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操作系统三版课件4

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操作系统教程第三版Read课件

操作系统教程第三版Read课件

文件的类型
根据数据结构和用途的不同，文件可以分为 文本文件、二进制文件、图像文件、音频文 件、视频文件等。文本文件是以文本形式存 储的字符数据，可以使用文本编辑器打开和 编辑。二进制文件是以二进制形式存储的数 据，一般由程序或特殊工具打开和使用。
文件的组织与访问
文件的组织
文件系统将文件以目录树的形式组织起来， 根目录下可以创建多个子目录，子目录下又 可以创建子目录和文件。这种层次结构可以 方便地组织和管理大量的文件。
分段技术
分段是一种将内存划分为不同段（或部分）的技术，每段可以存储一个程序的一部分。每个段的大小 可以动态调整，从而使得程序的内存需求可以得到更好的满足。分段技术可以提供比分页技术更好的 灵活性和效率。
04
文件系统
文件的概念与类型
文件的概念
文件是操作系统中最重要的抽象概念之一， 它是一个具有名称、大小和内容的实体，可 以存储在磁盘或其他存储设备上。每个文件 都有一个唯一的标识符，称为文件名。文件 可以用来保存文本、图像、音频、视频等数 据。
设备的驱动程序与I/O操作
设备驱动程序
是一种特殊的软件程序，用于控制设备的操作和通信 ，它提供了设备使用的接口和抽象。
I/O操作
输入/输出操作是指计算机与外部设备之间的数据传输 ，包括数据的读取和写入。
设备的资源分配与共享
资源分配
操作系统负责将系统资源分配给各个程序或进程，包 括CPU、内存、磁盘空间等。
操作系统教程第三 版read课件
目 录
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 操作系统的安全与保护
01
操作系统概述
定义与功能
定义
操作系统是计算机系统的核心软件， 负责管理和控制计算机系统的软硬件 资源，提供用户与计算机系统的交互 界面。

计算机操作系统(汤小丹第三版)第4章 存储器管理

计算机操作系统(汤小丹第三版)第4章 存储器管理
0
10000
1000 2500
LOAD 1,2500
365
11000 12500 15000
LOAD 1,2500 365
LOAD 1,12500
5000
作业地址空间
内存空间
图 4-3 作业装入内存时的情况
11
第四章 存储器管理
3、动态运行时装入方式(Denamle Run-time Loading)
3）重定位分区分配算法：
4）优、缺点：
30
第四章 存储器管理
4.3.7 对换(Swapping)
1、 对换的引入 对换：把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的 程序和数据，调出到外存上。
对换是提高内存利用率的有效措施。
* * 整体对换 部分对换 进程对换
页面对换
分段对换
31
第四章 存储器管理
4.3.7 对换(Swapping)
图 4-7 内存分配流程
25
第四章 存储器管理
（2）回收内存
空闲块合并
图 4-8 内存回收时的情况
26
第四章 存储器管理
4.3.6 可重定位分区分配
1、 动态重定位的引入
操作系统 用户程序1 10 KB 用户程序3 30 KB 用户程序6 14 KB 用户程序9 26 KB (a) 紧凑前 (b) 紧凑后
33
第四章 存储器管理
4.4.1 页面与页表
1、页面 （1）将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等
的片，称为页面或页，并加以编号。 （2）把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块， 称为(物理)块或页框(frame)， 同样加以编号。 （3）分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分 别装入到多个可以不相邻接的物理块中。 （4）由于进程的最后一页经常装不满一块而形成了不 可利用的碎片，称之为“页内碎片”。

