打印机
摄像机
硬盘
. 设备控制器的一端与计算机连接，另一端与设备本身连接，如图所
示。设备控制器上通常有连接器，由设备引出的电缆可以插入到该连接器
中，完成与设备控制器的连接。很多设备控制器可同时连接2个、4个甚至8
.
个相同的设备，它们将共享设备控制器里的I/O逻辑部件。
设备控制器
CPU与设备控制器接口
7.3 缓冲、虚拟设备与SPOOLing技术
7.3.1 I/O缓冲
7.3.2 虚拟设备与SPOOLing技术
7.1 设备管理概述
•.7.1.1 I/O系统的组织结 整个I/O结构分成三个层次：底层是具体的设备和硬件接
构 口，中间是系统软件（与设备相关软件、与设备无关软件），最上面是用户程序。
.1. 控制器 I/O设备一般由机 械和电子两个部分组成。为了 使设计更加模块化、更具通用 性，也为了降低设计制作的成
设备控制器与I/O设备接口
除要将设备与计算机
连接外，还有更为重
要的任务是随时监视
设备所处状态，实现
. 对设备的控制与操作。
为能使
CPU
数据线 地址线
数据寄存器
控制/状态 寄存器
I/O 逻辑 部件
设备控制器 与I/O设备 的接口1
设备控制器 与I/O设备 的接口2
数据 状态 控制
数据 状态 控制
CPU与设备控制器
. 3. I/O接口程序 I/O接口程序是设备管理中与设备无关部分的软件，它接收用户对设备提出的 I/O请求，然后负责把I/O请求转变成所需要的I/O命令，调用具体的设备驱动程序去执行，
. 完成这个I/O请求。 I/O接口程序要为用户提供统一的设备命名方式。通常，系统是用主设备号和次 设备号组成的逻辑设备名来为设备命名，主设备号指定设备的类型（于是确定了所要使 用的设备驱动程序），次设备号作为参数传递给设备驱动程序，用来确定真正完成读写
. 用户设备：在完成任务过程中，用户特殊需要的设备为用户设备。由于这些是
操作系统生成时未经登记的非标准设备，用户就要向系统提供使用该设备的有关程序 （如设备驱动程序等）；系统就要提供接纳这些设备的手段，以便将它们纳入系统来管
理2.。基于设备的分配特性
. 独享设备：这种设备的特点是一旦分配给某个用户进程使用，就必须等它们使用
. 序代码来实现的。这样的代码程序就是“设备驱动程序”。 在中断驱动I/O的情形下，设备驱动程序被分成两个部分，一部分用来完成对设
. 备操作的初始化，另一部分是中断处理程序，用来处理设备操作的完成。 设备驱动程序通过访问设备控制器里的寄存器了解设备的各种工作状态，发出 操作命令。设备驱动程序必须设计成是可重入的。
. 操作的设备。 用户编程时不用实际的设备名而使用逻辑设备名，有利于I/O设备的故障处理， 为I/O设备的分配增添了灵活性。称这种方法是设备管理中的“I/O设备无关性”。
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• 7.1.2 计算机设备的分
类 1. 基于设备的从属关系
. 系统设备：操作系统生成时就纳入系统管理范围的设备是系
统设备，也称为“标准设备”。比如键盘、显示器、打印机和磁盘驱动器等。
中的各寄存器进行
控制线
通信，常采用两种
方法(1)
单独的I/O空间 ：设备控制
设备控制器 与I/O设备 的接口i
数据 状态 控制
器里每个寄存器都有一个I/O端口号，它们单独组成地址空间。计算机系统除U将用不同的指令，完成对这两个空间的访问。
(2)
内存映射I/O：这时设备控制器里的每个寄存器没有特定的设备地址，而是
与一个内存地址关联，这些地址不分配作他用。这种系统称为“内存映射I/O”。CPU将
通过相同的指令，实现对整个内存空间的访问。
. 2. 设备驱动程序 操作系统中与设备相关的设备管理软件是设备驱动程序，用于实 现对具体设备的管理和操作；与设备无关部分的设备管理软件是一些系统调
. 用，用来把用户的I/O请求导向到具体的设备驱动程序。 要让设备工作，必须访问设备控制器中的各种寄存器，这是通过编写的特定程
7.2 I/O的四种实现方式
7.2.1 程序轮询控制I/O 7.2.2 中断驱动I/O 7.2.3 直接内存访问I/O 7.2.4 通道管理I/O
7.5 Linux的I/O管理
7.5.1 Linux设备管理综述 7.5.2 Linux对字符设备的管理 7.5.3 Linux对块设备的管理 7.5.4 Linux的磁盘调度
第7章 设备管理
本章目录
7.1 设备管理概述
7.1.1 I/O系统的组织结构 7.1.2 计算机设备的分类 7.1.3 设备管理的目标与功能 7.1.4 设备管理的数据结构
7.4 磁盘及磁盘的移臂调度策略
7.4.1 磁盘的格式化 7.4.2 磁盘的性能参数 7.4.3 磁盘的移臂调度策略 7.4.4 独立磁盘冗余阵列：RAID
. 虚拟设备：以大容量辅助存储器的支持，利用SPOOLing技术，把独享设备“改
造”成为能被多个进程共享的I/O设备，以提高独享设备的利用率。实际上这种“共享” 设备并不存在，是一种逻辑上、概念上的I/O设备，因此称它们为“虚拟设备”。
. 3. 基于设备的传输特性 字符设备：是指以字符为单位与内存进行信息交换的那些设备，
完后，才能重新分配给另一个用户进程使用，否则不能保证所传送信息的连续性，也可 能会出现获得的结果混乱不清、无法辨认的局面。独享设备的使用具有排它性。
. 共享设备：这种设备的特点是可由几个用户进程“交替地”对它做信息的读/写
操作。从宏观上看，它们都在同时使用该设备；从微观上看，每一时刻只有一个进程使 用。共享设备必须是可寻址和可随机访问的。
用户程序
与设备 无关软件
与设备 相关软件
进程A 进程B 进程C
进程N
打印机 驱动程序
I/O接口程序
摄像机 驱动程序
磁盘 驱动程序
用户 空间
内核 空间
本，如今常把它们分开来处理： 电子部分称作是“设备控制器” 硬件接口
打印机控制器 摄像机控制器 磁盘控制器
或“适配器”；机械部分仍被
称作是“设备”。
设备
. 也称为是“面向字符”的设备。键盘、打印机是字符设备的典型代表。 块设备：是指以独立寻址的数据块（比如一个扇区）为单位与内存进行信息交
换的那些设备，也称为是“面向块”的设备。磁带、磁盘是块设备的典型代表。