第5章设备管理5.1 典型例题解析【例1】为什么要在操作系统中引入缓冲？答：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和I/O设备的并行性。

【例2】设备控制器的主要功能是什么？答：设备控制器的主要功能是控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。

它是CPU和I/O设备之间的接口，它接收从CPU发出的命令，并控制I/O设备工作。

设备控制器主要完成以下功能：⑴接收和识别命令。

接收从CPU发来的命令，并识别这些命令。

⑵数据交换。

指实现CPU与设备控制器之间、控制器与设备之间的数据交换。

⑶地址识别。

系统中每一个设备都有一个地址，设备控制器必须能够识别它所控制的每个设备的地址。

⑷标识和报告设备的状态。

控制器应记下设备的状态供CPU了解。

⑸数据缓冲。

由于I/O设备的速度较低而CPU和内存的速度较高，故在控制器中可以设置一缓冲。

以缓和I/O设备和CPU、内存之间的速度矛盾。

⑹差错控制。

设备控制器还兼管对由I/O设备传来的数据进行差错检测。

【例3】什么是设备驱动程序？设备驱动程序的主要功能是什么？答：设备驱动程序是I/O进程与设备控制器之间的通信程序。

设备驱动程序的主要功能如下：①将接收到的抽象要求转换为具体要求。

②检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。

③发出I/O命令，启动分配到的I/O设备，完成指定的I/O操作。

④及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型（正常、异常结束的中断或其他类型中断）调用相应的中断处理程序进行处理。

⑤对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。

【例4】什么叫设备独立性？怎么实现设备独立性？答：设备独立性的含义是：应用程序独立于具体使用的物理设备。

为了实现设备的独立性，在操作系统中引入了逻辑设备名和物理设备名两个概念。

在实现了设备独立性的系统中，I/O进程申请设备是以逻辑设备名申请的。

【例5】设备分配算法有哪些？答：在设备管理中设备的分配算法比较简单，主要有两种算法：①先来先服务算法。

当有多个进程申请一个设备时，该算法根据进程申请设备的先后次序，将这些进程排列成一个设备请求队列，设备分配程序总是把设备首先分配给队首进程。

②优先权高者优先算法。

这种算法中，系统首先把设备分配给优先权高的进程，使高优先权的进程能够尽快完成。

对于同优先权的进程，系统按照先来先服务的方法分配设备。

【例6】什么是Spooling技术？Spooling系统有哪几部分组成？答：Spooling技术是一种虚拟设备技术，它可以把一台独占设备改造为虚拟设备，在进程所需的物理设备不存在或被占用的情况下，使用该设备。

Spooling技术是对脱机输入、输出系统的模拟，所以又叫作假脱机操作。

Spooling系统主要有以下三部分组成：输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程。

5.2 练习题及答案一、选择题1．（）是操作系统中采用的以空间换时间的技术。

A、缓冲技术B、并行技术C、通道技术D、虚拟存储技术2．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、并行技术B、通道技术C、缓冲技术D、虚拟存储技术3．为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出，最好使用_______结构的缓冲技术。

A、缓冲池B、闭缓冲区环C、单缓冲区D、双缓冲区答：A4．缓冲技术中的缓冲池在（）中A、外存B、内存C、ROMD、寄存器5．通道又称I/O处理机，它用于实现（）之间的信息传输。

A、主存与外设B、CPU与外设C、主存与外存D、CPU与外存6．通道是一种（）A、I/O断口B、共享文件C、I/O专用处理器D、数据通道7．____________用作连接大量的低速或中速I／0设备。

A、数据选择通道B、字节多路通道C、数据多路通道D、字节选择通道答；B8．在操作系统中，_________指的是一种硬件机制。

A、通道技术B、缓冲池C、SPOOLING技术D、内存覆盖技术答：A9．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10．对于磁盘来说，输入输出操作的信息传送单位为（）。

A、字节B、字C、文件D、块11．__________是直接存取的存储设备。

A、磁盘B、磁带C、打印机D、键盘显示终端12．按_____________分类可将设备分为块设备和字符设备。

A、从属关系B、操作特性C、共享属性D、信息交换单位13．设备管理程序对设备的管理是借助一些数据结构来进行的，下面的（）不属于设备管理的数据结构。

A、DCTB、JCBC、COCTD、CHCT14．（）算法是设备分配常用的一种算法。

A、短作用优先B、最佳适应C、首次适应D、先来先服务15．下列设备不属于系统设备的是（）A、鼠标B、键盘C、扫描仪D、磁盘系统设备：指在操作系统生成时已登记于系统中的标准设备。

如键盘、鼠标、磁盘等。

用户设备：指在系统生成时未登入系统的非标准设备。

通常这类设备是由用户提供的，用户必须用某种方式把这类设备交给系统统一管理。

如绘图仪、扫描仪等。

16．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、中断方式B、无条件存取方式C、DMA方式D、程序查询方式17．在采用SPOOLING技术的系统中，用户的打印数据首先被送到（）。

