数据结构
网络
关系数据库管理系统 (RDBMS)
操作系统
Java
MS Excel
iOS
HTML
CSS
Android
Python
C语言编程
C++
C#
MongoDB
MySQL
Javascript
PHP
物理学
化学
生物学
数学
英语
经济学
心理学
社会学
服装设计
法学操作系统中的设备管理
介绍
设备管理是操作系统的一个重要组成部分，它控制软件应用程序如何与连接到计算机系统的硬件交互。它包括定位、设置、分配和管理对打印机、扫描仪、存储单元和网络接口等设备的访问的过程。设备管理系统通过提供与硬件设备一致且可靠的接口，确保系统软件和应用程序有效地使用硬件设备。它还包括输入/输出控制、错误处理和中断管理。由于设备管理系统，操作系统可以更有效地利用其可用的资源，从而提高计算机系统的整体性能。
设备驱动程序
设备驱动程序是允许操作系统与连接到计算机系统的硬件设备通信的软件程序。设备驱动程序充当操作系统和硬件设备之间的翻译器，为操作系统提供与设备交互的标准接口。
设备驱动程序的功能是促进操作系统和设备硬件之间的通信，并使操作系统能够控制和管理设备。有不同类型的设备驱动程序，旨在处理不同类型的硬件设备。以下是三种常见的设备驱动程序类型：
字符设备驱动程序 - 字符设备驱动程序控制逐字符发送数据的设备。此类设备包括键盘、鼠标、打印机和终端。字符设备驱动程序的工作原理是缓冲从硬件设备接收到的数据，直到操作系统准备好处理它。
块设备驱动程序 - 块设备驱动程序管理以固定大小的块传输数据的设备，例如硬盘驱动器和固态驱动器。块设备提供对数据的随机访问，允许按任何顺序检索数据，而不是顺序读取。块设备驱动程序提供文件系统访问设备上数据的标准接口，并控制操作系统和块设备之间的数据流。
网络设备驱动程序 - 网络设备驱动程序用于管理网络接口设备，例如以太网卡和Wi-Fi适配器。网络设备驱动程序使操作系统能够与网络上的其他设备通信。这些驱动程序负责处理从网络接收的数据包，以及向其他设备发送数据包。
设备管理架构
设备管理可以在操作系统的内核级和用户级进行。
内核级 - 在操作系统的最低级别（内核）管理硬件组件称为内核级设备管理。内核级设备管理管理设备驱动程序，并充当硬件和操作系统之间的低级接口。内核级硬件设备控制非常有效，并为用户提供对硬件的直接访问。但是，内核级设备管理可能很危险，因为它具有最高的权限，并且可能影响整个操作系统的稳定性。
用户级 - 用户级设备管理包括在用户级别（内核外部）管理硬件设备。在用户级设备管理中，设备驱动程序在用户空间运行，为内核提供一层保护。用户级设备管理不如内核级设备管理有效，因为它需要更多处理时间和资源。但是，用户级设备管理比内核级设备管理更安全，因为它为操作系统提供了一层保护。
设备分配技术
设备分配技术用于管理在操作系统中将硬件资源（如输入/输出 (I/O) 设备）分配给不同进程或用户的过程。设备分配主要有两种技术：静态分配和动态分配。
静态分配 - 静态分配是一种在系统启动时将设备分配给进程或用户，并在系统关闭之前保持分配的技术。在静态分配中，操作系统根据预定标准（如优先级、设备类型或用户 ID）将特定设备分配给特定进程或用户。静态分配简单有效，但如果分配给它的进程或用户没有充分利用设备，则会导致资源利用效率低下。
动态分配 - 动态分配是一种根据进程或用户的当前需求临时将设备分配给它们的的技术，并在不再需要时释放它们。动态分配可以更有效地利用资源，因为可以根据需求将设备分配给不同的进程或用户。但是，动态分配需要更复杂的管理算法，增加了复杂性，并增加了进程或用户之间冲突的可能性。
输入/输出控制
I/O 控制是指管理操作系统中输入/输出 (I/O) 操作的过程。I/O 控制的主要功能是协调中央处理器 (CPU) 和I/O 设备（如键盘、鼠标、打印机和磁盘驱动器）之间的数据流。I/O 控制负责控制对这些设备的访问，并为不同类型的设备提供统一的接口。I/O 控制主要有两种类型：程序I/O和直接内存访问 (DMA)。
程序I/O - 程序I/O是最基本的I/O控制类型，其中CPU负责管理I/O操作的所有方面。在程序I/O中，CPU向设备发送命令以启动I/O操作，等待设备完成操作，然后从设备检索数据。此过程需要大量的CPU开销，可能速度慢且效率低。
直接内存访问 (DMA) - 直接内存访问 (DMA) 是一种更高级的I/O控制类型，它允许在内存和I/O设备之间直接传输数据，而无需CPU干预。在DMA中，使用DMA控制器来管理I/O设备和内存之间的数据传输。CPU使用适当的参数设置DMA控制器，然后在DMA控制器执行传输时释放对系统的控制。传输完成后，DMA控制器生成中断以向CPU发出信号以检索数据。
还有各种技术可以提高I/O操作的性能。缓冲和缓存就是其中之一。
缓冲 - 它是将正在I/O设备和内存之间传输的数据临时存储在缓冲区中的过程。缓冲区用于通过允许I/O操作在CPU执行其他任务时继续进行来提高性能。启动I/O操作时，数据将传输到缓冲区，并且在传输数据时，CPU可以继续执行其他指令。数据传输完成后，CPU可以随时从缓冲区检索数据。缓冲可以在硬件或软件中实现，并且通常用于文件系统和网络协议。
缓存 - 它是将经常访问的数据存储在缓存中以提高性能的过程。缓存是一小部分内存，用于存储最近访问的数据。启动I/O操作时，数据将从缓存而不是磁盘或其他I/O设备中检索。这可以显著提高I/O操作的性能，因为从内存访问数据比从I/O设备访问数据快得多。缓存通常用于文件系统、Web浏览器和数据库系统。
结论
设备管理是操作系统架构的一个重要组成部分，因为它控制着计算机硬件和软件之间的接口。操作系统使用多种技术分配和管理硬件设备，并使用设备驱动程序与这些设备进行交互。两种主要的设备驱动程序类型是字符驱动程序和块驱动程序，而网络驱动程序用于控制网络接口。
6K+ 浏览量
