操作系统_ZGSOS[5] 设备管理_ZGSOS[5-4]缓冲管理_

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。

统课后习题答案第五理习题（总7页）本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21 year.Ma^h设备管理习题1.通道是一种（）A・I/O端口B.共享文件C. I/O专用处理器D.数据通道2.操作系统中引入缓冲技术的目的是为了增强系统的（）能力A.串行操作B.并行操作c .控制操作 D .中断操作3.（）是操作系统中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4.通道实现（）之间的信息交换A •主存与外设B . CPU与外设C .主存与外存D . CPU与外存5. 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6.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7.缓冲技术中的缓冲池在（）中A .外存B .内存C . ROMD .寄存器8•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，设备控制器，设备三个层次实现，下面的叙述中正确的是（）A.控制器可控制通道，设备在通道的控制下工作B .通道控制控制器，设备在控制器的控制下工作C .通道和控制器分别控制设备D.控制器控制通道和设备工作9 .下面有关虚拟设备的论述中正确的是（）A.虚拟设备是指允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备B .虚拟设备是指运行用户以标准方式使用物理设备C .虚拟设备是指把一个物理设备变换成多个对应的逻辑设备D .虚拟设备是指允许用户程序不必全部装入内存就可以使用系统中的设备10.（）算法是设备分配中常用的一种算法A•短作业优先B.最佳适应C.先来先服务D.首次适应11 •用户编程与实际的物理设备无关是指（）A•虚拟设备B.设备的独立性C・设备驱 D.设备分配12.磁盘调度算法的目的是()A.减少寻道时间B.减少延迟时间C.减少旋转时间D. A,B和C14• I/O控制方式的发展经历了4个阶段，分别是? DMA方式与中断控制方式的主要区别是什么？15•什么是Spooling技术该系统由哪几部分组成⑴SPOOLING技术(Simultaneous Peripheral Operations On-Line)假脱机操作(2)SPOOLING系统的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16.设备独立性的含义？设备独立性是如何实现的。

