======第五章设备管理======(2)https://developer.aliyun.com/article/1415857
5.4
/O 软件
5.4.1 I/O 软件的设计目标和原则
1) 与具体设备无关
对于 I/O 系统中许多种类不同的设备，作为程序员，只需要知道如何使用这些资源来完 成所需要的操作，而无需了解设备的有关具体实现细节。
为了提高 OS 的可移植性和易适应性，I/O 软件应负责屏蔽设备的具体细节，向高层软件提供抽象的逻辑设备，并完成逻辑设备与具体物理设备的映射。
对于操作系统本身而言，应允许在不需要将整个操作系统进行重新编译的情况下，增添新的设备驱动程序，以方便新的 I/O 设备的安装。如在 Windows 中，系统可以为新 I/O 设备自动安装和寻找驱动程序，从而实现即插即用。
2) 统一命名
要实现上述的设备无关性，其中一项重要的工作就是如何给 I/O 设备命名。不同的操作 系统有不同的命名规则，一般而言，是在系统中对各类设备采取预先设计的、统一的逻辑 名称进行命名，所有软件都以逻辑名称访问设备。这种统一命名与具体设备无关，换言之， 同一个逻辑设备的名称，在不同的情况下可能对应于不同的物理设备。
3) 对错误的处理
对于错误的处理，应该尽可能在接近硬件的层面处理，在低层软件能够解决的错误就不让高层软件感知，只有低层软件解决不了的错误才通知高层软件解决。许多情况下，错误恢复可以在低层得到解决，而高层软件 不需要知道。
4) 缓冲技术
由于 CPU 与设备之间的速度差异，无论是块设备还是字符设备，都需要使用缓冲技术。 对于不同类型的设备，其缓冲区(块)的大小是不一样的，块设备的缓冲是以数据块为单位的， 而字符设备的缓冲则以字节为单位。就是同类型的设备，其缓冲区(块)的大小也是存在差异 的，如不同的磁盘，其扇区的大小有可能不同。因此，I/O 软件应能屏蔽这种差异，向高层 软件提供统一大小的数据块或字符单元，使得高层软件能够只与逻辑块大小一致的抽象设 备进行交互。
5) 设备的分配和释放
对于系统中的共享设备，如磁盘等，可以同时为多个用户服务。对于这样的设备，应 该允许多个进程同时对其提出 I/O 请求。但对于独占设备，对其分配和释放的不当，将引起混乱，甚至死锁。对于独占设备 和共享设备带来的许多问题，I/O 软件必须能够同时进行妥善的解决。
6) I/O 控制方式
针对具有不同传输速率的设备，综合系统效率和系统代价等因素，合理选择 I/O 控制方 式，如像打印机等低速设备应采用中断驱动方式，而对磁盘等高速设备则采用 DMA 控制方 式等，以提高系统的利用率。为方便用户，I/O 软件也应屏蔽这种差异，向高层软件提供统 一的操作接口。
综上所述，I/O 软件涉及的面非常宽，往下与硬件有着密切的关系，往上又与用户直接 交互，它与进程管理、存储器、文件管理等都存在着一定的联系，即它们都可能需要 I/O 软 件来实现 I/O 操作。为使十分复杂的 I/O 软件能具有清晰的结构，更好的可移植性和易适应 性，目前在 I/O 软件中已普遍采用了层次式结构，将系统中的设备操作和管理软件分为若干个层次，每一层都利用其下层提供的服务，完成输入、输出功能中的某些子功能，并屏蔽 这些功能实现的细节，向高层提供服务。 在层次式结构的 I/O 软件中，只要层次间的接口不变，对每个层次中的软件进行的修改 都不会引起其下层或高层代码的变更，仅最低层才会涉及到硬件的具体特性。通常把 I/O 软 件组织成四个层次，如图 5-16 所示(图中的箭头表示 I/O 的控制流)。各层次及其功能如下 所述：
(1) 用户层软件：实现与用户交互的接口，用户可直接调用在用户层提供的、与 I/O 操 作有关的库函数，对设备进行操作。
(2) 设备独立性软件：负责实现与设备驱动器的统一接口、设备命名、设备的保护以及 设备的分配与释放等，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。
(3) 设备驱动程序：与硬件直接相关，负责具体实现系统对设备发出的操作指令， 驱动I/O设备工作的驱动程序。
(4) 中断处理程序：用于保存被中断进程的 CPU 环境，转入相应的中断处理程序进行 处理，处理完后再恢复被中断进程的现场后返回到被中断进程。
