操作系统考研资料：第七章 外围设备管理

第7章设备管理

7.1例题解析

例7.2.1何谓虚拟设备？请说明SPOOLing系统是如何实现虚拟设备的。

解本题的考核要点是虚拟设备的实现方法。

虚拟设备是指利用软件方法，比如SPOOLing系统，把独享设备分割为若干台逻辑

上的独占的设备，使用户感受到系统有出若干独占设备在运行。当然，系统中至少一台

拥有物理设备，这是虚拟设备技术的基础。

SPOOLing系统又称"假脱机I/O系统"，其中心思想是，让共享的、高速的、大容

量外存储器（比如，磁盘）来模拟若干台独占设备，使系统中的一台或少数几台独占设

备变成多台可并行使用的虚拟设备。

SPOOLing系统主要管理外存上的输入井和输出井，以及内存中的输入缓冲区和输

出缓冲区。其管理进程主要有输入和输出进程，负责将输入数据装入到输入井，或者将

输出井的数据送出。它的特点是：提高了I/O操作的速度；将独占设备改造为共享设

备；实现了虚拟设备功能。

例7.2.2有关设备管理要领的下列叙述中,（）是不正确的。

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A.通道是处理输入、输出的软件

B.所有外围设备都由系统统一来管理

C.来自通道的I/O中断事件由设备管理负责处理

D.编制好的通道程序是存放在主存贮器中的

E.由用户给出的设备编号是设备的绝对号

解本题的考核要点是设备管理的基本概念。

(1)通道是计算机上配置的一种专门用于输入输出的设备，是硬件的组成部分。因此

A是错误的。

(2)目前常见I/O系统其外部设备的驱动和输入输出都由系统统一管理。因此B是对

的。

(3)设备管理模块中的底层软件中配有专门处理设备中断的处理程序。通道中断属于

设备中断的一种。因此C是对的。

(4)通道设备自身只配有一个简单的处理装置(CPU),并不配有存储器，它所运行

的通道程序全部来自内存。因此D是对的。

(5)系统在初启时为每台物理设备赋予一个绝对号，设备绝对号是相互独立的。由用

户给出的设备号只能是逻辑编号,由系统将逻辑号映射为绝对号。因此E是错误的。

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。112

例7.2.3在关于SPOOUNG的叙述中，描述是不正确的。

A.SPOOLING系统中不需要独占设备

B.SPOOUNG系统加快了作业执行的速度

C.SPOOLING系统使独占设备变成共享设备

D.SPOOLING系统利用了处理器与通道并行工作的能力。

本题的考核要点是SPOOLING技术。涉及的概念有4方面：

(1)该项技术应有外存空间作为物质基础，同时应当至少有一台独占设备实现输

入或输出，因此选项A错误。

(2)SPOOLING技术又称"脱机输入输出系统二它将独享设备改造成与共享设

备，使进程避免长期等待I/O操作的完成，因此加快了作业执行的速度。所以说B

是正确的。

(3)SPOOLING技术将外存空间模拟成多台独占设备，功能上看，它将一台独

占设备变成一台共享设备，因而C是对的。

(4)在计算机系统中安装上通道设备，使处理器与通道可以并行工作。这作为一

种硬件配置，与没有通道的系统相比，系统的资源利用率得到提高。不过，无论有

没有配置通道，SPOOLING系统都是可以运行的。因此D是不正确的。

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例7.2.4I/O软件一般分为4个层次，用户层、与设备无关软件层、设备驱动程序

以及中断处理程序。请说明以下各工作是在哪一层完成的？

(1)向设备寄存器写命令；

(2)检查用户是否有权使用设备；

(3)将二进制整数转换成ASCII码以便打印。

解本题的考核要点为设备管理模块的结构。有些系统的结构分为本题所说的4层结

构，而有的系统将设备驱动程序与中断处理程序合并为1层，共分为3层(见汤子瀛

《计算机操作系统》，P221\无论如何划分并不影响本题的回答。

设备驱动程序是设备管理的底层软件，用于控制I/O设备进行具体输入输出操作。

其功能是：

1)将抽象的要求转换为具体的要求；

2)检查用户I/O请求的合法性，了解外设的状态，设置设备的工作方式；

3)向设备发出I/O命令，启动设备，实现I/O.