操作系统的磁盘调度与缓存管理一、引言在计算机系统中，操作系统扮演着重要的角色，其中磁盘调度和缓存管理是操作系统中的两个重要组成部分。

磁盘调度算法用于确定磁盘上请求访问的顺序，而缓存管理则负责提高系统的访问速度和性能。

本文将探讨操作系统中的磁盘调度和缓存管理的原理、算法以及在实际应用中的重要性。

二、磁盘调度1. 磁盘的基本原理磁盘是计算机中常见的外部存储设备，由盘片、磁头、磁道和扇区等组成。

磁盘通过旋转和移动磁头的方式实现数据的读写操作。

2. 磁盘调度算法磁盘调度算法的目标是提高磁盘访问的效率，减少寻道时间和旋转延迟。

其中常见的磁盘调度算法有先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、电梯扫描（SCAN）等。

3. 磁盘调度算法的比较与选择不同的磁盘调度算法根据不同的工作负载和性能需求，可能会产生不同的效果。

因此，在选择磁盘调度算法时需要综合考虑各种因素，包括磁盘访问模式、请求队列大小、响应时间等。

三、缓存管理1. 缓存的基本概念缓存是一种临时存储介质，用于提高计算机系统的读写速度。

操作系统中的缓存一般包括内存缓存和磁盘缓存，常用的缓存算法有最近最少使用（LRU）、先进先出（FIFO）等。

2. 缓存替换策略当缓存已满时需要替换其中的数据，缓存替换策略决定了替换的规则。

常见的缓存替换策略包括LRU、FIFO、最不经常使用（LFU）等，不同的策略适用于不同的应用场景和性能需求。

3. 缓存一致性缓存一致性是指多个缓存之间保持数据的一致性，以防止读写冲突和数据错误。

常用的缓存一致性协议有写回（write back）和写直达（write through）等。

四、磁盘调度与缓存管理的重要性磁盘调度和缓存管理是操作系统中的关键模块，它们的性能直接影响着系统的读写速度和效率。

通过优化磁盘调度算法和缓存管理策略，可以提高系统的响应速度、减少用户等待时间，并且降低系统资源的开销。

五、结论磁盘调度和缓存管理是操作系统中的两个重要组成部分，它们分别通过改善磁盘访问的效率和提高数据读写速度来优化系统性能。

操作系统的五大管理功能和四大分类操作系统的五大管理功能和四大分类操作系统是管理计算机硬件资源，控制其他程序运行并为用户提供交互操作界面的系统软件的集合。

操作系统是计算机系统的关键组成部分，负责管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本任务。

下面是店铺分享的一些相关资料，供大家参考。

一般来说，操作系统可以分为五大管理功能部分：1、设备管理：主要是负责内核与外围设备的数据交互，实质是对硬件设备的管理，包括对输入输出设备的分配，初始化，维护与回收等。

例如管理音频输入输出。

2、作业管理：这部分功能主要是负责人机交互，图形界面或者系统任务的管理。

3、文件管理：这部分功能涉及文件的逻辑组织和物理组织，目录结构和管理等。

从操作系统的角度来看，文件系统是系统对文件存储器的存储空间进行分配，维护和回收，同时负责文件的索引，共享和权限保护。

而从用户的角度来说，文件系统是按照文件目录和文件名来进行存取的。

4、进程管理：说明一个进程存在的唯一标志是pcb(进程控制块)，负责维护进程的信息和状态。

进程管理实质上是系统采取某些进程调度算法来使处理合理的分配给每个任务使用。

5、存储管理：数据的存储方式和组织结构。

操作系统的类型也可以分为几种：批处理系统，分时操作系统，实时操作系统，网络操作系统等。

下面将简单的介绍他们各自的特点：1、批处理系统：首先，用户提交完作业后并在获得结果之前不会再与操作系统进行数据交互，用户提交的作业由系统外存储存为后备作业;数据是成批处理的，有操作系统负责作业的自动完成;支持多道程序运行。

2、分时操作系统：首先交互性方面，用户可以对程序动态运行时对其加以控制;支持多个用户登录终端，并且每个用户共享CPU和其他系统资源。

3、实时操作系统：会有时钟管理，包括定时处理和延迟处理。

实时性要求比较高，某些任务必须优先处理，而有些任务则会被延迟调度完成。

4、网络操作系统：网络操作系统主要有几种基本功能(1)网络通信：负责在源主机与目标主机之间的数据的可靠通信，这是最基本的功能。

操作系统设备管理实验报告1.计算机操作系统计算机操作系统(operating system缩写作OS)是管理计算机硬件与软件资源的计算机的系统程序, 同时也是计算机系统的内核与基石。

操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入设备与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。

操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。

操作系统在计算机系统中的位置1)操作系统位于底层硬件与用户之间, 是两者沟通的桥梁。

用户可以通过操作系统的用户界面, 输入命令。

操作系统则对命令进行解释, 驱动硬件设备, 实现用户要求。

•2)以现代标准而言, 一个标准PC的操作系统应该提供以下的功能: •进程管理: 计算机中的应用程序都是以进程单位运行的, 操作系统调度多个进程到CPU执行的过程称为进程管理。

