2024年度《操作系統(tǒng)》課件項(xiàng)目四設(shè)備管理

《操作系統(tǒng)》課件項(xiàng)目四設(shè)備管理12024/3/23contents目錄設(shè)備管理概述設(shè)備的分類與特性設(shè)備管理的功能與機(jī)制設(shè)備的分配與回收設(shè)備控制與處理設(shè)備管理的優(yōu)化與改進(jìn)22024/3/2301設(shè)備管理概述32024/3/23設(shè)備管理是操作系統(tǒng)中對(duì)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的管理和調(diào)度，包括設(shè)備的識(shí)別、配置、控制、監(jiān)視和維護(hù)等功能。設(shè)備管理是操作系統(tǒng)中不可或缺的一部分，它確保了計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的正常運(yùn)行和高效利用，同時(shí)也為用戶提供了方便的設(shè)備使用接口。設(shè)備管理的定義與重要性重要性定義42024/3/23早期設(shè)備管理01早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)備管理功能相對(duì)簡單，主要通過直接操作硬件或編寫特定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)。設(shè)備管理的發(fā)展02隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備種類和數(shù)量的不斷增加，設(shè)備管理逐漸成為一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，并引入了更高級(jí)的設(shè)備管理技術(shù)，如中斷處理、緩沖技術(shù)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等?，F(xiàn)代設(shè)備管理03在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，設(shè)備管理已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)復(fù)雜的子系統(tǒng)，支持即插即用、電源管理、設(shè)備熱插拔等功能，并提供了豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口和工具。設(shè)備管理的發(fā)展歷程52024/3/23設(shè)備管理的目標(biāo)與任務(wù)設(shè)備控制對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)、停止、暫停等操作，以及對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制。設(shè)備識(shí)別與配置識(shí)別系統(tǒng)中的各種設(shè)備，并為它們分配相應(yīng)的資源（如I/O端口、中斷號(hào)等）。目標(biāo)設(shè)備管理的目標(biāo)是提供一個(gè)統(tǒng)一、高效、安全和易用的設(shè)備管理框架，以滿足用戶對(duì)設(shè)備使用的需求。設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口，以便應(yīng)用程序能夠與設(shè)備進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。設(shè)備維護(hù)與故障處理對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和保養(yǎng)，以及在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行診斷和修復(fù)。62024/3/2302設(shè)備的分類與特性72024/3/23如硬盤、U盤等，用于長期保存信息。存儲(chǔ)設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等，用于與用戶進(jìn)行交互。輸入/輸出設(shè)備設(shè)備的分類82024/3/23低速設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)等。中速設(shè)備如行式打印機(jī)、激光打印機(jī)等。設(shè)備的分類92024/3/23如磁盤、光盤等。高速設(shè)備以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行信息交換，如硬盤。塊設(shè)備以字符為單位進(jìn)行信息交換，如鍵盤、打印機(jī)等。字符設(shè)備設(shè)備的分類102024/3/23機(jī)械特性設(shè)備的物理屬性，如大小、形狀、重量等。電氣特性設(shè)備的電氣屬性，如電壓、電流、功率等。設(shè)備的特性與性能指標(biāo)112024/3/23功能特性：設(shè)備所具備的功能和性能，如打印速度、分辨率等。設(shè)備的特性與性能指標(biāo)122024/3/2303可靠性設(shè)備在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。01吞吐量單位時(shí)間內(nèi)設(shè)備處理的數(shù)據(jù)量。02響應(yīng)時(shí)間從發(fā)出請(qǐng)求到設(shè)備響應(yīng)的時(shí)間。設(shè)備的特性與性能指標(biāo)132024/3/23設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備分配與回收設(shè)備保護(hù)與安全性設(shè)備與操作系統(tǒng)的關(guān)系操作系統(tǒng)通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制和管理。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備的分配與回收，確保多個(gè)進(jìn)程或線程對(duì)設(shè)備的訪問不會(huì)發(fā)生沖突。操作系統(tǒng)應(yīng)提供設(shè)備獨(dú)立性，即應(yīng)用程序不依賴于具體設(shè)備，只需使用操作系統(tǒng)提供的統(tǒng)一接口即可。操作系統(tǒng)應(yīng)提供設(shè)備保護(hù)機(jī)制，防止未經(jīng)授權(quán)的用戶訪問設(shè)備，確保系統(tǒng)的安全性。142024/3/2303設(shè)備管理的功能與機(jī)制152024/3/23根據(jù)用戶請(qǐng)求和設(shè)備狀態(tài)，合理分配設(shè)備資源，并在使用完畢后及時(shí)回收。設(shè)備分配與回收對(duì)設(shè)備的啟動(dòng)、停止、讀/寫等操作進(jìn)行控制和管理。設(shè)備控制使得應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備，提高系統(tǒng)的可移植性和易維護(hù)性。設(shè)備獨(dú)立性跟蹤設(shè)備的狀態(tài)，如忙碌、空閑、故障等，并根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理。設(shè)備狀態(tài)管理設(shè)備管理的功能162024/3/23通過中斷處理程序響應(yīng)設(shè)備的中斷請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的異步操作。中斷處理機(jī)制緩沖策略設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口設(shè)備分配策略在設(shè)備和CPU之間設(shè)置緩沖區(qū)，以緩解速度不匹配的問題，提高系統(tǒng)性能。提供統(tǒng)一的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，使得操作系統(tǒng)能夠方便地管理和控制各種設(shè)備。