(1)由于"向设备寄存器写命令"属于直接操作设备控制器的操作，因此属于设备驱

动程序。

(2)用户层软件是用户与设备管理模块的接口，负责解释用户的应用请求，并将这种

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。114

请求转化为具体的输入输出操作。不过，该层软件并不检查用户的访问权限，因此,

"检查用户是否有权使用设备"属于设备驱动程序。

(3)与设备无关软件层软件主要负责将逻辑设备名转换为物理设备，实现设备的分配

和回收，进行缓冲区管理等。"将二进制整数转换成ASCII码以便打印"不属于该层软

件。它应当是将抽象要求转换为具体要求的一部分，所以也属于设备驱动程序。

例7.2.5在缓冲池中有3个队列，分别为空白缓冲队列em,输入缓冲队列in,以

及输出缓冲队列out,过程add_buf(type,numb)和take_buf(type,numb)分

别用来把缓冲区numb插入type队列和从type队列中取出缓冲区numb。

试描述进程从任一缓冲队列得到一个缓冲区的过程get.buf(type,numb)和将一

个缓冲区numb放入缓冲队列的过程put_buf(type,numb\

解设队列type的互斥信号量为S(type),初值为1,设描述资源数目的信号量RS

初值为

(type),n0

信号量的定义及初始化过程，以及get_buf()过程和put_buf()过程的描述如

下：

SemaphoreS(type):=1;

SemaphoreRS(type):=n;/*n为type队列长度*/

PROCEDUREget_buf(type,number)

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BEGIN

P(RS(type));

P(S(type));

Pointerofbuffer(number)=take_buf(type,number)

V(S(type));

END;

PROCEDUREput_buf(type,number)

BEGIN

P(S(type));

add_buf(type,number)

V(S(type));

V(RS(type));

ENDO

例7.7描述操作系统中使用公用缓冲池时数据块插入缓冲队列的输入过程。

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帝

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本题考核的要点是缓冲池技术。缓冲池由多个缓冲区组成，其中每个缓冲区包括缓

冲区首部和缓冲体两部分。系统通过操作缓冲池首部，实现对缓冲区的管理。

解通常，缓冲池中有3个队列：em队列(空白缓冲区队列\in队列(装满输入

数据的缓冲区队列｝out队列(装满输出数据的缓冲区队列\

令参数type表示缓冲队列类型，number表示缓冲区号。缓冲池管理中负责数据输

入的过程可包括：

(1)过程get_buf(type,number):以某种选取规则从type指定的缓

冲区队列中摘取一个缓冲区number.

(2)过程put_buf(type,number):将number缓冲区程将缓冲区放

入相应缓冲区队列。

使用上述操作，输入过程可被描述如下：

(1)输入进程调用过程get_buf(em,number)从空白缓冲区队列em中取出

一个缓冲区，返回的号码为。将该空白缓冲区命名为

numberhin0

(2)将输入的数据装入缓冲区hin,当hin中装满了由输入设备输入的数据之

后，系统调用过程put_buf(in,hin)将该缓冲区插入输入缓冲队列in中。

例7.8逻辑设备表(LUT)的主要功能是()和(X设备驱动程序是一种低级

的系统例程，它通常分为()和()两个部分。

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本题的考核要点是设备管理的基本概念。涉及的内容有：

设备管理的功能之一是，将用户输入的逻辑设备名映射为系统内的物理设备。可使

系统在设备分配中更灵活，设备管理更具独立性。在多用户系统中，LUT是系统为每个

进程配置的一种数据结构。该结构被保存到进程的PCB中，内含两个域：逻辑设备名和

指向系统设备的指针。因此，该问题的正确答案应为：（实现逻辑设备到物理设备的映

射）和（实现设备独立性X

②.设备驱动程序是设备管理的底层软件，用于控制I/O设备进行具体输入输出操

作。止的卜，当输入输出操作完成时，产生的外中断信号由系统予以响应，转入设备中断

处理程序，根据操作的状态进行相应的处理。因此正确答案应为：

控制I/O设备进行具体输入输出操作程序、设备中断处理程序

例7.9（论述题）试给出两种I/O调度算法，并说明为什么I/O调度中不能采用时间片

轮转法。

本题的考核要点是I/O调度算法。两种常用的I/O调度算法是：

①.先来先服务算法。当系统中多个进程对同一I/O设备提出输入输出请求时，该

算法把它们按请求顺序排成一个等待队列，并将该I/O设备分配给队列中的第一个进

程。

②.优先权高者优先算法。当系统中多个进程对同一I/O设备提出输入输出请求

时，该算法把它们按优先权由高到低的顺序排成一个等待队列。并将该I/O设备分配给

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。118

队列中的第一个进程(其优先权最高1

时间片轮转算法是不能用于I/O调度中的。因为在I/O操作中，大部分外部设备都

是独占设备，其固有属性决定了设备只能独占使用，不能共享使用。这种设备一旦被某

进程占用，直到使用完才能被释放。而且在通道程序控制的输入输出系统中，通道程序

的执行是不受中断影响的。时间片中断信号并不能中断通道程序的操作。所以I/O调度

中不能采用时间片轮转法。

例7.10某操作系统采用双缓冲传送磁盘上的数据。设从磁盘将数据传送到缓冲区所用时

间为T1,将缓冲区中数据传送到用户区所用时间为T2(假设T2<<T1),CPU处理数

据所用时间为T3,则处理该数据，系统所用总时间为(1

(A)T1+T2+T3(B)MAX(T2,T3)+T1

(C)MAX(T1,T3)+T2(D)MAX(T1,T3)

分析：系统采用双缓冲传送某磁盘数据时：

①.如果T3>T1,即CPU处理数据快，数据传送慢。此时意味着I/O设备可连续输

入，磁盘将数据传送到缓和冲区，再传送到用户区，与CPU处理数据可视为并行处理。

时间的花费取决于CPU最大花费时间，则系统的用总时间为T3。

②.如果T3<T1,即CPU处理数据比数据传送快，此时CPU不必等待I/O设备，

磁盘将数据传送到缓冲区，与缓冲区中数据传送到用户区，及CPU处理数据，二者可视

为并行执行，则花费时间取决于磁盘将数据传送到缓冲区所用时间T1.