•内存管理: 操作系统管理计算机内存, 控制着内存的分配和回收, 管理者内存与外存的信息交换, 以及配合硬件做地址转换。

•文件系统: 管理硬盘的数据, 可将数据已目录或者文件的形式存储。

•网络通信：管理与计算机外部的网络通信, 例如通过浏览器浏览网页, 打印文件等。

安全机制: 控制一些安全机制, 包含计算机非法入侵和一些合法校验。

用户界面: 图形界面。

驱动程序：与硬件交互的计算机软件, 操作系统通过驱动程序与硬件交互, 例如：USB驱动。

2.常见的操作系统1)Windowswindows10微软创始人比尔.盖茨Windows操作系统是美国微软公司推出的一款操作系统。

该系统从1985年诞生到现在, 经过多年的发展完善, 相对比较成熟稳定, 是当前个人计算机的主流操作系统。

Windows系统的特点:a、Windows操作系统界面友好, 窗口制作优美, 操作动作易学, 多代系统之间有良好的传承, 计算机资源管理效率较高, 效果较好。

b、Windows操作系统作为优秀的操作系统, 由开发操作系统的微软公司控制接口和设计, 公开标准, 因此, 有大量商业公司在该操作系统上开发商业软件。

计算机操作系统通常具有的五大功能计算机操作系统具有五个基本的功能你知道是什么吗?下面由店铺整理了计算机操作系统通常具有的五大功能的相关知识，希望对你有帮助。

计算机操作系统通常具有的五大功能处理器管理处理器管理最基本的功能是处理中断事件。

处理器只能发现中断事件并产生中断而不能进行处理。

配置了操作系统后，就可对各种事件进行处理。

处理器管理的另一功能是处理器调度。

处理器可能是一个，也可能是多个，不同类型的操作系统将针对不同情况采取不同的调度策略。

存储器管理存储器管理主要是指针对内存储器的管理。

主要任务是：分配内存空间，保证各作业占用的存储空间不发生矛盾，并使各作业在自己所属存储区中不互相干扰。

设备管理设备管理是指负责管理各类外围设备(简称：外设)，包括分配、启动和故障处理等。

主要任务是：当用户使用外部设备时，必须提出要求，待操作系统进行统一分配后方可使用。

当用户的程序运行到要使用某外设时，由操作系统负责驱动外设。

操作系统还具有处理外设中断请求的能力。

文件管理文件管理是指操作系统对信息资源的管理。

在操作系统中，将负责存取的管理信息的部分称为文件系统。

文件是在逻辑上具有完整意义的一组相关信息的有序集合，每个文件都有一个文件名。

文件管理支持文件的存储、检索和修改等操作以及文件的保护功能。

操作系统一般都提供功能较强的文件系统，有的还提供数据库系统来实现信息的管理工作。

作业管理每个用户请求计算机系统完成的一个独立的操作称为作业。

作业管理包括作业的输入和输出，作业的调度与控制(根据用户的需要控制作业运行的步骤)补充：计算机操作系统通常具有的四个特点操作系统有四个特征：并发，共享，异步，虚拟。

1.并发：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

操作系统的并发性是指计算机系统中同时存在多个运行着的程序，因此它应该具有处理和调度多个程序同时执行的能力。

在这种多道程序环境下，一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，而每一时刻，单处理器环境下实际仅能有一道程序执行，故微观上这些程序还是在分时地交替执行。

