.解决DMA或通道方式的瓶颈问题
11.引入缓冲的主要目的是_____。
A.改善CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾
B.节省内存
C.提高CPU的利用率
D.提高I/O设备的效率
12.CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用_____。
A.并行技术
B.通道技术
C.缓冲技术
D.虚存技术
13.缓冲技术中的缓冲池在_____。
A.主存
B.外存
C.ROM
D.寄存器
14.一种为输入和输出操作所共用的缓冲称为_____。
A.单缓冲
B.双缓冲
C.多缓冲
D.缓冲池
15.输入进程向缓冲池输入数据的操作称为_____。
A.收容输入
B.提取输入
C.收容输出
D.提取输出
16.计算进程从缓冲池取原始数据的操作称为_____。
A.收容输入
B.提取输入
C.收容输出
D.提取输出
17.计算进程把产生的计算结果放到缓冲池中的操作称为_____。
A.收容输入
B.提取输入
C.收容输出
D.提取输出
18.输出进程从缓冲池中某一个装满输出数据的单位缓冲中取出数据的操作称为_____。
A.收容输入
B.提取输入
C.收容输出
D.提取输出
19.在进程创建时，由系统一次分配给该进程所要求的全部设备、控制器和通道。
一旦分配
后，这些设备就一直为该进程所占有，直至该进程被撤消。
这种分配方式称为_____。
A.静态分配
B.动态分配
20.在进程执行过程中，根据需要通过系统调用向系统请求设备，一旦用毕，立即释放。
这
种分配方式称为_____。
A.静态分配
B.动态分配
21.利用SpooLing技术实现虚拟设备的目的是_____。
A.把独享的设备变为可以共享
B.便于独享设备的分配
C.便于对独享设备的管理
D.便于独享设备与CPU并行工作
22.实现虚拟设备较典型的软件技术是_____。
A.Spooling技术
B.多道程序设计
C.请求页式
D.分时系统
23.操作系统中的Spooling技术，实质是将_____转化为共享设备的技术。
A.虚拟设备
B.独占设备
C.脱机设备
D.块设备
24._____技术是操作系统中采用的以空间换取时间的技术。
A.Spooling技术
B.虚拟存储技术
C.覆盖与交换技术
D.通道技术
25.Spooling技术，将磁盘的一部分作为公共缓冲区以代替打印机，用户对打印机的操作实
际上是对磁盘的存储操作，用以代替打印机的部分是_____。
A.独占设备
B.共享设备
C.虚拟设备
D.一般物理设备
26.为了提高系统的可适应性和可扩展性，都毫无例外地实现与设备无关性，其基本含义是
_____。
A.使用虚拟设备
B.程序中不指定设备，一律用系统调用
C.在编程时不指定使用的物理设备名，而使用逻辑设备名
D.以上都不对
27.在操作系统中，用户使用I/O设备时，通常采用_____。
A.物理设备名
B.逻辑设备名
C.虚拟设备名
D.设备牌号
28.不同类型的设备应有不同的设备驱动程序，它们大体上可分为两部分：_____。
A.接收进程I/O请求和参数设置
B.检查I/O请求的合法性和启动设备
C.参数设置和启动设备
D.设备启动程序和设备中断服务例行程序
29.在设备管理中，是由_____完成真正的I/O操作的。
A.输入/输出管理程序
B.设备驱动程序
C.中断处理程序
D.设备启动程序
填充题
1．按设备的共享属性来分类，系统中的设备可以分为（独占设备）、（共享设备）、（虚拟设备）。
（3）
2.ＣＰＵ与Ｉ/Ｏ设备之间的接口是（设备控制器）。
（１）
3.Ｉ/Ｏ控制方式有（程序Ｉ/Ｏ方式）、（中断驱动Ｉ/Ｏ控制方式）、（直接存储器访问ＤＭＡ
控制方式）、（Ｉ/Ｏ通道控制方式），在Ｉ/Ｏ控制的整个发展过程中，始终贯穿的一条宗旨是（尽量减少主机以Ｉ/Ｏ控制的干预，把主机从繁杂的Ｉ/Ｏ控制事务中解脱出来，以更多地去完成其数据处理任务）。
（５）
4.通道是一个独立于CPU的专管理（I/O）的，它控制（外设）与内存之间的信息交换。
5.在多道程序环境下，系统中的设备不允许用户自行使用，而必须由系统分配，为了实现设备分配，系统所需设置的最主要的2个数据结构是（设备控制表）、（系统设备表）。
（2）
6.SPOOLing系统的特点有（提高了I/O速度）、（将独占设备改造为共享设备）、（实现了虚拟设备功能）。
（３）
7.虚拟设备是通过（SPOOLING）技术把（独享）设备改造成用户感觉上能够共享的设备。
8.实现SPOOLING时，必须在磁盘上开辟出称为（输入井）和（输出井）的专门区域，以存放作业信息和作业执行结果。
9.设备驱动程序的主要任务是（启动指定设备）。
（１）
10.磁盘和磁带这样的存储设备都是以（块）为单位与内存进行信息交换的。
（1）
11.引入缓冲的主要目的是（改善CPU与I/O之间速度不匹配的矛盾）。
12.打印机是（独占）设备，磁盘是（共享）设备。