内容发布更新时间 : 2024/5/3 21:04:42星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

Linux系统设备如何管理

摘要：文章从缓冲技术、设备分配技术、磁盘调度和管理以及Linux系统的设备管理 来逐渐深入的解释Linux的设备管理方法。

一．概述 (一）设备分类 1. 存储设备

存储设备也称为外存或后备存储器、 辅助存储器。 它们主要是计算机用来存储信息的设备， 虽然它们的存储速度较内存慢， 但比内存容量大得多， 价格也相对便宜。 存储设备通常包括磁盘、 CD-ROM、 磁带等。 特别是磁盘， 在现代计算机系统中得到广泛应用， 多数处理过程都是基于磁盘系统的。

磁盘提供了基本的联机信息（程序和数据）的存储。 大多数程序， 像编译程序、 汇编程序、 编辑程序、 格式化程序以及用户程序， 等等， 都是以文件形式存放在磁盘上， 在使用时才调入内存的。 在这类设备上存储的信息， 在物理上往往是按字符块组织的， 每一块有固定的大小， 并且有自己的磁盘地址。 常用块的大小从512字节到32 768字节。

2.输入/输出设备

它们又可分为输入和输出两类。 输入设备是计算机用来接受来自外部世界信息的设备， 例如终端键盘输入、 卡片输入机、 鼠标等。 输出设备是将计算机加工处理好的信息送向外部世界的设备， 例如终端屏幕显示或打印输出部分、 激光打印机、 卡片输出机等。 而modem设备既可以输入， 也可以输出。 设备管理的功能

设备的种类繁多， 而其物理特性和使用方式各不相同， 所以设备管理程序在整个操作系统中占很大比重。 设备管理要达到的目标主要是：

(1) 向用户提供使用方便而且独立于设备的界面。 (2) 提高各种外设的使用效率。

3) 在设计上， 对各种外设尽可能采用统一的管理方法， 使得设备管理系统简练、 可靠且易于维护。

为了实现上述目标， 操作系统的I/O管理子系统主要实现如下功能： (1) 监视设备状态。 (2) 进行设备分配。 (3) 完成I／O操作。 (4) 缓冲管理与地址转换。 （二）通道技术 1. 输入/输出系统结构

比较典型的输入/输出系统具有四级结构： 内存、 通道、 控制器和外部设备。

外部设备通常由机械和电子两部分组成。 由于许多设备往往不是同时使用的， 因此为降低成本常将电子部分从设备中独立出来构成一个部件， 称为控制器。 一个控制器可交替地控制几台同类设备。

2. 通道的类型

虽然各种I／O通道的基本功能是相同的， 但其形式和规模却相差很大。 有的很简单， 有的甚至用CPU作为I／O通道。 根据信息交换的方式， 通道可以分成三种类型： 字节多路通道、 选择通道和成组多路通道。 （三） 设备控制器

在大多数微型机和小型机中都使用单总线实现CPU与控制器之间的通信，控制器是I／O设备的电子部分， 它协调和控制一台或多台I／O设备的操作， 并实现设备操作与整个系统操作的同步。 在小型机和微型机上， 控制器往往以印刷电路卡的形式插入计算机中。 很多控制器可以管理2台、 4台甚至8台同样的设备。 操作系统总是与控制器打交道， 而不是与设备直接作用。 6. 缓冲技术（Buffering） 二．缓冲技术的引入

计算机系统中各个部件间速度的差异是很大的。 CPU的速度是以微秒甚至毫微秒量级计算的， 而外设一般的处理速度是以毫秒甚至秒量级计算的。 在不同时刻， 系统中各部分的负荷也常常很不均衡。 缓冲技术同样适用于输出的情况， CPU把产生的记录放入缓冲区， 输出设备从中取出来输出它们。

实际上， 缓冲区不仅限于CPU和I/O设备之间， 凡是数据到达速率和离去速率不同的地方都可设置缓冲区。 三． 设备分配技术

1. 与设备分配相关的因素

各种设备是系统掌管的资源。 在一般系统中， 进程个数往往多于设备数， 从而引起进程对设备的竞争。

(1) I／O设备的固有属性。 （2） 系统所采用的分配算法。 （3） 设备分配应防止死锁发生。

（4） 用户程序与实际使用的物理设备无关。 2. 设备分配技术

根据设备的使用性质可将设备分为独占设备、 共享设备和虚拟设备三种。 针对这三种设备采用三种分配技术： 独占分配、 共享分配和虚拟分配。 3. 设备分配算法

设备分配算法就是按照什么原则把设备分给进程。 对设备的分配算法与进程的调度算法有相似之处， 但比较简单。 常用的算法有先来先服务和优先级高的优先服务。

四．磁盘调度和管理

几乎所有的计算机都用磁盘存储信息， 这是由于磁盘相对于内存有如下三个主要优点：

（1） 容量很大；

（2） 每位的价格非常低；

（3） 当关掉电源后存储信息不丢失。 1. 物理特性

磁盘在物理性能上相对来说是简单的（如图6-10所示）。 每个盘有一串同心圆和一个读/写头。 由磁性物质覆盖在它的两个表面上， 信息就记录在磁表面上。

（一）磁盘调度算法 1. 先来先服务调度（FCFS）

先来先服务（First Come, First Served）调度算法是最简单的一种形式， 它最容易实现， 但是并没有提供最佳的服务（平均来说）。

2. 最短寻道时间优先法（SSTF）

在把磁头移到远处为另外的请求服务之前， 应先把接近于磁头当前位置的所有请求都服务完。 这种假定是根据最短寻道时间优先（Shortest Seek Time First）调度算法得来的。 SSTF选择的请求距当前磁头所在位置有最小的寻道时间。 由于寻道时间通常正比于两个请求的磁道差值， 因此磁头移动总是移到距当前磁道最近的磁道上去。 3. 扫描法（SCAN）

由于请求从本质上看服务的队列具有动态性质， 因此可采用扫描算法。 读/写磁头从磁盘的一端出发， 向另一端移动， 遇到所需的磁道时就进行服务， 直至到达磁盘的另一端。 在另一端上， 磁头移动方向倒过来， 继续做下面服务。 这样磁头就连续从盘的一端扫到另一端。 4. 巡回扫描法（C-SCAN）

C-SCAN（巡回扫描法）是SCAN的变种， 可使等待时间变得更均匀。 与SCAN相同， C-SCAN也是把磁头从盘的一端移向另一端， 到达请求的道就进行服务。 然而， 当它到达另一端时， 就立即返回到盘的开头， 在返回过程中不进行服务。 C-SCAN把磁盘视为一个环， 它的最后一道挨着最初一道。 （二）磁盘管理