操作系统五大功能模块有哪些操作系统是计算机系统中非常重要的一部分，为计算机硬件和软件提供各种管理和支持功能。

它是协调和控制计算机资源，提供给用户和应用程序使用的软件集合。

操作系统具备五大功能模块，它们分别是：1. 进程管理模块进程管理模块是操作系统的核心功能之一。

它负责控制和管理计算机系统中的进程。

进程是指正在运行的程序，是计算机执行任务的基本单位。

进程管理模块的主要任务包括：•进程创建和撤销：操作系统能够创建、启动和撤销进程，根据用户或程序的要求，动态地分配和回收系统资源，提供必要的运行环境。

•进程调度：根据一定的调度算法，决定正在运行的进程和即将运行的进程，合理利用计算机资源，提高系统的吞吐量和响应速度。

•进程间通信：操作系统提供各种通信机制，使进程能够方便地进行信息交换和共享。

2. 内存管理模块内存管理模块负责管理计算机系统中的内存资源。

内存是计算机用于存储程序和数据的地方，对于一个操作系统来说，合理地管理内存非常重要。

内存管理模块的主要任务包括：•内存分配：操作系统负责将内存分配给进程，并跟踪每个进程的内存使用情况，确保进程之间不会相互干扰。

•内存回收：当进程终止或释放内存时，内存管理模块需要回收这些内存资源，以便供其他进程使用。

•内存保护：操作系统通过地址映射和访问权限控制等机制，保护不同进程之间的内存空间，防止恶意访问和越界访问。

3. 文件系统模块文件系统模块是操作系统中负责管理文件和目录的功能模块。

文件系统是计算机中用于组织和存储数据的记录式存储系统。

文件系统模块的主要任务包括：•文件的创建、打开和关闭：操作系统提供接口和机制，使用户能够方便地创建和访问文件，对文件进行打开和关闭操作。

•文件的读取和写入：操作系统提供读写接口，使用户能够读取和写入文件中的数据。

•文件的管理和保护：操作系统负责为文件分配磁盘空间，管理文件的属性和权限，保护文件免受恶意访问和损坏。

4. 设备管理模块设备管理模块负责操作计算机系统中的各种硬件设备，使之能够与操作系统和应用程序进行有效的通信和交互。

操作系统设备管理的具体内容
1.设备驱动程序的管理：操作系统需要提供统一的驱动程序接口，使得各种设备驱动程序可以与操作系统进行通信，并实现对设备的管理和控制。

2. 设备的分配与回收：操作系统需要对设备进行动态的分配和
回收，以满足用户的需求和系统的资源管理要求。

3. 设备的访问控制：操作系统需要对设备进行访问控制，以保
证系统的安全性和可靠性。

4. 设备的中断处理：当设备发生中断时，操作系统需要对其进
行正确的处理，包括中断响应、中断处理程序的调用和中断处理结果的返回等。

5. 设备的状态监控和错误处理：操作系统需要对设备的状态进
行监控和错误处理，以保证设备的正常工作和系统的稳定性。

6. 设备的性能优化：操作系统需要对设备的性能进行优化，包
括设备的并发访问、缓存技术的应用、设备驱动程序的优化等。

总之，操作系统设备管理的具体内容是多方面的，需要考虑到设备的类型、功能、性能和安全等方面的要求。

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操作系统习题(第五章到七章)一、第五章………………………………………………………………………………二、第六章………………………………………………………………………………三、第七章………………………………………………………………………………四、第五章答案………………………………………………………………………………五、第六章答案………………………………………………………………………………六、第七章答案………………………………………………………………………………第五章设备管理一、选择题1．缓冲技术用于( )．A．提高主存和设备交换信息的速度B．提供主、辅存接口C．提高设备利用率D．扩充相对地址空间2．中央处理器启动通道工作后，设备的控制工作由( ).A．中央处理器执行程序来控制的B．中央处理器执行通道程序来控制的C．通道执行预先编制好的通道程序来控制的D．以上都不对3．计算机系统启动外部设备是按( )来启动的。

A．设备号B．设备相对号c．设备绝对号D．以上都不对4．输入／输出操作也称I／O操作，它是指( )．A．CPU和主存贮器中的信息传输B．CPU和辅助存贮器中的信息传输C．主存贮器和辅存贮器之间的信息传榆D．主存贮器和外围设备之间的信息传输5．访问一次磁盘操作必须给出( )参数．A．磁头号B．扇区号C．柱面号D．三个都给出6．通道把通道和设备的执行情况随时记录在( )中，以便向CPU报告输入，输出操作的执行情况．A．通道命令字B．通道状态字C．通道地址字D．以上都不对7．假定磁盘的转速是10ms／周，每个磁道被划分为大小相等的4块，则传送一块信息所需的时间为( )。

A．4 ms B．5 msC．10ms D．2.5ms8．对磁盘进行移臂调度，其目的是缩短( )时间．A．启动B．数据传送C．寻找定位D．搜索延迟9．磁盘驱动调度算法中( )和( )算法可能会随时改变移动臂的运动方向．A．电梯调度B．先来先服务C．最短寻找时间优先D．单向扫描10．SPOOLing操作能使( )和作业周转时间缩短．A．独占设备利用率提高B．磁盘空间利用率提高C．作业执行时间缩短D．系统工作时间缩短11．具有设备独立性的计算机系统，在分配设备时适应性好、灵活性强，这体现在( )和( )两个方面．A．分配设备时只需选一台好的未分配的设备进行分配B．便于设备的统一管理C．分配给用户作业的设备一旦故障，可在同类设备中选择一台好的未分配的设备来替换D．有利于提高设备的利用率12．CPU对通道的请求形式是( )．A．自陷B．中断C．通道命令 D．转换指令13．利用虚拟设备达到I／O要求的技术是指( )．A．利用外存作缓冲，将作业与外存交换信息和外存与物理设备交换信息两者独立起来，并使它们并行工作的过程B．把I／O要求交给多个物理设备分散完成的过程C．把I／O信息先存放在外存，然后由一台物理设备分批完成I／O要求的过程D．把共享设备改为某作业的独享设备，集中完成I／O要求的过程14．设备管理程序对设备的分配和控制是借助一些表格进行的，下面的表格中不属于设备管理程序的是( )。

