1概述

设备是计算机系统与外界交互的工具，具体负责计算机与外部的输入/输出工作，所以常称为外部设备(简称外设)。在计算机系统中，将负责管理设备和输入/输出的机构称为 I/O 系统。因此，I/O系统由设备、控制器、通道 (具有通道的计算机系统)、总线和 I/O 软件组成

设备的分类:

按数据组织分类:块设备、字符设备。

按照设备功能分类:输入设备、输出设备、存储设备、网络联网设备、供电设备等等。

资源分配角度分类:独占设备、共享设备和虚拟设备

数据传输速率分类:低速设备、中速设备、高速设备。

设备管理的任务是保证在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定的策略分配和管理各种设备，控制设备的各种操作，完成I/0 设备与主存之间的数据交换。

设备管理的主要功能是动态地掌握并记录设备的状态、设备分配和释放、缓冲区管理、实现物理I/0 设备的操作、提供设备使用的用户接口及设备的访问和控制。

2 I/O 软件

I/O 设备管理软件的所有层次及每一层功能如下图:

当用户程序试图读一个硬盘文件时，需要通过操作系统实现这一操作。与设备无关软件检查高速缓存中有无要读的数据块，若没有，则调用设备驱动程序，向 /0 硬件发出一个请求。然后，用户进程阻塞并等待磁盘操作的完成。当磁盘操作完成时，硬件产生一个中断，转入中断处理程序。中断处理程序检查中断的原因，认识到这时碰盘读取操作已经完成，于是唤醒用户进程取回从磁盘读取的信息，从而结束此次1/0 请求。用户进程在得到了所需的硬盘文件内容之，后继续运行。

3 虚设备和 SPOOLING技术

台实际的物理设备，例如打印机，在同一时间只能由一个进程使用，其他进程只能等待，且不知道什么时候打印机空闲，此时，极大的浪费了外设的工作效率。

引入 SPOOLING(外围设备联机操作)技术，就是在外设上建立两个数据缓冲区，分别称为输入井和输出井，这样，无论多少进程，都可以共用这一台打印机，只需要将打印命令发出，数据就会排队存储在缓冲区中，打印机会自动按顺序打印，实现了物理外设的共享，使得每个进程都感觉在使用个打印机，这就是物理设备的虚拟化。如下图所示: