开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备，由系统按用 户的要求来对设备的工作进行控制。另外，这个接口还为新增加 的用户设备提供一个和系统核心相连接的入口，以便用户开发新 的设备管理程序。 • （4）提高设备和设备之间、CPU和设备之间以及进程和进程之间 的并行操作程度 ，以使操作系统获得最佳效率。
第七章 设备管理
主要内容
• 设备管理概述 • 硬盘和DVD-CDROM • 磁盘配额 • USB存储设备 • 打印机 • 显示设备、声卡及网卡
7.1 设备管理概述
–7.1.1 Linux设备管理概述
• 在Linux系统中，用户是通过文件系统与设备接口的。所有设备都 作为特别文件，从而在设备管理上具有下列特性:
7.1.3 设备分类
– I/O设备的类型
•
按设备的所属关系可以将I/O设备分为以下两类。
– （1）系统设备
•
系统设备是在系统生成时已登记于系统中的标准设备，属于
系统的基本配置。
– （2）用户设备
•
用户设备是在系统生成时未登记在系统中的非标准设备
7.1.3 按设备的信息交换的单位分类
• 字符设备(c)：字符设备是以字符为单位进行输入和输出的设备。 – 所有能够象字节流一样访问的设备都通过字符设备来实现，通常在/dev/目录 下面。 – 无需缓冲直接读写设备，通常只允许按顺序访问。如打印机、键盘，终端等。 – 一般要包含open， read， write， close等系统调用的实现。
7.2.5 硬盘的接口
• IDE接口： IDE（Integrated Drive Electronics）叫集成驱动器电子接 口，也被称为ATA接口，是硬盘主要的接口类型，，通常主板 上的有两个40芯的E-IDE插座，可支持四个IDE设备，标有 Primary的为主插座，标有Secondary的为次插座。IDE接口的 主要有Ultra ATA 33/66/100/133几种标准，其高达传输速度 每秒133MB。 ---速度较慢 ---价格较低 ---容量较大
7.2 硬盘
硬盘驱动器（Hard Disk Driver，HDD）是微机系统的基本外部 存储器，它的磁盘片是一般是硬质合金圆片，并固定安装在驱动 器内部，所以简称为硬盘。 它的存储容量大，速度快。硬盘至今仍是计算机的标准配置，并 随着存储技术的发展，其容量由早期的10余MB发展到现在的几百 GB，使计算机具备了海量存储的能力。
• 通过虚拟设备技术把一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若 干个用户（进程）同时使用，以提高设备的利用率。
7.1.4 设备管理的任务和功能
• 设备管理是对计算机的输入/输出系统的管理，它是操作系统中最 具有多样性和复杂性的部分。其主要任务如下所述。
• （1）选择和分配I/O设备以便进行数据传输操作。 • （2）控制I/O设备和CPU（或内存）之间交换数据。 • （3）为用户提供一个友好的透明接口，把用户和设备硬件特性分
• 1. 每个设备都对应文件系统中的一个索引节点（i-node），都有 一个文件名。
• 2. 应用程序通常可以通过系统调用open（）打开设备文件，建立 起与目标设备的连接。
• 3. 对设备的使用类似于对文件的存取。 • 4. 设备驱动程序都是系统内核的一部分，它们必须为系统内核或
者它们的子系统提供一个标准的接口。 • 5. 设备驱动程序使用一些标准的内核服务，如内存分配等。
• SCSI接口： 与IDE接口从外观就可区别，普通SCSI接口采用50芯扁平线缆， 16位SCSI接口采用了68芯的扁平线缆。SCSI接口通常可支持 多达15个设备，传输速度较E-IDE更高，其转速在10000转/分 以上，被广泛应用在服务器的硬盘接口上。 ---速度较快 ---价格较高 ---容量较低
7.2.1 硬盘的特点
硬盘的驱动器和盘片是一个整体，硬盘的存储介质由若干个涂 有磁粉的金属圆盘片同轴叠加在一起构成，硬盘的磁头组与盘片 是非接触式，磁头是漂浮在盘片上方的，因而硬盘的转速很快， 常见有5400转/分、7200转/分和10000转/分。 硬盘是全封闭式，硬盘采用的密封式金属外壳使硬盘驱动器具备 一定的强度，保护内部的其它组件，密封式有助于防止灰尘进入 硬盘内部。
• 块设备(b)：块设备的输入和输出是以数据块为单位的。 – 通常是指诸如磁盘、内存、Flash等可以容纳文件系统的存储设备。 – 将数据按可寻址的块为单位进行处理，可以随机访问，利用缓冲技术. – 块设备也是通过文件系统来访问。
• 特征 – 在对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O一般就紧接着发生了。 – 块设备则利用一块系统内存作缓冲区，当缓冲区中的数据能满足用户对设备 的操作要求，就返回请求的数据，如果不能，就调用请求函数来进行实际的 I/O操作。 – 块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的，以免耗费过多的CPU时间来等待。
7.1.3 共享属性分类
• 按设备的共享属性可将I/O设备分为以下三类。 – （1）独占设备
• 所有的字符设备都是独占设备。独占设备是指一段时间内只允许 一个用户（进程）访问的设备，即临界资源。 – （2）共享设备
• 块设备都是共享设备。共享设备是指一段时间内允许多个进程同 时访问的设备。 – （3）虚拟设备
7.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.2 设备驱动程序
设备驱动程序的主要功能 1. 对设备初始化和释放。 2. 启动或停止设备运行。 3. 把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据。 4. 读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据。 5. 检测和处理设备出现的错误。
在用户进程调用驱动程序时，系统进入核心态，这时不再是抢先 式调度。也就是说，系统必须在驱动程序的子函数返回后才能进 行其他的工作。
7.2.2 硬盘的外部结构
控制电路
电源接口 跳线
数据接口
7.2.3 硬盘的内部结构
音圈电机 磁头伺服机构
主轴马达 磁盘片
读写磁头组 磁头驱动臂
7.2.4 硬盘的分类
1）硬盘可按安装位置分类 内置式 外置式
（2）硬盘的接口类型： ◎ IDE接口 ◎ SCSI接口 ◎ SATA接口 ◎ IEEE 1394接口 ◎ USB接口