操作系统设备管理练习及答案一、选择题1、在设备管理中，下列哪一项功能不是基本的设备管理功能？A.设备驱动程序B.设备分配C.缓冲区管理D.文件系统操作答案：D解释：设备管理主要负责物理设备的抽象表示和处理。

其中，设备驱动程序（A对）用于与物理设备进行通信；设备分配（B对）用于将设备分配给进程使用；缓冲区管理（C对）用于协调设备和内存之间的数据传输。

而文件系统操作（D错）属于文件系统的功能，不属于设备管理的范畴。

2、在Unix系统中，下列哪个命令用于显示系统中已经安装的设备驱动程序？A. lsdevB. lspciC. lsblkD. lshw答案：A解释：在Unix系统中，lsdev命令用于显示系统中已经安装的设备驱动程序。

lspci命令用于显示PCI设备的详细信息；lsblk命令用于显示块设备的信息；lshw命令用于显示硬件配置信息。

3、在设备管理中，下列哪种技术可以用于平衡设备和CPU的负载？A.轮转调度算法B.优先级调度算法C.多线程技术D.缓冲技术答案：C解释：多线程技术可以创建多个线程来处理不同的任务，从而平衡设备和CPU的负载。

轮转调度算法（A错）和优先级调度算法（B错）主要用于操作系统中的进程调度；缓冲技术（D错）主要用于协调设备和内存之间的数据传输。

二、填空题1、在设备管理中，设备的即插即用指的是设备的自动识别和配置，它需要依靠____________机制来实现。

答案：驱动程序解释：设备的即插即用需要依靠驱动程序机制来实现，当设备插入系统时，系统会自动识别并配置该设备，使其能够正常工作。

2、在Unix系统中，____________命令用于显示系统中已经安装的块设备的信息。

答案：lsblk解释：在Unix系统中，lsblk命令用于显示系统中已经安装的块设备的信息。

该命令会列出系统中所有的块设备，包括硬盘、闪存驱动器、光盘驱动器等。

3、在设备管理中，____________是一种虚拟化技术，可以将一个物理设备抽象成多个逻辑设备，从而允许多个用户共享该物理设备。

设备分配相关数据结构北京交通大学
计算机学院
翟高寿
设备分配相关数据结构
❑系统设备表
记录系统全部设备的情况
❑设备控制表
针对每台设备而设置和记录对应情况
❑设备控制器控制表
针对每个设备控制器而设置和记录对应情况❑通道控制表
针对每个通道而设置和记录对应情况
系统设备表SDT
表目
1 …
表目
i …
表目
n 设备类型(Type)
设备标识符(DeviceID) 设备控制表指针
设备驱动程序入口
系统设备表
设备控制表DCT
DCT1 …DCT i …DCT n 设备类型(Type)
设备标识符(DeviceID)
设备状态：等待/不等待；忙/闲
与设备连接的设备控制器控制表的指针重复执行次数或时间
设备请求队列队首及队尾指针
设备控制表集合
设备控制器控制表COCT
COCT1 …COCT j …COCT l 设备控制器标识符(ControllerID) 设备控制器状态：忙/闲
与设备控制器连接的通道控制表的指针设备控制器请求队列队首指针
设备控制器请求队列队尾指针
设备控制器控制表集合
通道控制表CHCT
CHCT1 …CHCT k …CHCT m 通道标识符(ControllerID)
通道状态：忙/闲
与通道连接的设备控制器控制表的指针通道请求队列队首指针
通道请求队列队尾指针
通道控制表集合
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设备分配相关数据结构■
设备分配考虑因素北京交通大学
计算机学院
翟高寿。