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答案应为Do

例7.11下面是一段简单的通道程序，则四个选项中叙述

不正确的是（工

计内存

操作PR

数地址

WRITE0190743

WRITE01100250

READ012301200

WRITE00120400

WRITE01120350

干里之行始于足下

READ11702000

(A)该段通道程序包括六条、两类通道指令

(B)这些指令涉及的数据内存地址有相邻接的

地方

(C)该段通道程序共处理了5条记录

(D)单记录最大为230个字节

本题考核的是通道程序的功能。涉及的概念有：

①.每一行就是一条指令；该段通道程序的6条指令可分为WRITE和READ两类通

道指令。

①.在6条指令中，第2条和第5条指令访问的内存地址是邻接的。

②.在通道指令中，域R是记录的结束标志。R=0表明本通道指令与下一条通道指

令处理的数据属于同一条记录；R=1表明本指令处理完数据后，记录就结束

了。因此上面的程序涉及5条记录。

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③.程序中的第4条指令和第5条指令共同处理一条记录，即第4条记录。记录的

长度为240（120+120）字节。

答案应为D.

例7.12（填空题）进行设备分配时所需的数据表格主要有（X（X（）和（）等。

本题的考核要点是设备分配中使用的数据结构。主要包括：

・设备控制表（UC或DCB）:记录设备的使用情况。主要有设备类型、设备

标识符、设备状态、出错后的重复执行次数、控制器表指针，及其他信

息。

・控制器控制表（CC或COCB）:记录控制器的使用情况。主要有控制器标

识符、控制器状态、通道控制表指针，及其他信息。

・通道控制表（CH或CHCB）:记录通道的使用情况。主要有通道标识符、

通道状态、控制器控制表指针，及其他信息。

・系统设备表（SDT）:这是系统范围内的数据结构，记录全部设备的使用情

况。主要有设备类型、设备标识符、设备控制表指针、设备驱动程序入口

等。

上述前3个表的组织结构如下图所示。

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7卅

。122

设

备

控

制

表

格

U用

时，CP

中断

式，设

制方

O控

驱动I/

中断

采用

统中，

操作系

题)某

填空

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例7.

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00HZ

率为1

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求，其

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X

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利用

PU的

则，C

90%

(B)

60%

(A)

70%

(D)

80%

(C)

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中断频

先根据

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时CP

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中断

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0.01

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利用

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此CP

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计算

0%

ms=9

s/10

p=l-lm

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例7.14（问答题）某操作系统中采用单缓冲传送磁盘数据。设从磁盘将数据传送到缓冲

区所用时间为T1,将缓冲区数据传送到用户区所用时间为T2,CPU处理数据所用时间

为T3。问系统处理该数据所用总时间为多少？。

本题考核的要点是系统利用单缓冲区进行数据输入的原理。在单缓冲区情况下，磁

盘X各数据传送到缓冲区的操作，与CPU处理数据可视为并行操作。处理过程见下图。

外存

当第一个数据块从外存输入缓冲区，并将缓冲区数据送入用户区后，第二个数据块从外

存输入缓冲区的操作就可以与CPU运行用户区的程序操作并行操作。见下图。

从图中可以看出，处理一个数据块的时间可以估算为MAX（Tl,T3）+T2。

例7.15（填空题）利用通道实现了（）之间数据的快速传输。

干里之行始于足下

(A)CPU和外设(B)内存和CPU

(C)内存和外设(D)外设和外设

本题的考核要点是通道的作用。涉及的概念有：

①.计算机系统中设置通道设备，是为了使一些原来由CPU处理的输入输出操作转

给通道，由通道来完成。这样一来可以按CPU从繁杂的输入输出操作中解脱出来。设有

通道的硬件结构为：

②.通道设备与CPU之间的连接实现的是接收CPU来的参数设置、启动外设的命

令，及向CPU报告操作状态等。通道设备与内存之间的连接，主要实现内存和外设之间

的数据快速传输。另外，通道与内存的连接还在于通道设备本身没有自己的内存，它所

执行的通道程序必须来自于内存中。

例7.16(填空题)设备驱动程序是系统提供的一种通道程序，它专门用于在请求I/O的

进程与设备控制器之间传输信息。下面的选项中不是设备驱动程序功能的是(X

(A)检/用户I/O请求的合法性