例如，当一个用户进程试图从文件中读一个数据块时，需要通过系统调用以取得操作 系统的服务来完成，设备独立性软件接收到请求后，首先在高速缓存中查找相应的页面， 如果没有，则调用设备驱动程序向硬件发出一个请求，并由驱动程序负责从磁盘读取目标 数据块。当磁盘操作完成后，由硬件产生一个中断，并转入中断处理程序，检查中断原因， 提取设备状态，转入相应的设备驱动程序，唤醒用户进程以及结束此次 I/O 请求，继续用户 进程的运行。
实际上，在不同的操作系统中，这种层次的划分并不是固定的，主要是随系统具体情 况的不同，而在层次的划分以及各层的功能和接口上存在一定的差异。下面我们将从低到 高地对每个层次进行讨论。
5.4.2 中断处理程序
唤醒被阻塞的驱动（程序）进程
当中断处理程序开始执行时，首先去唤醒处于阻塞状态的驱动(程序)进程。如果是采用 了信号量机制，则可通过执行 signal 操作，将处于阻塞状态的驱动(程序)进程唤醒；在采用 信号机制时，将发送一信号给阻塞进程。
保护被中断进程的 CPU 环境
通常由硬件自动将处理机状态字 PSW 和程序计数器(PC)中的内容，保存在中断保留区 (栈)中，然后把被中断进程的 CPU 现场信息(即包括所有的 CPU 寄存器，如通用寄存器、段 寄存器等内容)都压入中断栈中，因为在中断处理时可能会用到这些寄存器。图 5-17 给出了 一个简单的保护中断现场的示意图。该程序是指令在 N 位置时被中断的，程序计数器中的 内容为 N+1，所有寄存器的内容都被保留在栈中。
转入相应的设备处理程序
由处理机对各个中断源进行测试，以确定引起本次中断的 I/O 设备，并发送一应答信号给发出中断请求的进程，使之消除该中断请求信号，然后将相应的设备中断处理程序的入 口地址装入到程序计数器中，使处理机转向中断处理程序。
中断处理
对于不同的设备，有不同的中断处理程序。该程序首先从设备控制器中读出设备状态， 以判别本次中断是正常完成中断，还是异常结束中断。若是前者，中断程序便进行结束处 理；若还有命令，可再向控制器发送新的命令，进行新一轮的数据传送。若是异常结束中断，则根据发生异常的原因做相应的处理。
恢复被中断进程的现场
当中断处理完成以后，便可将保存在中断栈中的被中断进程的现场信息取出，并装入 到相应的寄存器中，其中包括该程序下一次要执行的指令的地址 N+1、处理机状态字 PSW， 以及各通用寄存器和段寄存器的内容。这样，当处理机再执行本程序时，便从 N+1 处开始， 最终返回到被中断的程序。
I/O 操作完成后，驱动程序必须检查本次 I/O 操作中是否发生了错误，并向上层软件报 告，最终向调用者报告本次 I/O 的执行情况。除了上述的第 4 步外，其它各步骤对所有 I/O 设备都是相同的，因而对于某种操作系统，例如 UNIX 系统，是把这些共同的部分集中 起来，形成中断总控程序。每当要进行中断处理时，都要首先进入中断总控程序。而对于 第 4 步，则对不同设备须采用不同的设备中断处理程序继续执行。图 5-18 示出了中断处 理流程。
5.4.3 设备驱动程序
设备驱动程序的功能
(1) 接收由设备独立性软件发来的命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要 求，例如，将磁盘块号转换为磁盘的盘面、磁道号及扇区号。
(2) 检查用户 I/O 请求的合法性，了解 I/O 设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。
(3) 发出 I/O 命令。如果设备空闲，便立即启动 I/O 设备去完成指定的 I/O 操作；如果 设备处于忙碌状态，则将请求者的请求块挂在设备队列上等待。
(4) 及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理 程序进行处理。
(5) 对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的 I/O 请求，自动地构 成通道程序。
设备处理方式
(1) 为每一类设备设置一个进程，专门用于执行这类设备的 I/O 操作。比如，为所有的 交互式终端设置一个交互式终端进程；又如，为同一类型的打印机设置一个打印进程。
(2) 在整个系统中设置一个 I/O 进程，专门用于执行系统中所有各类设备的 I/O 操作。 也可以设置一个输入进程和一个输出进程， 分别处理系统中所有各类设备的输入或输出 操作。
(3) 不设置专门的设备处理进程，而只为各类设备设置相应的设备处理程序(模块)，供 用户进程或系统进程调用。
设备驱动程序的特点
(1) 驱动程序主要是指在请求 I/O 的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序。它 将进程的 I/O 请求经过转换后，传送给控制器；又把控制器中所记录的设备状态和 I/O 操作 完成情况及时地反映给请求 I/O 的进程。
(2) 驱动程序与设备控制器和 I/O 设备的硬件特性紧密相关，因而对不同类型的设备应 配置不同的驱动程序。例如，可以为相同的多个终端设置一个终端驱动程序，但有时即使 是同一类型的设备，由于其生产厂家不同，它们也可能并不完全兼容，此时也须为它们配 置不同的驱动程序。
(3) 驱动程序与 I/O 设备所采用的 I/O 控制方式紧密相关。常用的 I/O 控制方式是中断 驱动和 DMA 方式，这两种方式的驱动程序明显不同，因为后者应按数组方式启动设备及进 行中断处理。
(4) 由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分必须用汇编语言书写。目前有很 多驱动程序的基本部分，已经固化在 ROM 中。
(5) 驱动程序应允许可重入。一个正在运行的驱动程序常会在一次调用完成前被再次调用。例如，网络驱动程序正在处理一个到来的数据包时，另一个数据包可能到达。
(6) 驱动程序不允许系统调用。但是为了满足其与内核其它部分的交互，可以允许对某 些内核过程的调用，如通过调用内核过程来分配和释放内存页面作为缓冲区，以及调用其 它过程来管理 MMU 定时器、DMA 控制器、中断控制器等。
设备驱动程序的处理程序
1) 将抽象要求转换为具体要求
通常在每个设备控制器中都含有若干个寄存器，分别用于暂存命令、数据和参数等。 由于用户及上层软件对设备控制器的具体情况毫无了解，因而只能向它发出抽象的要求(命 令)，但这些命令无法传送给设备控制器。因此，就需要将这些抽象要求转换为具体要求。 例如，将抽象要求中的盘块号转换为磁盘的盘面、 磁道号及扇区。这一转换工作只能由驱 动程序来完成，因为在 OS 中只有驱动程序才同时了解抽象要求和设备控制器中的寄存器情 况；也只有它才知道命令、 数据和参数应分别送往哪个寄存器。
2) 检查 I/O 请求的合法性
对于任何输入设备，都是只能完成一组特定的功能，若该设备不支持这次的 I/O 请求， 则认为这次 I/O 请求非法。例如，用户试图请求从打印机输入数据，显然系统应予以拒绝。 此外，还有些设备如磁盘和终端，它们虽然都是既可读又可写的，但若在打开这些设备时 规定的是读，则用户的写请求必然被拒绝。
3) 读出和检查设备的状态
在启动某个设备进行 I/O 操作时，其前提条件应是该设备正处于空闲状态。因此在启动 设备之前，要从设备控制器的状态寄存器中，读出设备的状态。例如，为了向某设备写入 数据，此前应先检查该设备是否处于接收就绪状态，仅当它处于接收就绪状态时，才能启 动其设备控制器，否则只能等待。
4) 传送必要的参数
对于许多设备，特别是块设备，除必须向其控制器发出启动命令外，还需传送必要的 参数。例如在启动磁盘进行读/写之前，应先将本次要传送的字节数和数据应到达的主存始 址，送入控制器的相应寄存器中。
5) 工作方式的设置
有些设备可具有多种工作方式，典型情况是利用 RS-232 接口进行异步通信。在启动该 接口之前，应先按通信规程设定参数：波特率、奇偶校验方式、停止位数目及数据字节长 度等。
6) 启动 I/O 设备
在完成上述各项准备工作之后，驱动程序可以向控制器中的命令寄存器传送相应的控 制命令。对于字符设备，若发出的是写命令，驱动程序将把一个数据传送给控制器；若发 出的是读命令，则驱动程序等待接收数据，并通过从控制器中的状态寄存器读入状态字的 方法，来确定数据是否到达。
驱动程序发出 I/O 命令后，基本的 I/O 操作是在设备控制器的控制下进行的。通常，I/O 操作所要完成的工作较多，需要一定的时间，如读/写一个盘块中的数据，此时驱动(程序) 进程把自己阻塞起来，直到中断到来时才将它唤醒。
5.4.4 设备独立性软件
设备独立性的概念
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，系统须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 理中所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。
