作業系統裝置管理概要
裝置管理概述：
裝置管理的主要功能：
裝置分配
裝置對映
裝置驅動
I/O緩衝區的管理
裝置分配
多道程式系統中，裝置不允許使用者直接使用，而是由作業系統統一排程和控制。裝置分配功能是裝置管理的基本任務。裝置分配程式按照一定的策略，為申請裝置的使用者程式分配裝置，記錄裝置的使用情況。
裝置對映
邏輯裝置和物理裝置概念：
裝置對映概念：在軟體執行期間，作業系統的裝置管理程式必須將該應用軟體對邏輯裝置的引用和轉換成對相關物理裝置的引用。這種從邏輯裝置到物理裝置的對映功能，簡稱為裝置對映功能。
裝置驅動
概念：對物理裝置進行控制，以實現真正的I/O操作。
裝置驅動的主要任務：接收上層軟體發來的抽象服務請求，例如讀、寫操作，再把它轉化為具體要求，通過一系列的I/O指令，控制裝置完成請求的操作；同時，裝置驅動程式還將裝置發來的有關訊號傳送給上層軟體，例如裝置是否已損壞等。
I/O緩衝區的管理
目的：
通用裝置管理分層模式
I/O子系統的組成與結構
匯流排型I/O系統結構
通道型I/O系統結構
具有控制器型I/O系統結構
控制器概念：就是控制裝置的器件，一個控制器可以與多個裝置相連，交替地或分時地控制與其相連的裝置。
裝置的控制
I/O控制方式
I/O通道方式
DMA方式
中斷I/O方式
程式I/O方式
裝置分配
裝置分配演算法：
先來先服務
優先順序高者優先服務
獨佔型裝置的分配：程序申請裝置->系統分配裝置->程序傳送使用命令->系統將轉到裝置驅動模組完成一次I/O操作->程序釋放裝置->系統回收裝置
共享型裝置的分配：在巨集觀上是共享的，在微觀上互斥交替使用的。
I/O緩衝技術
目的：緩解了處理機與裝置之間的速度不必配的矛盾，實現了裝置與處理機一定程度的並行操作。
緩衝區的型別
硬體緩衝區：配置在裝置中，具有專門的用途。對處理機透明，不需要處理器直接管理，不會影響系統新能。
軟體緩衝區：軟體實現的緩衝區是在記憶體中的一部分，其目的是為了彌補硬體緩衝區的不足。因為並不是所有的外設都擁有，或者足夠擁有硬體緩衝區。（作業系統中主要介紹）
緩衝區的型別
單緩衝區
雙緩衝區
迴圈緩衝
當用戶程序處理資料速度較快，外部裝置處理資料速度較慢時，必須考慮增加緩衝區的數量以改善系統性能，這就是多緩衝區。多個I/O緩衝區常常被組織成一個環形佇列，故，稱為迴圈緩衝。實質上，雙緩衝區可以看作是迴圈緩衝的一個特例。
緩衝池
虛擬裝置
虛擬裝置技術的實現
在獨佔型裝置與程序之間加入一個共享型裝置作為過渡。共享型裝置的某一個區域是由若干個裝置塊構成的，對程序而言相當於真實地裝置。就相當於我們需要使用打孔機，但是打孔機處理速度慢且正在被使用，我們可以在程序與打孔機之間使用一個虛擬儲存裝置（硬碟）；這樣，程序對打孔機的資料操作，先在硬碟中操作，然後再由硬碟轉移到打孔機中。提高了打孔機的利用率，程序處理速度（不用等待打孔機空閒在執行程序）。
輸入型虛擬裝置的實現
輸出型虛擬裝置的實現
SPOOLing系統
SPOOling概念：Simultaneous Peripheral Operation On-Line，直譯意思是：聯機情況下同時進行的外圍裝置操作，通常稱為假離線操作。
思想：在快速輔助儲存裝置中，建立I/O緩衝區，用於快取從慢速輸入裝置流入記憶體的資料，或快取從記憶體流向慢速輸出裝置的資料。
實現原理圖：
磁碟管理
扇區：
扇區的基本儲存單位（扇區）的定址方式為三維地址：柱面號，盤面號，扇區號。
訪問時間：
尋道時間:磁碟接收到讀指令後，磁頭從當前位置移到目標磁軌位置，所需要的時間稱為尋道時間。
旋轉延遲：旋轉磁碟，定位資料所在的扇區，所需的時間稱為旋轉延遲
資料傳輸時間：從磁碟上讀取資料，所需要的時間稱為資料傳輸時間
訪問時間 = 尋道時間 + 旋轉時間 + 資料傳輸時間
磁碟排程演算法：
最短尋道時間優先演算法：
掃描演算法（電梯演算法）：
類似於電梯的工作原理。
掃描演算法(SCAN)是一種按照樓層順序依次服務請求，它讓電梯在最底層和最頂層之間連續往返執行，在執行過程中響應處在於電梯執行方向相同的各樓層上的請求。它進行尋找樓層的優化，效率比較高，但它是一個非實時演算法。掃描演算法較好地解決了電梯移動的問題，在這個演算法中，每個電梯響應乘客請求使乘客獲得服務的次序是由其發出請求的乘客的位置與當前電梯位置之間的距離來決定的，所有的與電梯執行方向相同的乘客的請求在一次電向上執行或向下執行的過程中完成，免去了電梯頻繁的來回移動。
N步掃描演算法：
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作者：Abe_119
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/daiyibo123/article/details/46398795
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