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1、第五章設備管理5.1 5.1 設備管理的任務及功能設備管理的任務及功能5.2 I/O5.2 I/O系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成5.3 I/O5.3 I/O控制方式控制方式5.4 5.4 緩沖管理緩沖管理5.5 5.5 設備分配與設備處理設備分配與設備處理5.6 5.6 磁盤調(diào)度算法磁盤調(diào)度算法 1.I/O1.I/O性能經(jīng)常成為系統(tǒng)性能性能經(jīng)常成為系統(tǒng)性能的瓶頸的瓶頸I/O的特點2.操作系統(tǒng)龐大復雜的原因之一是：資源多、雜，并發(fā)，均來自I/O外設種類繁多，結(jié)構(gòu)各異輸入輸出數(shù)據(jù)信號類型不同速度差異很大3.3.理解理解I/OI/O的工作過程與結(jié)構(gòu)是理的工作過程與結(jié)構(gòu)是理解操作系統(tǒng)的工作過程與結(jié)構(gòu)的解操作系統(tǒng)

2、的工作過程與結(jié)構(gòu)的關鍵關鍵4.4.與其他功能聯(lián)系密切，特別是文與其他功能聯(lián)系密切，特別是文件系統(tǒng)件系統(tǒng) 1 1）按照用戶的請求，控制設備的）按照用戶的請求，控制設備的各種操作，完成各種操作，完成I/OI/O設備與內(nèi)存設備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交換（包括設備分配之間的數(shù)據(jù)交換（包括設備分配與回收；設備驅(qū)動程序；設備中與回收；設備驅(qū)動程序；設備中斷處理；緩沖區(qū)管理），最終完斷處理；緩沖區(qū)管理），最終完成用戶的成用戶的I/OI/O請求請求5.1 設備管理的目標和任務2 2）向用戶提供使用外部設備的方便接口，使用）向用戶提供使用外部設備的方便接口，使用戶擺脫繁瑣的編程負擔戶擺脫繁瑣的編程負擔n 方便性方便性

3、n 友好界面友好界面n 透明性透明性 邏輯設備與物理設備、屏蔽硬件細節(jié)（設備的物理細邏輯設備與物理設備、屏蔽硬件細節(jié)（設備的物理細節(jié)，錯誤處理，不同節(jié)，錯誤處理，不同I/OI/O的差異性）的差異性）3 3）充分利用各種技術(shù)（通道，中斷，緩沖等）充分利用各種技術(shù)（通道，中斷，緩沖等）提高提高CPUCPU與設備、設備與設備之間的并行工作與設備、設備與設備之間的并行工作能力，充分利用資源，提高資源利用率能力，充分利用資源，提高資源利用率(并并行性、行性、均衡性）均衡性）設備管理的目標和任務(續(xù)）4 4）保證在多道程序環(huán)境下，當多）保證在多道程序環(huán)境下，當多個進程競爭使用設備時，按一定個進程競爭使用設

4、備時，按一定策略分配和管理各種設備，使系策略分配和管理各種設備，使系統(tǒng)能有條不紊的工作統(tǒng)能有條不紊的工作5 5）保護）保護 設備傳送或管理的數(shù)據(jù)應該是安設備傳送或管理的數(shù)據(jù)應該是安全的、不被破壞的、保密的全的、不被破壞的、保密的 設備管理的目標和任務(續(xù)）6 6）與設備無關性（設備獨立性）與設備無關性（設備獨立性）n用戶在編制程序時，使用邏輯設備名，用戶在編制程序時，使用邏輯設備名，由系統(tǒng)實現(xiàn)從邏輯設備到物理設備的轉(zhuǎn)由系統(tǒng)實現(xiàn)從邏輯設備到物理設備的轉(zhuǎn)換換n用戶能獨立于具體物理設備而方便的使用戶能獨立于具體物理設備而方便的使用設備用設備n用戶申請使用設備時，只需要指定設備用戶申請使用設備時，只需

5、要指定設備類型，而無須指定具體物理設備，系統(tǒng)類型，而無須指定具體物理設備，系統(tǒng)根據(jù)當前的請求，及設備分配的情況，根據(jù)當前的請求，及設備分配的情況，在相同類別設備中，選擇一個空閑設備，在相同類別設備中，選擇一個空閑設備，并將其分配給一個申請進程并將其分配給一個申請進程 設備管理的目標和任務(續(xù)）（1 1）緩沖管理）緩沖管理（2 2）設備分配）設備分配（3 3）設備處理）設備處理（4 4）設備獨立性和虛擬設備。）設備獨立性和虛擬設備。設備管理的功能1 1、按數(shù)據(jù)傳輸速率分按數(shù)據(jù)傳輸速率分 高速設備高速設備 低速設備低速設備2.2.按信息交換的單位分按信息交換的單位分 塊設備塊設備 以數(shù)據(jù)塊為單位存