全套课件计算机操作系统教程第三版

全套课件计算机操作系统教程第三版
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1.4操作系统的硬件介绍
• 1.4.1中央处理器（CPU） • 1.4.2存储系统 • 1.4.3 中断机制 • 1.4.4 I/O设备
• 1.4.5 时钟
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1.4.1中央处理器（CPU）
• 计算机的“大脑”是CPU，它从内存中取出指令并执行。 在每个CPU的基本周期中，首先从内存中取出指令，解码 以确定其类型和操作数，然后执行。循环以上过程，程序 得以执行完毕。
机上覆盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层
I/O设备管理软件提供给用户的接口来进行数据的输入
和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强大、
使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没
有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称软
件虚拟机。
返回本节
1.1.2 作为资源管理的操作系统
• 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基 本的方便的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外 的观点。但是从用户向机器的观点或自底向上的观点来看， 操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。现 代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作 系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、 存储器以及其他I/O接口设备的分配。
1.4.2 存储系统
• 1、存储系统的层次结构
•
最高层是CPU中的寄存器，由于采用和CPU相同的材料制造，所以速度和CPU
一样快。但寄存器一般容量比较小，在1KB以下。
•
第二层是高速缓存，它主要被硬件控制使用。当一个程序要读一个存储字时，
通过硬件系统首先检查是否在高速缓存中。如果在，称为高速缓存命中，直接读

操作系统第4章ppt课件

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THANKS
感谢观看
P/V操作
对信号量进行加减操作，实现进程同 步与互斥。
经典同步问题及其解决方法
1 2
生产者-消费者问题
通过两个信号量分别控制生产者和消费者进程， 确保生产者和消费者之间的同步与互斥。
哲学家进餐问题
通过引入资源分级法或信号量集机制，避免死锁 的发生，确保哲学家进餐过程中的同步与互斥。
3
读者-写者问题
。
多线程模型比较分析
01
多对一模型Leabharlann 将多个用户级线程映射到一个内核级线程上。该模型下，线程管理在用
户空间完成，线程的调度采用非抢占式调度，由线程库负责。
02
一对一模型
将每个用户级线程都映射到一个内核级线程上。该模型下，线程的创建
、撤销和同步等都在内核中实现，线程的调度由内核完成。
03
多对多模型
将多个用户级线程映射到少数但不止一个内核级线程上。该模型结合了
前两种模型的优点，允许多个用户级线程映射到不同的内核级线程上运
行。
线程同步与互斥机制
互斥锁
采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共 资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源 不会同时被多个线程同时访问。
信号量
信号量是一个整型变量，可以对其执行down和up操作，也 就是常见的P和V操作。信号量初始化为一个正数，表示并发 执行的线程数量。
死锁避免：银行家算法是一种典型的 死锁避免算法。该算法通过检查请求 资源的进程对资源的最大需求量是否 超过系统可用资源量来判断是否分配 资源给该进程。如果分配后系统剩余 资源量仍然能够满足其他进程的最大 需求量，则分配资源，否则不分配资 源。
死锁检测：通过定期运行死锁检测算 法来检测系统中是否存在死锁。常见 的死锁检测算法有资源分配图算法和 银行家算法等。如果检测到死锁发生 ，则需要采取相应措施来解除死锁， 例如通过撤销部分进程或抢占部分资 源来打破死锁状态。

计算机操作系统第三版PPT课件

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-
6
用户
应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
-
7
(1) 命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言)， 用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算 机系统。
(2) 系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户 可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵 计算机。
新世纪计算机类本科系列教材
计算机操作系统
（修订版） 汤子瀛 哲凤屏 汤小丹 编著
西安电子科技大学出版社

-
1
目录
第一章 操作系统引论 第二章 进程管理 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 设 备 管 理 第六章 文件管理 第七章 操作系统接口 第八章 网络操作系统 第九章 系统安全性 第十章 UNIX系统内核结构
1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程
开始
还有 下 一个 作业 ？
是 把下一个作业的源 程序 转换 为目 标程 序
否
停止
是
源程 序
有错 吗？
否
运行 目标 程序
装配 目标 程序
-
14
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
2.
单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说， 它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。 尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进 步。
-
11
1.2 操作系统的发展过程
1.2.1 无操作系统的计算机系统
1. 人工操作方式
从第一台计算机诞生(1945年)到50年代中期的计算机，属于 第一代，这时还未出现OS。这时的计算机操作是由用户(即程 序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程序员 将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸带输入 机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算机， 然 后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后， 才让 下一个用户上机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点：

精品文档-计算机操作系统(第三版)汤小丹-第4章

精品文档-计算机操作系统(第三版)汤小丹-第4章

第四章 存储器管理
0 模块 A CALL B；
L-1 Return；
0 M-1
模块 B CALL C； Return；
0 模块 C
N-1 Return； (a) 目标模块
0 模块 A JSR“L”
L-1 Return； L 模块 B JSR“L＋ M”
L+M-1 Return； L+M 模块 C
L+M+-N1 Return；
第四章 存储器管理
库
编译程序 产生的目 标模块
内存
链接 程序
装入模块
装入 程序
…
第一步
第二步
第三步
图4-2 对用户程序的处理步骤
第四章 存储器管理
4.2.1 程序的装入
1．绝对装入方式(Absolute Loading Mode)
在编译时，如果知道程序将驻留在内存的什么位置，那么， 编译程序将产生绝对地址的目标代码。例如，事先已知用户程 序(进程)驻留在从R处开始的位置，则编译程序所产生的目标模 块(即装入模块)便从R处开始向上扩展。绝对装入程序按照装入 模块中的地址，将程序和数据装入内存。装入模块被装入内存 后，由于程序中的逻辑地址与实际内存地址完全相同，故不须 对程序和数据的地址进行修改。
第四章 存储器管理
CPU寄 存 器 主存
辅存
寄存器 高速缓存
主存 磁盘缓存
磁盘 可移动存储介质
图4-1 计算机系统存储层次示意
第四章 存储器管理
4.1.2 主存储器与寄存器
1．主存储器
主存储器(简称内存或主存)是计算机系统中一个主要部件， 用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器，其容 量对于当前的微机系统和大中型机，可能一般为数十MB到数GB， 而且容量还在不断增加，而嵌入式计算机系统一般仅有几十KB 到几MB。CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数 据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者从寄存 器存入到主存储器。CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主 存储器地址空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令 的速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器和高 速缓存。

计算机操作系统课件(第三版)第四章_


第 四 章 存 储 器 管 理
4.5分段存储管理
操 3、地址转换： 作 控制寄存器 系 统
段表始址 ＋ 段号 段长 基址 0 1K 6K 1 6 00 4 K 2 5 00 8 K 3 2 00 9 20 0 ＋ 段号S 2 位移量W 1 00 有效地址
越界 ＞
段表长度
第 四 章 存 储 器 管 理
20
4.5分段存储管理
操 作 系 统 一、基本段式存储器管理 1、基本原理：一个段定义为一组逻辑信息，如主程序、过程、数组等都可 作为一个段，每个作业地址空间按其内在的逻辑关系分成若干段，每段 都有自己的段名，且段内都是从0开始编址的连续地址空间。 要点：*段的长度是不固定的、由相应逻辑组的大小决定 *段间的地址空间是不连续的，整个作业的地址空间是二维的。 *页式存储管理中提供连续的逻辑地址，有系统自动地进行分页；而在段式 存储管理中作业的分段由用户决定的，每段独立编程，因此，段间的逻 辑地址是不连续的。 *段式管理中，为作业的每一段分配一个连续的主存区域，作业的各段可被 封装到不相连的几个区域中。 *系统为每个作业建立一个段表（段名、长度、在主存中的起始地址等） *原理图示：（下页）
17
4.4分页式存储器管理
操 作 系 4、淘汰算法 统 淘汰算法：也称臵换算法，当要访问的页面不在主存中，需要将其调入主 存，如果此时主存中无空闲页面，则需要将内存中某页面移植外存，被 移出的页面称作淘汰页面，用来选择淘汰页面的算法称作淘汰算法。 （1）最佳淘汰算法：淘汰以后不会再需要的页面，或者在最长的时间以后 才会用到的页面。（缺页率低、不是一种实际的算法，因页面访问的未 第 来顺序不能预先确定，可作为评价其他算法优劣的一种算法） 四 （2）先进先出淘汰算法：基于CPU按线性顺序访问地址空间，易于理解编 章 程，但效率低，而且有异常现象，事实上许多时候CPU不是按线性顺序 存 访问的。 储 器 （3）最近最久未使用页面臵换算法：淘汰最近一段时间内最久不用的页面 管 予以淘汰，（实现方法：计时法（访问计时器）、堆栈法（见教材P106 理 页）。 （4-)最近最不常用调度算法：将最近访问次数最少的淘汰（计数器）