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：
(1) 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。
(2) 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。
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，如图 5-19(a)所示。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。由于通常在多用户系统中，都配置了系统设备表，故此时的逻辑设备表可以采 用图 5-19(b)中的格式。
5.4.5 用户层的 I/O 软件
用户层软件必须通过一组系统调用来取得操作系统服务。在现代的高级语言以及 C 语 言中，通常提供了与各系统调用一一对应的库函数，用户程序通过调用对应的库函数使用 系统调用。这些库函数与调用程序连接在一起，包含在运行时装入在内存的二进制程序中， 如 C 语言中的库函数 write 等，显然这些库函数的集合也是 I/O 系统的组成部分。但在许多 现代操作系统中，系统调用本身已经采用 C 语言编写，并以函数形式提供，所以在使用 C 语言编写的用户程序中，可以直接使用这些系统调用。
5.5 设备分配
5.5.1 设备分配中的数据机构
- 设备控制表（DCT）
系统为每一个设备都配置了一张设备控制表，用于记录本设备的情况，如图 5-20 所示。
设备控制表中，除了有用于指示设备类型的字段 type 和设备标识字段 deviceid 外，还 应含有下列字段：
(1) 设备队列队首指针。凡因请求本设备而未得到满足的进程，其 PCB 都应按照一定 的策略排成一个队列， 称该队列为设备请求队列或简称设备队列。其队首指针指向队首 PCB。在有的系统中还设置了队尾指针。
(2) 设备状态。当设备自身正处于使用状态时，应将设备的忙/闲标志置“1”。若与该 设备相连接的控制器或通道正忙，也不能启动该设备，此时则应将设备的等待标志置“1”。
(3) 与设备连接的控制器表指针。该指针指向该设备所连接的控制器的控制表。在设备 到主机之间具有多条通路的情况下，一个设备将与多个控制器相连接。此时，在 DCT 中还 应设置多个控制器表指针。
(4) 重复执行次数。由于外部设备在传送数据时，较易发生数据传送错误，因而在许多 系统中，如果发生传送错误，并不立即认为传送失败，而是令它重新传送，并由系统规定 设备在工作中发生错误时应重复执行的次数。在重复执行时，若能恢复正常传送，则仍认 为传送成功。仅当屡次失败，致使重复执行次数达到规定值而传送仍不成功时，才认为传 送失败。
控制器控制表、通道控制表和系统设备表
(1) 控制器控制表(COCT)。系统为每一个控制器都设置了一张用于记录本控制器情况 的控制器控制表，如图 5-21(a)所示。
(2) 通道控制表(CHCT)。每个通道都配有一张通道控制表，如图 5-21(b)所示。
(3) 系统设备表(SDT)。这是系统范围的数据结构，其中记录了系统中全部设备的情况。 每个设备占一个表目，其中包括有设备类型、设备标识符、设备控制表及设备驱动程序的 入口等项，如图 5-21©所示。
5.5.2 设备分配时应考虑的因素
为了使系统有条不紊地工作，系统在分配设备时，应考虑这样几个因素: ① 设备的固 有属性；② 设备分配算法；③ 设备分配时的安全性；④ 设备独立性。本小节介绍前三个 问题，下一小节专门介绍设备独立性问题。
设备的固有属性
在分配设备时，首先应考虑与设备分配有关的设备属性。设备的固有属性可分成三种:
第一种是独占性，是指这种设备在一段时间内只允许一个进程独占，此即第二章所说的“临 界资源”；
第二种是共享性，指这种设备允许多个进程同时共享；
第三种是可虚拟设备，指设备本身虽是独占设备，但经过某种技术处理，可以把它改造成虚拟设备。对上述的独占、共享、可虚拟三种设备应采取不同的分配策略。
(1) 独占设备。对于独占设备，应采用独享分配策略，即将一个设备分配给某进程后， 便由该进程独占，直至该进程完成或释放该设备，然后，系统才能再将该设备分配给其他 进程使用。这种分配策略的缺点是，设备得不到充分利用，而且还可能引起死锁。
(2) 共享设备。对于共享设备，可同时分配给多个进程使用，此时须注意对这些进程访 问该设备的先后次序进行合理的调度。
