設備管理概述

設備管理是操作系統中最繁雜、與硬件關系緊密的部分。
設備可以按照數據組織、資源分配、數據傳輸率分類。

• 數據組織：分為塊設備（ex. 磁盤）、字符設備(ex. 打印機)。
• 資源分配：獨占設備（ex. 打印機）、共享設備（ex. 磁盤）、虛擬設備（假脫機技術使一臺變多臺）。
• 數據傳輸率：低速設備(ex. 鍵盤）、中速設備（ex. 打印機）、高速設備（ex. 磁盤機）。

設備管理的目標：提高設備利用率，為用戶提供方便統一的界面。
設備管理的任務：多進程競爭設備時，分配和管理各設備。具體的，記錄設備狀態、分配和釋放設備、管理緩沖區、實現物理I/O設備操作、提供用戶接口、設備訪問與控制。

設備管理技術

設備管理技術包括通道、DMA（直接內存存取）、緩沖和spooling技術（假脫機技術）。

• 通道技術：讓數據的傳輸獨立于CPU。
• DMA技術：實現數據在內存和I/O設備間的塊傳送，提高傳送效率。
• 緩沖技術：緩和CPU與I/O速讀不匹配的矛盾，讓外設盡可能處于忙狀態。
• spooling技術：使用一類物理設備模擬另一類物理設備，使獨占設備變成多臺虛擬設備。

spooling系統中包含程序和數據兩大塊。spooling系統記錄作業表（登記所有作業名、狀態、預輸入表位置），每個作業記錄各自的預輸入表（登記該作業各文件情況）。
作業通過輸入設備，被預輸入程序捕捉，將作業信息裝入輸入井。經過作業調度程序，某個作業進入可運行狀態，通過井管理程序，從輸入井獲取輸入信息，并執行作業。作業執行完畢后，通過井管理程序，將輸出結果放入輸出井。輸出井中的結果信息，經過緩輸出程序，傳送到輸出設備上。

磁盤調度

磁盤是很多盤片堆疊而成的，磁盤的調度主要分移臂調度和旋轉調度。
移臂調度確定移動臂在盤片縱向的位置，如圖中紅色箭頭方向所示。
由于磁盤訪問最耗時的是移臂尋道，有很多移臂調度算法，用于縮短平均尋道時間，包括先來先服務（FCFS），最短尋道時間優先（SSTF），掃描算法（SCAN)，單向掃描算法(CSCAN)。這些算法都是用于決定移動臂的移動方向的。

• 先來先服務：哪個進程先提出請求，移動臂就先去對應的磁道。
• 最短尋道時間優先：先訪問離當前磁頭最近的磁道。
• 掃描算法：從內向外，再從外向內不斷掃描，也叫電梯調度算法。
• 單向掃描算法：磁頭只做單一方向的移動，到頭后立刻回到起點。

旋轉調度是移動臂定位后，確定不同進程訪問柱面的順序。

• 訪問不同編號扇區：先到達磁頭下方的扇區先做數據傳輸。
• 訪問不同磁道相同編號扇區：任意磁頭下的扇區先做數據傳輸。