操作系统教程(第三版)课件


操作系统的基本概念
要点一
总结词
操作系统的基本概念
要点二
详细描述
操作系统的基本概念包括进程、线程、内存管理、文件系 统等。进程是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配 和调度的基本单位；线程是进程内的一条执行路径，是系 统调度的基本单位。内存管理负责分配和回收内存空间， 以及管理内存中的程序和数据。文件系统负责管理磁盘存 储空间和文件，以及提供文件访问接口。
用户界面设计的基本原则 用户友好、易于使用、一致性、可靠性等。
系统桌面环境
系统桌面的定义 系统桌面是操作系统中提供给用户的主要界面，包括图标、 菜单、窗口等元素。
系统桌面的功能 系统桌面提供了一系列功能，如启动应用程序、管理文件 和目录、设置系统参数等。
系统桌面的个性化设置 用户可以根据自己的习惯和喜好，对系统桌面进行个性化 设置，如调整背景颜色、添加小工具等。
设备的回收处理
03
在设备回收后，需要进行一些处理工作，如关闭设备驱动程序、
释放系统资源等。
设备的虚拟化技术
设备虚拟化技术的概念
设备虚拟化技术是一种将物理硬件资源虚拟化为多个独立资源的 技术，使得多个虚拟资源可以共享物理硬件资源。
设备虚拟化的优点
设备虚拟化的优点包括提高硬件资源利用率、简化系统管理、提高 系统的可扩展性和可靠性等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境可以分为单机操作系 统和网络操作系统；根据使用性质可以分为通用操作系统和专用操作系统；根据处理方 式可以分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统；根据功能可以分为微机操
作系统和服务器操作系统等。

Ubuntu Linux操作系统第3版(微课版)—第4章


使用fdisk进行分区管理
• 创建分区
命令(输入 m 获取帮助)： p
#查看分区信息
Disk /dev/sdb：20 GiB，21474836480 字节，41943040 个扇区
Disk model: VMware Virtual S
单元：扇区 / 1 * 512 = 512 字节
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
• 分区也有助于更有效地使用磁盘空间。 分 分 • 每个分区在逻辑上可视为一个磁盘。 区 区
分区
卷卷 卷
• 高级格式化
• 在磁盘分区上建立相应的文件系统。 固态盘4K对齐
4.1 Linux磁盘存储概述
Linux磁盘设备命名
IDE接口
• dev/hda • dev/hdb • dev/hdc
• /dev/sda
4.1 Linux磁盘存储概述
第4章 磁盘存储管理 12
磁盘分区规划
• 分区类型：Linux与Linux Swap • Ubuntu至少需要一个Linux分区和一个Linux Swap分区。 • Native分区是存放系统文件的地方，只能使用ext文件系统。 • Swap分区是Linux暂时存储数据的交换分区。
第4章 磁盘存储管理 17
命令 o p q s t u v w x
说明 创建一个新的空DOS分区表 显示硬盘的分区表 退出fdisk，但是不保存 创建一个新的空的SUN磁盘标签 改变分区的类型号码
改变分区显示或记录单位
校验该磁盘的分区表 保存修改结果并退出fdisk 进入专家模式执行特殊功能
4.2 管理磁盘分区和文件系统
第4章 磁盘存储管理 19
4.2 管理磁盘分区和文件系统

