【操作系统】设备管理

    操作系统的设备管理这块，很大的精力都是为了缩短时间，提高效率吧。因为一旦涉及到这些外围设备，最大的特征就是慢腾腾。CPU一秒钟把一篇word处理完了，打印出来试试；CPU就想读某一条数据，从硬盘读出来试试。总之，对于外围设备，总有一个话题就是，再快一点。

1.磁盘驱动调度——从硬盘上快速的找到数据

    

    我们常常需要从硬盘上找到需要的数据，而找到这个数据就需要三个参数：柱面号、磁头号、扇区号。磁头号可以直接选择，而找到具体是哪个柱面就需要移臂调度，来找到是哪条磁道，再通过旋转调度，来找到是哪个扇区。

    所以，物理上耗费时间的就是移臂和旋转。下面，就来阐述如何快速的进行这两个调度。 

• 移臂调度：就是在磁盘上纵向寻找磁道的调度。我们所谓的寻找具体的柱面号，就是在找具体的磁道，那个数据所在的那个圆圈。单从这个机械臂的角度来看，它的世界只是上下移动。而它的任务就是快速移动到我们要的那个磁道位置，然后通过磁盘在下面的自动旋转，磁头就可以读具体磁道上的数据，很像老式唱片机的感觉。而怎么移动机械臂可以达到效率最高呢？这里就涉及三个算法
• 具体算法：如果访问磁道6、10、 2 （1）先来先服务算法：6-10-2，就是哪个先请求就访问那一个；（2）电梯调度算法：6-2-10，就是沿臂的方向访问，一般是向小号走，走到头后返回；（3）最短时间算法：就看看当前的位置，距离哪个最近就访问哪个就好了。

• 旋转调度：就是在旋转中的磁盘上寻找自己想要的扇区。可是磁盘一直在旋转，我们每读一个扇区之后需要时间处理，等我们想读第二个扇区的时候，早转跑了，所以我们不得不再度寻找第二块扇区在哪。当然，通过旋转调度就可以解决这个问题，我们在处理完数据之后，磁头能够反应的时候，把第二块就安排在那里就好了。这就是旋转调度，重新分配扇区的位置，使每读完一块之后，下一次读的时候该扇区就在它的面前。

2.缓冲技术——CPU还是不想等你们这些慢腾腾的外设

    

    即使外设都想尽各种办法提高自己的处理速度，不断优化自己工作方式，提高自己的效率。但是，你本身的物理属性就决定你永远都不能和CPU是一个能量级的。即使像硬盘那样，创造出了各种调度方式，但是除非你产生质的变化，物理现实世界出现了革命性的新技术，彻底的改变了你，你才有可能跟上CPU的节奏。不过，现实是，CPU同样在发展，外设看起来总是慢一步。

    所以，硬件上突破不了，我们就引入新的技术，缓冲技术 → 在主存储器上开设缓冲区

• 单缓冲：拿读硬盘数据为例，硬盘读的慢不是吗？在CPU处理数据的时候，硬盘就继续读啊，读到缓冲区里，然后CPU处理完之后就直接处理新的数据。
• 存在的问题：CPU读缓冲区的时候，硬盘也是无法工作的，因为缓冲区没有腾出来；而且，只能输入或者输出，每次做一件事

• 双缓冲：此技术可以解决单缓冲的问题，当CPU读第一缓冲区的时候，硬盘可以继续像第二缓冲区读数据。同时，该技术也可以解决输入输出并行问题。
• 存在的问题：有的数据需要短时间内重复使用，但是现在需要每次都重新读入

• 缓冲池：此技术可以解决双缓冲的问题，通过开辟一组缓冲区，每次需要数据的时候检测一下该数据是否在缓冲池内，这样，就可以减少启动磁盘的次数，提高文件传输速度。

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   举个生活中的小例子，一天我在家修理板凳，我的小乌龟帮我。最开始是要什么去仓库给我拿什么；然后改进为我工作的时候，可以继续拿下一个需要的工具放在手边（单缓冲）；接着说用完的放左手边，要用的放右手边（双缓冲）；最后发现有些工具太常用了，干脆整一个工作台吧，把一些常用数据就放上面，省的一次次取（缓冲池）。

总结

    

    当然这里还有通道技术和虚拟设备技术，比较简单就不再赘述了。

    其实我们可以看出来在设备管理这块，主要解决的问题还是速度，关于效率，在计算机里是个永恒的话题啊，尤其在慢悠悠的外设这，更是上升为主要矛盾了。所以，各个硬件就是不断优化自己的工作方式，同时内部也不是一味的等待，通过自己的内部协调，创造出缓冲技术用来弥补外设的不足。

    总之，还是那句话，遇到问题，解决问题。我们现在看到的一个个技术都是那时候前辈们解决问题的卓越方案。