设备独立性软件

1、设备独立性的概念

—- 为了提高OS的可适应性和可扩展性，在现代OS中都毫无例外地实现了设备独立性（Device Independence），也称为设备无关性。

—- 其基本含义是：应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备这两个概念。

—- 在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。

因此，系统需具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能，这非常类似于存储器管理中介绍的逻辑地址和物理地址的概念。

—- 在应用程序中所使用的是逻辑地址，而系统在分配和使用内存时，必须使用物理地址。

在实现了设备独立性的功能后，可带来以下两方面的好处。

1）设备分配时的灵活性

当应用程序（进程）以物理设备名称来请求使用指定的某台设备时，如果该设备已经分配给其他进程或正在检修，而此时尽管还有几台其它

的相同设备正在空闲，该进程却仍阻塞。但若进程能以逻辑设备名称来请求某类设备时，系统可立即将该类设备中的任一台分配给进程，仅

当所有此类设备已全部分配完毕时，进程才会阻塞。

2）易于实现I/O重定向

所谓I/O重定向，是指用于I/O操作的设备可以更换（即重定向），而不必改变应用程序。例如，我们在调试一个应用程序时，可将程序的所有

输出送往屏幕显示；而在程序调试完后，如需正式将程序的运行结果打印出来，此时便需将I/O重定向的数据结构—逻辑设备表中的显示终端

改为打印机，而不必修改应用程序。

2、设备独立性软件

—- 驱动程序是一个与硬件（或设备）紧密相关的软件。为了实现设备独立性，必须再在驱动程序之上设置一层软件，称为设备独立性软件。

至于设备独立性软件和设备驱动程序之间的界限，根据不同的操作系统和设备有所差异，主要取决于操作系统、设备独立性和设备驱动程序

的运行效率等多方面因素的权衡，因为对于一些本应由设备独立性软件实现的功能，可能由于效率等诸多因素，实际上设计在设备驱动程序

中。总的来说，设备独立性软件的主要功能可分为以下两个方面：

—– 执行所有设备的公有操作。这些公有操作包括：

— 1）对独立设备的分配与回收

— 2）将逻辑设备名映射为物理设备名，进一步可以找到相应物理设备的驱动程序。

— 3）对设备进行保护，禁止用户直接访问设备。

— 4）缓冲管理，即对字符设备和块设备的缓冲区进行有效的管理，以提高I/O的效率。

— 5）差错控制，由于在I/O操作中的绝大多数错误都与设备无关，故主要由设备驱动程序处理，而设备独立性软件只处理那些设备驱动程序

无法处理的错误。

— 6）提供独立于设备的逻辑块，不同类型的设备信息交换单位是不同的，读取和传输速率也各不相同。如字符型设备以单个字符为单位，

块设备是以一个数据块为单位，即使同一类型的设备，其信息交换单位大小也是有差异的，如不同磁盘由于扇区大小的不同，可能造成数据块

大小的不一致，因此设备独立性软件应负责隐藏这些差异，对逻辑设备使用并向高层软件提供大小统一的逻辑数据块。

—– 向用户层（或文件层）软件提供统一接口。无论何种设备，它们向用户所提供的接口应该是相同的。

例如，对各种设备的读操作，在应用程序中都使用read；而对各种设备的写操作，也都使用write。

3、逻辑设备名到物理设备名映射的实现

— 1）逻辑设备表

为了实现设备的独立性，系统必须设置一张逻辑设备表（LUT，Logical Unit Table），用于将应用程序中所使用的逻辑设备名映射为物理设备名。

在该表的每个表目中包含了三项：逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序的入口地址。当进程用逻辑设备名请求分配I/O设备时，系统为它

分配相应的物理设备，并在LUT上建立一个表目，填上应用程序中使用的逻辑设备名和系统分配的物理设备名，以及该设备驱动程序的入口地址。

当以后进程再利用该逻辑设备名请求I/O操作时，系统通过查找LUT，便可找到物理设备和驱动程序。

— 2）LUT的设置问题

LUT的设置可采取两种方式：第一种方式是在整个系统中只设置一张LUT。

由于系统中所有进程的设备分配情况都记录在同一张LUT中，因而不允许在LUT中具有相同的逻辑设备名，这就要求所有用户都不使用相同的

逻辑设备名。在多用户环境下这通常是难以做到的，因而这种方式主要用于单用户系统中。

第二种方式是为每个用户设置一张LUT。每当用户登录时，便为该用户建立一个进程，同时也为之建立一张LUT，并将该表放入进程的PCB中。