操作系统原理与实践教程(第三版)os-ch 04简明教程PPT课件


4.1.3 信号量机制
wait操作可以表示为如下形式： void wait(int S) { while (S<=0) ; //当信号量S的值小于等于0时，做空操作， //否则将其值 减1 S = S-1; } signal操作可以表示为如下形式： void signal (int S) { S= S+1; }
4.1.2 进程互斥

一个描述临界资源的循环进程可以描述如下: bool bFlag=true; do{ 进入区 临界区 退出区 剩余区 }while (bFlag == true);
4.1.2 进程互斥

所有的同步机制都应遵循下面的4条准则： （1）空闲让进 当无进程处于临界区时，允许进程进入临界区， 并且只能在临界区运行有限的时间。 （2）忙则等待 当有一个进程在临界区时，其它欲进入临界区的 进程必须等待，以保证进程互斥地访问临界资源。
4.1.1 进程的同步

同步是进程间的直接制约关系，这种制约主要源 于进程间的合作。进程同步的主要任务就是使并 发执行的各进程之间能有效地共享资源和相互合 作，从而在执行时间、次序上相互制约，按照一 定的协议协调执行，使程序的执行具有可再现性。
4.1.2 进程互斥



当多个进程需要使用相同的资源，而此类资源在 任一时刻却只能供一个进程使用，获得资源的进 程可以继续执行，没有获得资源的进程必须等待。 这是进程之间的间接制约关系。这种关系与源于 进程间合作的同步关系不同，它们的运行具有时 间次序的特征，谁先从系统获得共享资源，谁就 先运行。这种对共享资源的排它性使用所造成的 进程间的间接制约关系称为进程互斥。 互斥是一种特殊的同步方式
4.1.3 信号量机制
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用户进程程序 输入/输出管理程序 发出I/O请求 READ (input, buffer) ; 设备中断处理程序
. . . .
保护中断现场 传送数据 恢复现场 调用设备驱动程序
buffer (缓冲区) ;
. 阻塞调用进程 . 验证I/O请求 . 调用设备驱动程序 . 校验设备状态 . 激活调用进程
设备驱动程序
• 4.2.3 I/O请求的具体实现 I/O请求的具体实现
.
4.3 设备的分配与调度算法
• 4.3.1 管理设备时的数据结构
1. 设备控制块
为管理外部设备，操作系统为每台设备开辟一个存储区，随时记录系统中每个设备 的基本信息，称为“设备控制块DCB”。暂时得不到某设备服务的进程的PCB，排在与 该设备有关的阻塞队列上，被称为“设备请求队列”。
. I/O接口程序就是与设备无关部分软件，它从接收用户对设备提出的I/O请求，然后 把I/O请求转变成所需的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接口程序为用户提供统一的设备命名方式，用主设备号指定设备类型，次设备
号作为参数传递给设备驱动程序，以便确定真正完成读写操作的设备。这样在编程时， 不必指定具体的物理设备，有利于I/O设备的故障处理，为设备分配增添了灵活性。称这 种方法是设备管理中的“I/O设备无关性”或“I/O设备独立性”。 I/O接口程序需要考虑与设备驱动程序的接口。如果各类设备的驱动程序都有自己 不同的接口，那么要往系统里添加一种新的设备类型就会很困难，应该提供驱动程序的 标准接口，这样添加一个新的驱动程序就很容易，开发设备驱动程序的人员也就知道应 该如何着手去编写驱动程序。
第4章 设备管理
本章讲述内容： 本章讲述内容：
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 设备管理概述 ； 输入/ 输入/输出的处理步骤 ； 设备的分配与调度算法 ； 数据的传输方式； 设备管理中的若干技术。
4.1 设备管理概述