A、打印机B、磁盘的输入井C、磁盘的输出井D、终端18. 在一般大型计算机系统中，主机对外围设备的控制可通过通道、控制器和设备三个层次来实现。

下面的叙述中哪一条正确的（）。

A、控制器可控制通道，设备在通道控制下工作B、通道控制控制器，设备在控制器控制下工作C、通道和控制器分别控制设备D、控制器控制通道和设备的工作19. 假定把磁盘上一个数据块中的信息输入到一单缓冲区的时间T为100μs，将缓冲区中的数据传送到用户区的时间M为50μs，而CPU对这一块数据进行计算的时间C为50μs。

这样，系统对每一块数据的处理时间为（）；如果将单缓冲改为双缓冲，则系统对每一块数据的处理时间为（）。

A、50µsB、100µsC、150µsD、200µs20. 下列算法中，用于磁盘调度的是（）A、时间片轮转B、LRUC、最短寻道时间优先D、优先级高者优先21．下列那种磁盘调度算法不存在“磁臂粘着”现象（）。

A、SSTFB、SCANC、FSCAND、CSCAN22. 如果有多个中断同时发生，系统将根据中断优先级响应优先级最高的中断请求。

若要调整中断事件的响应次序，可以利用______。

A. 中断向量B．中断嵌套C. 中断响应D．中断屏蔽二、填空题1．I/O控制方式的发展经历了4个阶段，分别是、、和。

2．从资源分配角度出发，I/O设备可以分为、和三种类型。

3．按设备所属关系分类，可分为和用户设备两类。

4．通道指专门用于负责输入/输出工作的处理机，通道所执行的程序称为。

5．通道是一个独立于的专管的处理机，它控制与内存之间的信息交换。

6．虚拟设备是通过技术把设备变成能为若干用户的设备。

7．UNIX系统中，键盘、终端、打印机等以为单位组织和处理信息的设备称为；而磁盘、磁带等以为单位组织和处理信息的设备称为。

8．根据信息交换方式，通道可分成3种类型，分别是、和。

9．设备驱动程序是和之间的一个程序。

10．设备独立性的含义是。

11．磁盘调度算法中和算法可能会随时改变移动臂的运动方向。

12．在实现了设备独立性的系统中，I/O进程申请设备是以来申请的。

13．设备分配算法有和两种。

14．现代计算机I/O系统的结构，由、和三级组成。

15．SPOOLING系统由、和三部分组成。

三、问答题1．简述独占设备的一般分配过程2．I/O控制方式有几种？各有什么特点？3．设备分配策略与哪些因素有关？4．什么虚拟设备？简述共享打印机的工作原理。

5. 有5个记录A、B、C、D、E存放在磁盘的某个磁道上，且每个磁道正好可以存放5个记录。

设磁盘旋转速度为30ms/转，处理程序每读出一个记录后用6ms的时间进行处理，则（1）当记录A、B、C、D、E按顺序存放在磁道上时，顺序处理这5个记录花费的总时间是多少？（2）如何采取优化方法使处理这些记录所花费的总时间最短？求出该最短时间。

6. 当前磁盘读写位于柱面号20，此时有多个磁盘请求以下列柱面号顺序送至磁盘驱动器；10，22，20，2，40，6，38。

寻道时，移动一个柱面需6ms，按下列三种算法计算所需寻道时间（柱面移动顺序及总寻道时间）。

（1）先到先服务；（2）最短寻道优先；（3）电梯算法（当前状态：向上）。

参考答案一、选择题1.A2.C3.A4.A5.A6.C7.B8.A9.C 10.D 11.A 12.D13.B 14.D 15.C 16.C 17.C 18.B 19.CB 20.C 21.C 22.D二、填空题1．程序查询方式I/O中断方式DMA方式I/O通道方式2．独占设备共享设备虚拟设备3．系统设备4．通道程序5．CPU 输入/输出的处理机外设6．虚拟独占共享7．字符、字符设备、块、块设备8．字节多路通道数组选择通道数组多路通道9．I/O进程设备控制器通信10．应用程序独立于具体使用的物理设备11．FCFS、SSTF12．逻辑设备名13．先来先服务优先权高者优先14．通道设备控制器设备15．输入井输出井输入缓冲区输出缓冲区输入进程输出进程三、问答题1．对于具有通道的系统，在进程提出I/O请求后，系统的设备分配程序可按下述步骤进行设备分配：①分配设备。

首先根据物理设备名、查找系统设备表SDT，从中找出该设备的DCT，根据表中的设备状态字段，可知该设备是否正忙。

若忙，便将请求I/O的进程的PCB挂在设备队列上；否则，便按照—定的算法来计算本次设备分配的安全性，如果不会导致系统进入不安全状态，便将设备分配给请求进程；否则，仍将其PCB插入设备等待队列。

②分配控制器。

在系统把设备分配给请求I/O的进程后，再到其DCT中找出与该设备连接的控制器的控制器表（COCT），从表内的状态字段中可知该控制器是否忙碌。

若忙，便将请求I/O的进程的PCB挂在该控制器的等待队列上；否则，将该控制器分配给进程。

③分配通道。

在该COCT中又可找到与该控制器连接的通道的通道表（CHCT），再根据CHCT内的状态信息可知该通道是否忙碌，若忙，便将请求I/O的进程挂在该通道的等待队列上；否则，将该通道分配给进程。

只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，这次的设备分配才算成功；然后、便可启动该I/O设备进行数据传送。