根據(jù)設(shè)備的特性和用戶的需求，制定合理的設(shè)備分配策略，如獨(dú)占分配、共享分配等。設(shè)備管理的機(jī)制與策略172024/3/2303對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化，設(shè)置設(shè)備的參數(shù)和狀態(tài)。01設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的作用02提供與設(shè)備通信的接口，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制和管理。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的作用與結(jié)構(gòu)182024/3/23123處理設(shè)備的中斷請(qǐng)求，完成設(shè)備的輸入/輸出操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口層：提供與操作系統(tǒng)交互的接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的加載、卸載等操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的作用與結(jié)構(gòu)192024/3/23設(shè)備控制層對(duì)設(shè)備進(jìn)行具體的控制和管理，如啟動(dòng)、停止、讀/寫等。中斷處理層響應(yīng)設(shè)備的中斷請(qǐng)求，完成中斷處理程序的編寫和注冊(cè)。硬件訪問層直接與硬件設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的底層操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的作用與結(jié)構(gòu)202024/3/2304設(shè)備的分配與回收212024/3/23獨(dú)占設(shè)備的分配采用靜態(tài)分配方式，即在作業(yè)執(zhí)行前為其分配所需的全部獨(dú)占設(shè)備，直到作業(yè)完成后才釋放。共享設(shè)備的分配采用動(dòng)態(tài)分配方式，當(dāng)進(jìn)程需要使用設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的請(qǐng)求隊(duì)列和分配策略為其分配設(shè)備。虛擬設(shè)備的分配通過SPOOLING技術(shù)將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的共享使用。設(shè)備分配的策略與方法222024/3/23記錄設(shè)備的特性、狀態(tài)及與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)的指針等信息。設(shè)備控制表（DCT）記錄控制器的特性、狀態(tài)及與控制器驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)的指針等信息?？刂破骺刂票恚–OCT）記錄通道的特性、狀態(tài)及與通道程序相關(guān)的指針等信息。通道控制表（CHCT）記錄系統(tǒng)中所有設(shè)備的狀態(tài)、類型、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序入口等信息。系統(tǒng)設(shè)備表（SDT）設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)232024/3/23當(dāng)進(jìn)程不再使用某個(gè)設(shè)備時(shí)，應(yīng)將該設(shè)備從進(jìn)程的設(shè)備表中刪除，并更新系統(tǒng)設(shè)備表的狀態(tài)。對(duì)于共享設(shè)備的回收，需要將其放入空閑設(shè)備隊(duì)列中，等待其他進(jìn)程申請(qǐng)使用。設(shè)備回收的過程與處理對(duì)于獨(dú)占設(shè)備的回收，需要判斷是否有其他進(jìn)程在等待使用該設(shè)備，若有則根據(jù)一定的策略選擇一個(gè)等待進(jìn)程為其分配設(shè)備。在設(shè)備回收過程中，需要注意處理可能出現(xiàn)的異常情況，如設(shè)備故障、進(jìn)程異常結(jié)束等。242024/3/2305設(shè)備控制與處理252024/3/23輪詢方式CPU定時(shí)查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)，簡單但效率低。中斷方式設(shè)備完成后主動(dòng)通知CPU，效率高但需額外的中斷處理機(jī)制。DMA方式主存與設(shè)備間直接傳輸數(shù)據(jù)，減輕CPU負(fù)擔(dān)，但需更復(fù)雜的硬件支持。設(shè)備控制的方式與特點(diǎn)262024/3/23識(shí)別設(shè)備通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序識(shí)別連接的特定設(shè)備。設(shè)備初始化對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的初始化操作，如設(shè)置參數(shù)、啟動(dòng)設(shè)備等。數(shù)據(jù)傳輸控制管理設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括數(shù)據(jù)的讀寫、緩沖等。設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，處理異常情況如設(shè)備故障、數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤等。設(shè)備控制的處理過程272024/3/23中斷請(qǐng)求CPU響應(yīng)中斷，保存現(xiàn)場(chǎng)并轉(zhuǎn)入中斷處理程序。中斷響應(yīng)中斷處理中斷返回01020403恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回原程序繼續(xù)執(zhí)行。設(shè)備在需要CPU服務(wù)時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求。執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，完成設(shè)備服務(wù)。設(shè)備中斷的處理與響應(yīng)282024/3/2306設(shè)備管理的優(yōu)化與改進(jìn)292024/3/23設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序優(yōu)化通過改進(jìn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，提高設(shè)備訪問效率和穩(wěn)定性。設(shè)備分配策略優(yōu)化根據(jù)設(shè)備特性和應(yīng)用需求，制定合理的設(shè)備分配策略，減少設(shè)備沖突和等待時(shí)間。設(shè)備獨(dú)立性增強(qiáng)提高設(shè)備獨(dú)立性，使應(yīng)用程序與具體設(shè)備無關(guān)，降低程序開發(fā)和維護(hù)成本。設(shè)備管理的優(yōu)化策略與方法030201302024/3/23通過設(shè)備虛擬化技術(shù)，將物理設(shè)備抽象為虛擬設(shè)備，提高設(shè)備利用率和靈活性。設(shè)備虛擬化利用智能算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)測(cè)和診斷，提高系統(tǒng)可靠性。設(shè)備故障預(yù)測(cè)與診斷加強(qiáng)設(shè)備能耗管理，降低系統(tǒng)能耗，提高能源利用效率。設(shè)備能耗管理設(shè)備管理的改進(jìn)方向與措施312024/3/23物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)