整个I/O结构可以划分 成三个层次：底层是具体的设 备和硬件接口，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。
3. I/O接口程序 I/O接口程序
.
• 4.1.2 计算机设备的分类
1. 基于设备的从属关系分类
. 系统设备：操作系统生成时就纳入系统管理范围的设备，也称为“标准设备”。 . 用户设备：在完成任务过程中，用户特殊需要的设备。这些是操作系统生成时未
经登记的非标准设备，因此，需要向系统提供使用该设备的设备驱动程序。
• 4.3.2 独享设备的分配
1. 独享设备的静态分配策略
一个作业进程使用某设备时，别的作业进程只能等到它用完后才能用，这种设备就 是“独享设备”。独享设备的使用具有排它性，对它们只能采取“静态分配”策略。即 在一个作业运行前，就必须把这类设备分配给它，直到运行结束归还给系统。
.
数据 状态 控制
内存
I/O端口
内存
I/O端口
.
(a) 单独的I/O和内存空间
(b) 内存映射I/O
2. 设备驱动程序
. 涉及设备管理的软件分为与设备相关和与设备无关的两部分。与设备相关部分就是 . .
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，这是通过编写特定的程序代 码来实现的，这样的代码程序就称为“设备驱动程序”。 设备驱动程序应设计成是可重入的，其代码在执行中不允许被修改。通常，一类设 备有一个设备驱动程序，任务是把用户提交的操作命令转化为物理操作的启动和实施。
(1) 磁带
.
(2) 磁盘
磁盘的特点是存储容量大，存取速度快，能顺序或随机存取。操作系统中的很多 实现技术（如存储管理中的虚拟存储），都是以磁盘作为后援的。因此，它越来越成为 现代计算机系统中一个不可缺少的重要组成部分。
.
. 柱面号、磁头号、扇区号
盘面上的磁道号就是“柱面号”；每个盘面所对应的读/写磁头从0开始由上到下顺 序编号，是“磁头号”；盘面上的扇区按磁盘旋转的反向、从0开始编号，称为“扇区 号”。
• 4.1.2 设备管理的目标与功能
1. 程序设计环境下，外设的数量少于用户进程数，竞争不可避免。如何合理地分 配外部设备，协调它们之间的关系，充分发挥外设之间、外设与CPU之间的并行工作 能力，使系统中各种设备尽可能地处于忙碌状态，是一个非常重要的问题。
.
.
. 设备管理中，由设备驱动程序来具体实现I/O请求，它必须用有关输入/输出的特权 指令来与设备硬件进行交往，以便真正实现用户的输入/输出操作要求。 . 设备驱动程序读出设备状态，判定其可用后，就向设备发出I/O硬指令。设备驱动
程序一旦启动一个I/O操作，就让出对CPU的控制权，以便在输入/输出设备忙于进行I/O 时，CPU能脱身去做其他的事情，从而提高处理机的利用率。 设备完成一次输入/输出后，通过中断告知CPU。CPU接到I/O设备的中断信号，就 去调用该设备的中断处理程序。中断处理程序把CPU的当前状态保存起来，以便中断处 理完后，被中断的进程能继续运行下去。另外一个任务是按参数ADDRESS和NUMBER 的指点，进行具体的数据传输。
享的设备，但实际上这种共享设备并不存在。
2. 基于设备的分配特性分类
. 输入/输出设备：输入设备是计算机“感知”或“接触”外部世界的设备，用户通 过它把信息送到计算机系统内部；输出设备是计算机“通知”或“控制” 外部世界的设 备 。 存储设备：计算机用来长期保存各种信息、又可以随时访问这些信息的设备 。 .
. 独享设备：分配给用户进程使用，就必须等它使用完，才能重新分配给另一个用 户进程使用。即独享设备的使用具有排它性。 . 共享设备：可由几个用户进程交替地对它进行信息读或写操作。从宏观上看，它 们在同时使用，因此这种设备的利用率较高。 . 虚拟设备：通过辅存的支持，利用SPOOLing技术，把独享设备“改造”成可以共
.
• 4.1.1 I/O系统的组织结构 I/O系统的组织结构
进程A 用户程序 进程B 进程C 进程N 用户 空间
与设备 无关软件
I/O接口程序 内核 空间
1. 控制器
. I/O设备一般都由机械和
与设备 相关软件
打印机 驱动程序
摄像机 驱动程序
磁盘 驱动程序
硬件接口
打印机控制器
摄像机控制器
磁盘控制器
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本， 如今常把它们分开来处理：电 子部分称作是“设备控制器” 或“适配器”；机械部分仍被 称作是“设备”。
3. 基于设备的工作特性分类
. 磁带是严格按照信息存放的物理顺序进行定位与存取的存储设备。必须从其头部 开始，一个记录、一个记录地顺序读/写，因此是一种适于顺序存取的存储设备。 . 记录间隙
磁带机启停时有惯性需要考虑。启动时，须经过一段时间才能加速到额定速度； 读/写完一个记录到真正停下来，要滑过一段距离。因此，磁带上每个记录间要有所谓 的“记录间隙（IRG）”存在。 记录的成组与分解 为减少磁带上IRG的数量，提高存储利用率，写时先在内存缓冲区把若干记录拼装 成一块，然后写出，这个过程称为“记录的成组”；读时先把一块读到内存缓冲区， 然后从中挑选出所需要的记录，这个过程称为“记录的分解”。
. 初始化并启动I/O . 完成真正的I/O . 返回输入/输出管理程序
. 输入/输出请求来自用户作业进程。比如在某个进程的程序中使用系统提供的I/O
命令形式为： READ（input，buffer，n）； 它表示要求通过输入设备input，读入n个数据到由buffer指明的内存缓冲区中。 编译程序会将源程序里的这一条I/O请求命令翻译成相应的硬指令，比如具有如下 形式： CALL IOCS，CONTRL，ADDRESS，NUMBER IOCS是操作系统中管理I/O请求的程序入口地址，因此CALL IOCS表示对输入/输出 管理程序的调用。CONTRL是根据命令中的input翻译得到的，表示在哪个设备上有输入 请求；ADDRESS是根据命令中的buffer翻译得到的，表示输入数据存放的缓冲区起始地 址；NUMBER是根据命令中的n翻译得到的，表示输入数据的个数。
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
控制/状态 寄存器 CPU 地址线
I/O 逻辑 部件
控制线
设备控制器 与I/O设备 的接口i
控制器除将设备与计算机 连接外，更重要的是随时监视设备的状态，实现对 设备的控制与操作。每个控制器有若干个寄存器， 用来与CPU通信。通过往寄存器里“写”，操作系 统可命令设备开启或关闭，可让设备发送数据、接 收数据，或者让设备执行其他操作。通过对寄存器 的“读”，操作系统可得知设备的状态，断定它是 否可以接收新的命令等。 为使CPU与控制器的各个寄存器进行通信，常 采用“单独的I/O空间”和“内存映射I/O”两种方法。
• 4.2.2 对I/O请求的管理 I/O请求的管理
. 若当前设备正处于忙碌状态，那么现在提出I/O请求的进程只能在阻塞队列中排队
等待；若当前设备空闲，那么管理程序验证了I/O请求的合法性后，就把这个设备分配 给该用户进程使用，调用设备驱动程序，去完成具体的输入/输出任务。 在I/O操作完成后，控制由设备驱动程序返回输入输出管理程序，由它把等待这个 I/O完成的进程从阻塞队列上摘下来，把它的状态由阻塞变为就绪，并且到就绪队列排 队，再次参与对CPU的竞争。 因此，设备的输入/输出管理程序由三块内容组成：接受用户的I/O请求，组织管理 输入/输出的进行，以及输入/输出完成后的善后处理。
DCB DCB i 设备标识
2. 系统设备表
DCB 1
为管理设备， 设备类型 系统要有一张“系 设备状态 PCB1 PCB2 PCB j 统设备表SDT”。 设备请求队列指针 NULL DCB i 系统初启时，每 设备驱动程序起址 个标准的及用户 其他 提供的外部设备， 设备请求队列 在该表里都有一 DCB n 个表目，表目内 容有该设备的标识、所属类型以及它的设备控制块DCB的指针。在输入/输出时，系统 从SDT得到设备的DCB，然后从DCB里得到有关该设备的信息。