(3) 可虚拟设备。由于可虚拟设备是指一台物理设备在采用虚拟技术后，可变成多台逻辑上的所谓虚拟设备，因而说，一台可虚拟设备是可共享的设备，可以将它同时分配给多 个进程使用，并对这些访问该(物理)设备的先后次序进行控制。
设备分配算法
(1) 先来先服务。当有多个进程对同一设备提出 I/O 请求时，该算法是根据诸进程对某 设备提出请求的先后次序，将这些进程排成一个设备请求队列，设备分配程序总是把设备 首先分配给队首进程。
(2) 优先级高者优先。在进程调度中的这种策略，是优先权高的进程优先获得处理机。 如果对这种高优先权进程所提出的 I/O 请求也赋予高优先权，显然有助于这种进程尽快完 成。在利用该算法形成设备队列时，将优先权高的进程排在设备队列前面，而对于优先级 相同的 I/O 请求，则按先来先服务原则排队。
设备分配中的安全性
1) 安全分配方式
在这种分配方式中，每当进程发出 I/O 请求后，便进入阻塞状态，直到其 I/O 操作完成 时才被唤醒。在采用这种分配策略时，一旦进程已经获得某种设备(资源)后便阻塞，使该进 程不可能再请求任何资源，而在它运行时又不保持任何资源。因此，这种分配方式已经摒 弃了造成死锁的四个必要条件之一的“请求和保持”条件，从而使设备分配是安全的。其 缺点是进程进展缓慢，即 CPU 与 I/O 设备是串行工作的。
2) 不安全分配方式
在这种分配方式中，进程在发出 I/O 请求后仍继续运行，需要时又发出第二个 I/O 请求、 第三个 I/O 请求等。仅当进程所请求的设备已被另一进程占用时，请求进程才进入阻塞状态。 这种分配方式的优点是，一个进程可同时操作多个设备，使进程推进迅速。其缺点是分配 不安全，因为它可能具备“请求和保持”条件，从而可能造成死锁。因此，在设备分配程 序中，还应再增加一个功能，以用于对本次的设备分配是否会发生死锁进行安全性计算， 仅当计算结果说明分配是安全的情况下才进行设备分配。
5.5.3 独占设备分配程序
1) 分配设备
首先根据 I/O 请求中的物理设备名，查找系统设备表(SDT)，从中找出该设备的 DCT， 再根据 DCT 中的设备状态字段，可知该设备是否正忙。若忙，便将请求 I/O 进程的 PCB 挂在设备队列上；否则，便按照一定的算法来计算本次设备分配的安全性。如果不会导 致系统进入不安全状态， 便将设备分配给请求进程；否则， 仍将其 PCB 插入设备等待 队列。
2) 分配控制器
在系统把设备分配给请求 I/O 的进程后，再到其 DCT 中找出与该设备连接的控制器的 COCT，从 COCT 的状态字段中可知该控制器是否忙碌。若忙，便将请求 I/O 进程的 PCB 挂在该控制器的等待队列上；否则，便将该控制器分配给进程。
3) 分配通道
在该 COCT 中又可找到与该控制器连接的通道的 CHCT，再根据 CHCT 内的状态信息， 可知该通道是否忙碌。若忙，便将请求 I/O 的进程挂在该通道的等待队列上；否则，将该通 道分配给进程。只有在设备、 控制器和通道三者都分配成功时，这次的设备分配才算成功。 然后，便可启动该 I/O 设备进行数据传送。
设备分配程序的改进
仔细研究上述基本的设备分配程序后可以发现:
① 进程是以物理设备名来提出 I/O 请 求的；
② 采用的是单通路的 I/O 系统结构，容易产生“瓶颈”现象。
为此，应从以下两方 面对基本的设备分配程序加以改进，以使独占设备的分配程序具有更强的灵活性，并提高分配的成功率。
1) 增加设备的独立性
为了获得设备的独立性，进程应使用逻辑设备名请求 I/O。这样，系统首先从 SDT 中 找出第一个该类设备的 DCT。若该设备忙，又查找第二个该类设备的 DCT，仅当所有该类 设备都忙时，才把进程挂在该类设备的等待队列上；而只要有一个该类设备可用，系统便 进一步计算分配该设备的安全性。
2) 考虑多通路情况
为了防止在 I/O 系统中出现“瓶颈”现象，通常都采用多通路的 I/O 系统结构。此时对 控制器和通道的分配同样要经过几次反复，即若设备(控制器)所连接的第一个控制器(通道) 忙时，应查看其所连接的第二个控制器(通道)，仅当所有的控制器(通道)都忙时，此次的控 制器(通道)分配才算失败，才把进程挂在控制器(通道)的等待队列上。而只要有一个控制器 (通道)可用，系统便可将它分配给进程。
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