缓冲技术和设备分配
设备管理习题及答案
第6章一．选择题（50题）1.以下__A__不是提高磁盘I/O速度的技术。
A。
热修复重定向 B。
预先读 C。
延迟写 D.虚拟盘2。
为了实现设备无关性，应该_C__.A.用户程序必须使用物理设备名进行I/O申请B。
系统必须设置系统设备表C。
用户程序必须使用逻辑设备名进行I/O申请D。
用户程序必须指定设备名3。
用于设备分配的数据结构有__A__.A。
系统设备表 B.存取控制表 C.设备开关表 D。
文件控制表4。
通过软件手段，把独立设备改造成若干个用户可共享的设备，这种设备称为___D__。
A。
系统设备表 B。
存储设备 C。
用户设备 D。
虚拟设备5.以下___D__是CPU与I/O之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备的工作，使CPU从繁杂的设备控制事务中解脱出来。
A。
中断装置 B.系统设备表 C.逻辑设备表 D。
设备控制器6。
设备管理的__A__功能来实现使用户所编制的程序与实际使用的物理设备无关的.A.设备独立性 B。
设备分配 C.缓冲管理 D.虚拟设备7.设备的打开、关闭、读、写等操作是由___D__完成的。
A.用户程序 B。
编译程序 C。
设备分配程序 D。
设备驱动程序8.引入缓冲的目的是_B__。
A.改善用户的编程环境 B。
提高CPU与设备之间的并行程度C。
提高CPU的处理速度 D。
降低计算机的硬件成本9。
SPOOLing技术可以实现设备的_C__。
A。
独占分配 B。
共享分配 C.虚拟分配 D.物理分配10。
以下___D__是磁盘寻道调度算法。
A.时间片轮转法 B。
优先级调度算法C。
最近最久未使用算法 D.最短寻道时间优先算法11.通道对CPU的请求形式是_B__。
A。
陷入 B.中断 C。
通道命令 D.跳转指令12。
缓冲技术的缓冲池是在_C__.A.ROM B。
寄存器 C.内存 D。
外存13.为了使多个进程有效地同时处理输入\输出，最好使用以下__A__技术。
A。
缓冲池 B.循环缓冲 C.双缓冲 D.单缓冲14.在操作系统中，以下_B__是一种硬件机制.A。
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
哈工大操作系统读书笔记
哈工大操作系统读书笔记在哈尔滨工业大学的计算机科学与技术专业的学习中，操作系统是我们学科的核心课程之一。
为了更好地掌握操作系统的基本原理和技术，我认真阅读了相关教材，并做了一些笔记。
一、操作系统的基本概念1. 操作系统定义：操作系统是控制计算机硬件和软件资源，管理用户程序运行，提供用户界面和应用程序开发环境的一种系统软件。
2. 操作系统功能：主要功能包括处理机管理、存储管理、文件管理、设备管理以及用户界面。
二、处理机管理1. 进程的定义：进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
2. 进程的状态：包括新建、就绪、运行和阻塞四种状态。
3. 进程控制块PCB：用于描述进程的基本信息和运行状态。
4. 进程调度算法：包括先来先服务、最短作业优先、最短剩余时间优先等。
三、存储管理1. 内存分配方式：包括固定分区、可变分区、分页和分段。
2. 内存置换算法：包括先进先出、最近最少使用、最佳置换算法等。
3. 虚拟内存的概念：通过将内存和外存统一管理，为用户提供一个比实际内存大得多的虚拟内存空间。
四、文件管理1. 文件系统的概念：文件系统是操作系统中负责管理和存储文件信息的软件部分。
2. 文件的分类：按性质分为系统文件和用户文件；按内容分为文本文件和二进制文件；按存储方式分为顺序文件和随机文件。
3. 文件的访问方式：包括顺序访问和随机访问。
五、设备管理1. 设备驱动程序的概念：设备驱动程序是操作系统与硬件设备交互的接口，负责设备的初始化和释放、设备的读写操作以及设备的状态查询等。
2. 缓冲技术的概念：缓冲技术是解决I/O设备速度与CPU速度不匹配问题的一种方法，通过在内存中开辟一块缓冲区，暂时存放输入输出数据，以实现数据的同步传输。
3. 设备分配与回收：设备分配的主要任务是确定哪些进程可以使用哪些设备，并满足设备的互斥使用和独立性等约束条件；设备回收的任务是在进程终止时，将设备的使用权收回并重新分配给其他进程使用。
计算机操作系统 3、设备管理
一、单项选择题1．引入缓冲技术的主要目的是( )A．改善用户编程环境 B．提高CPU与设备之间的并行程度C．提高CPU的处理速度 D．降低计算机的硬件成本2．SPOOLING技术可以实现设备的( ) 分配。
A．独占 B．共享 C．虚拟 D．物理3．有关设备管理概念的下列叙述中， ( ) 是不正确的。
A．通道是处理输入、输出的软件B．所有外围设备的启动工作都由系统统一处理C．来自通道的I／O中断事件由设备管理负责处理D．编制好的通道程序是存放在主存储器中的4．下列算法中用于磁盘移臂调度的是( )A．时间片轮转法 B．LRU算法C．最短寻道时间优先算法 D．优先级高者优先算法5．缓冲技术中使用的缓冲池是在( )A．主存 C．ROM C．外存 D．寄存器6．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情况 B．节省内存C．提高CPU的利用率 D．提高I／O设备的效率7．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8．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9．大多数低速设备都属于( )的设备。
A．独享 B．共享 C．虚拟 D．SPOOLING10．( )用于连接大量的低速或中速I／O设备。
A．数组选择通道 B．字节多路通道 C．数组多路通道 D．并行通道11．( )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12．在操作系统中的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13．SPOOLING系统提高了( )利用率A．独占设备 B．共享设备 C．SPOOLING技术 D．主存储器14．按( )分类可将设备分为块设备和字符设备。
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。
计算机四级操作系统-7-IO设备管理
计算机四级操作系统-7-IO设备管理第7章I/O设备管理设备管理是操作系统的主要功能之⼀，它负责管理所有输⼈输出设备以完成期望的数据传设备管理可能是操作系统设计中最凌乱的部分，这主要是由于计算机系统中存在着⼤量的输⼊/输出设备，其性能和应⽤特点可能完全不同。
所以要建⽴⼀个通⽤的、⼀致的设备访问接⼝，使⽤户和应⽤程序开发⼈员能够⽅便地使⽤输⼊/输出设备，⽽⽆须关⼼每种设备各⾃的特性，这正是设备管理的主要⽬的。
本章⾸先讲述设备管理的基本概念，然后讨论I/O硬件组成、I/O软件结构、设备管理的相关技术，最后阐述I/O性能问题及解决⽅案。
7.1设备与设备分类输⼊/输出设备（I/O设备）也称为外部设备（Peripheral Device），有时简称为设备或外设，包括计算机系统中除CPU和内存储器以外的所有的设备和装置，还包括所有外部存储设备。
在不同的上下⽂中，I/O设备⼀词有⼴义和狭义两种含义，⼴义的I/O设备即上述定义，狭义的I/O设备不包括外存设备。
可见，计算机系统中外部设备⾮常多，并且这些设备在功能、速度和控制⽅式等⽅⾯都有较⼤的差异，本节将讨论这些问题。
7.1.1设备管理的重要性为了理解操作系统中设备管理的重要性，⾸先要了解I/O设备在计算机系统中所起的作⽤。
如果说处理器和内存是计算机系统的⼤脑部分的话，那么I/O设备就是计算机系统的五官和四肢。
各种需要处理的信息和操作⼈员对计算机系统的操作命令，都要通过输⼊设备进⼊计算机系统，处理后的信息和结果也要通过输出设备从计算机系统输出。
计算机系统中的I/O设备种类繁多，从简单的键盘到⿏标、打印机、图形显⽰终端、磁盘驱动器以⾄于⽹络设备，变化万千，造就计算机应⽤的多样性和普及性。
可以说没有I/O设备，就没有计算机的应⽤。
然⽽，正如⼈们已经认识到的，操作系统复杂和庞⼤的主要原因是它所管理的资源的庞杂和并发技术的采⽤，⽽I/o设备的庞杂正是操作系统所管理的资源庞杂的主要原因，I/O设备的速度远低于处理器的速度正是导致并发技术产⽣的直接原因。
操作系统复习题简答题总结
1操作系统的基本特征有哪些？答：操作系统的基本特征：（1）并发。
并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。
（2）共享。
共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。
（3）异步性。
在多道程序环境下，各个程序的执行过程有“走走停停”的性质。
每一道程序既要完成自己的事情，又要与其他程序共享系统中的资源。
这样，它什么时候得以执行、在执行过程中是否被其他事情打断（如I/O中断）、向前推进的速度是快还是慢等，都是不可预知的，由程序执行时的现场所决定。
另外，同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行，都应获得同样的结果。
这是操作系统所具有的异步性。
2操作系统的主要功能有哪些？答:操作系统的主要功能包括:存储管理,进程和处理机管理,文件管理,设备管理以及用户接口管理。
3、操作系统一般为用户提供了哪三种界面？它们各有什么特点？答：4、操作系统主要有哪三种基本类型？它们各有什么特点？5、操作系统主要有哪些类型的体系结构？UNIX系统和Linux系统各采用哪些结构？答：一般说来，操作系统有四种结构：整体结构、层次结构、虚拟机结构、客户机-服务器结构。
Linux系统采用的是整体结构。
UNIX系统采用的是层次结构。
6、Linux系统有什么特点？7、使用虚拟机有哪些优势和不足？8、现代计算机系统由什么组成的？9、在操作系统中，为什么要引入进程的概念？它与程序的区别和联系分别是什么？10、操作系统在计算机系统中处于什么位置？11、进程的基本状态有哪几种？答：进程的基本状态有三种，分别为运行态、就绪态、阻塞态。
12、你熟悉哪些操作系统？想一想你在使用计算机过程中，操作系统如何提供服务？答：我们最熟悉的一般为Windows操作系统，它是由微软（Microsoft）公司推出的一个功能强大的图形界面操作系统。
常用的操作系统还有Linux，UNIX 操作系统。
我们在使用计算机时，首先接触的是用户界面，我们可以通过键盘上输入命令，在桌面上点击鼠标完成操作，这时系统就知道执行相应的功能。
chapter5_设备管理知识点
5.1 本章知识点设备管理是指操作系统对除CPU和内存以外对所有设备的管理，与硬件紧密相关。
本章的主要知识点为：（1）设备分类按照工作特性将设备分成存储设备和输入／输出设备两大类：存储设备主要是计算机用来存储信息的设备，如磁盘（硬盘和软盘）、磁带等；输入设备是计算机用来接受来自外部世界信息的设备，例如终端键盘输入、卡片输入机、纸带输入机等；输出设备是将计算机加工处理好的信息送向外部世界的设备，例如终端屏幕显示或打印输出部分、行式打印机、卡片输出机等。
存储设备也称为块设备，输入/输出设备也称为字符设备。
根据设备的使用性质可将设备分成独占设备、共享设备和虚拟设备三种。
其中虚拟设备是利用某种技术把独占设备改造成可由多个进程共用的设备，这种设备并非物理上变成了共享设备，而是用户使用它们时“感觉”它是共享设备。
（2）设备管理的功能外部设备种类繁多，其特性和操作方式又有很大的差别，设备管理的目标是方便用户使用设备；实现设备的独立性；提供设备的使用效率；对各种外设进行统一的管理。
操作系统中设备管理的功能简单地说就是：监视设备状态；进行设备分配；完成I/O操作；缓冲管理与地址转换。
（3）设备分配技术设备分配技术主要有：独占分配、共享分配和虚拟分配。
独占分配适用于独占设备，系统效率低；共享分配适用于高速、大容量直接存储的共享设备，设备的利用率较高；虚拟分配技术利用共享设备去实现独占设备的功能，从而使独占设备“感觉上”成为可共享的、快速的I/O设备。
实现虚拟分配最成功的技术是SPOOLing（外部设备联机并行操作），也称假脱机技术。
SPOOLing系统用常驻内存的进程去模拟一台外围机，用一台主机就可完成脱机技术中需用三台计算机完成的工作。
系统一般分为存输入、取输入、存输出、取输出4个部分。
常用的设备分配算法有先来先服务算法和优先级高的优先服务算法。
（4）设备驱动程序设备驱动程序控制设备的打开、关闭、读、写等操作，它的功能主要有：接受用户的I/O请求；取出请求队列中队首请求，将相应设备分配给它；启动该设备工作，完成指定的I/O操作；处理来自设备的中断。
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按外设特性分类
13.1 I/O管理－外部设备类型和特征
按资源分配角度分类 独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速 I/O设备。如打印机，磁带等。 共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程 以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。如硬盘 虚拟设备 在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占 设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚 设备（实例：SPOOLing技术） 从程序使用角度分 逻辑设备: 用户程序中使用的设备 物理设备：实际完成I/O操作的设备
13.1 I/O管理－外部设备类型和特视频显示设备、键盘、鼠标、打印机 与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘、磁带、传感器、 控制器 计算机间的通信设备：网卡、调制解调器
按交互方向分类
输入（可读）：键盘、扫描仪 输出（可写）：显示设备、打印机 输入/输出（可读写）：磁盘、网卡 使用特征：存储、输入/输出、终端 数据传输率：低速(如键盘)、中速(如打印机)、高速(如网卡 、磁盘) 信息组织特征：单个字符或数据块 字符设备(如打印机)：通常的输入输出型设备，以字符为单 位存储、传输信息；不可寻址 块设备(如磁盘)：以数据块为单位存储、传输信息。可寻址
设备绝对号和相对号
设备绝对号：计算机系统为每一台设备确定的编号
，用来区分和识别设备； 用户在编写程序时不能通过设备的绝对编号来使 用设备 设备类型号：操作系统为每类设备规定的一个编号 设备相对号：用户自己规定的所用的同类设备中的 第几台。 如Unix中，rfd0和rfd1分别表示第1个和第2个软 盘驱动器；
设备独立性
如果用户程序中直接使用真实的物理设备，那么 会出现这样的问题：用户指定的设备因故障不能 使用，或者该设备正忙于为其他进程服务，只有 等待或者修改程序，重新指定设备。 为了实现用户程序与物理设备的无关性，在用户 程序中不要直接使用物理设备名（或者设备的物 理地址），而只能使用逻辑设备名。逻辑设备是 实际物理设备的抽象，它不限于某类具体设备。 逻辑设备究竟和哪一个具体的物理设备相对应， 还要由系统根据当时的设备忙、闲情况来决定或 者由系统管理员指定。
度上影响系统的性能和吞吐量。因此要改善I/O的有效性， 采用多道程序设计、交换。目前比较关注磁盘I/O。 通用性：设备种类、特点和性能千差万别；要求能够以一种 一致的方式来管理所有设备－一致的外部接口，很难做到通 用，但希望能够用统一的方法处理所有设备，用一种层次化 的，模块化的方法设计I/O功能。 能够在低层例程中隐藏大部分设备I/O的细节， 使得用户进程和OS高层可以通过一些通用的功能，如读 、写、打开、关闭等查看I/O设备。 设备独立性。用户在编写使用软盘或硬盘上文件的程序 时，无需为不同的设备类型而修改程序就可以使用 统一命名。一个文件或一个设备的名字只应是一个简单 的字符串或一个整数，不应依赖于设备
Device I/O Scheduling &Control(Device Driver)
Hardware
13.3 设备管理分层模型
逻辑I/O：将设备当作一个逻辑资源，不涉及实际的设备控
制的细节: 针对用户接口，提供抽象的命令，如：Open, Close, Read, 针对通信设备，则是通信体系结构如网络协议栈； 针对文件存储设备，是文件系统的逻辑结构控制； 设备I/O：逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构。用户命 令到设备操作序列的转换。请求的操作和数据被转换成适 当的I/O指令序列、通道命令和控制器指令。可以用I/O缓 冲提高I/O效率 调度和控制：是I/O模块和设备硬件真正发生交互的软件层 ，直接面对硬件设备的控制细节。如I/O操作的排队，设备 控制和状态维护、中断处理。这部分通常体现为设备驱动 程序；
设备绝对号和相对号
设备的指定方式 设备绝对号 设备类型号+设备相对号 用户程序中提出使用设备的申请时，使用系统
规定的设备类型号和用户自己规定的设备相对 号，由操作系统进行地址转换，变成系统中的 设备绝对号；
13.3 设备管理系统的组织
I/O软件的设计目标：
效率：大多数I/O设备慢，I/O操作一般是系统瓶颈，很大程
13.3 设备管理系统的组织
I／O软件的基本思想是按分层的思想构成: 较低层软件要使较高层软件独立于硬件的特 性， 较高层软件则要向用户提供一个友好的、清 晰的、简单的、功能更强的接口
13.3 设备管理分层模型
User Process
Logical I/O Communications Architecture
13.2 I/O控制技术
程序控制I/O（轮询）：CPU代表进程给I/O模块发送一 个命令，CPU进入忙等待（输入输出完全由CPU控制） 中断驱动I/O： CPU代表进程给I/O模块发送一个命令， 然后CPU继续执行后续指令; 当I/O模块完成后，CPU被 该模块（CPU和I/O设备可以共同工作）中断。 直接存储器存取(DMA)：CPU给DMA模块发请求，只 有当DMA将整个数据块传送结束后，CPU才被中断（ 数据在内存和外设之间传输时不需要CPU干预）。
第13章 I/O系统
I/O设备的多样性 Os管理和控制 I/O操作和I/O设备。
13.1 I/O管理－概述
外设管理目的 提高效率：提高I/O访问效率，匹配CPU和多种不同 处理速度的外设 方便使用：方便用户使用，对不同类型的设备统一 使用方法，协调对设备的并发使用 方便控制：方便OS内部对设备的控制：增加和删除 设备，适应新的设备类型 外设管理功能 提供设备使用的用户接口：命令接口和编程接口 设备分配和释放：使用设备前，需要分配设备和相 应的通道、控制器。 设备的访问和控制：包括并发访问和差错处理（虚 拟设备）。 I/O缓冲和调度：目标是提高I/O访问效率