6、儲、傳輸信息以數(shù)據(jù)塊為單位存儲、傳輸信息 字符設備字符設備 以字符為單位存儲、傳輸信息以字符為單位存儲、傳輸信息5.2.1 設備的分類1)獨占設備 在一段時間內(nèi)只能有一個進程使用的設備，在一段時間內(nèi)只能有一個進程使用的設備，一般為低速一般為低速I/OI/O設備。（如打印機，磁帶等）設備。（如打印機，磁帶等）2)共享設備 在一段時間內(nèi)可有多個進程共同使用的設在一段時間內(nèi)可有多個進程共同使用的設備，多個進程以交叉的方式來使用設備，備，多個進程以交叉的方式來使用設備，其資源利用率高。（如硬盤）其資源利用率高。（如硬盤）3)虛擬設備 3.按設備的共享屬性分4 4、按使用特性分、按使用特性分 存儲型設備

7、存儲型設備 輸入型設備（輸入型設備（外設外設主機主機）輸出型設備（主機輸出型設備（主機外設）外設）輸入輸出型設備（交互型設備輸入輸出型設備（交互型設備）n系統(tǒng)設備系統(tǒng)設備 指操作系統(tǒng)生成時，登記在系統(tǒng)中指操作系統(tǒng)生成時，登記在系統(tǒng)中的標準設備的標準設備 （如終端、打印機、磁盤機等）（如終端、打印機、磁盤機等）n用戶設備用戶設備 指在系統(tǒng)生成時，未登記在系統(tǒng)中指在系統(tǒng)生成時，未登記在系統(tǒng)中的非標準設備。對于這類設備的處理程的非標準設備。對于這類設備的處理程序由用戶提供，并將其納入系統(tǒng)，由系序由用戶提供，并將其納入系統(tǒng)，由系統(tǒng)代替用戶實施管理。統(tǒng)代替用戶實施管理。（如（如A/DA/D，D/AD/A

8、轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，CADCAD專用設備）專用設備）5.按外部設備的從屬關系分6 6、從程序使用角度分、從程序使用角度分 邏輯設備邏輯設備 物理設備物理設備設備的分類（續(xù))CPU存儲器磁盤控制器打印機控制器其它控制器磁盤驅(qū)動器打印機系統(tǒng)總線圖5-1總線型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.2.2設備與控制器之間的接口設備與控制器之間的接口緩沖轉(zhuǎn)換器控制邏輯信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號線狀態(tài)信號線控制信號線至設備控制器I/O設備設備與控制器間的接口設備控制器是CPU與I/O設備之間的接口，它接收從CPU發(fā)來的命令，并去控制I/O設備工作，使處理機從繁雜的設備控制事務中解脫出來。5.2.3設備控制器設備控制器1.設備控制器的基本功

9、能 1)接收和識別命令2)2)數(shù)據(jù)交換3)3)標識和報告設備的狀態(tài)4)4)地址識別2、設備控制器的組成設備控制器的組成5.2.4I/O通道通道引入通道使原來由引入通道使原來由cpu處理的處理的I/O任務轉(zhuǎn)任務轉(zhuǎn)由通道來承擔，從而把由通道來承擔，從而把cpu從繁雜的從繁雜的I/O任務中解脫出來。任務中解脫出來。nI/O通道是一種特殊的處理機。它具有通道是一種特殊的處理機。它具有執(zhí)行執(zhí)行I/O指令的能力，并通過執(zhí)行通道指令的能力，并通過執(zhí)行通道(I/O)程序來控制程序來控制I/O操作。操作。nI/O通道又與一般的處理機不同，主要通道又與一般的處理機不同，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：表現(xiàn)在以下兩個方面：

10、n 一是其指令類型單一，這是由于通道硬件一是其指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡單，比較簡單，其所能執(zhí)行的命令，主要局限其所能執(zhí)行的命令，主要局限于與于與I/O操作有關的指令；操作有關的指令；n再就是通道沒有自己的內(nèi)存，通道所執(zhí)行的再就是通道沒有自己的內(nèi)存，通道所執(zhí)行的通道程序是放在主機的內(nèi)存中的，通道程序是放在主機的內(nèi)存中的，換言之，換言之，是通道與是通道與CPU共享內(nèi)存。共享內(nèi)存。設備1設備2設備3設備4設備5設備6設備7控制器1控制器2控制器3控制器4通道1通道2存儲器5.3I/O控制方式控制方式nCPU與與I/O設備之間數(shù)據(jù)傳送控制方式設備之間數(shù)據(jù)傳送控制方式n程序直接控制程序直接控

11、制n中斷控制方式中斷控制方式nDMAn通道通道I/O控制的發(fā)展，宗旨：控制的發(fā)展，宗旨：盡量盡量減少主機對減少主機對I/O控制的干預控制的干預，把主機從繁雜的，把主機從繁雜的I/O控制事務中解脫出來，以更多地去完成數(shù)據(jù)控制事務中解脫出來，以更多地去完成數(shù)據(jù)處理任務。處理任務。通道控制方式通道控制方式 當當CPU要完成一組相關的讀要完成一組相關的讀(或?qū)懟驅(qū)?操作及操作及有關控制時，只需向有關控制時，只需向I/O通道發(fā)送一條通道發(fā)送一條I/O指指令，以給出其所要執(zhí)行的令，以給出其所要執(zhí)行的通道程序通道程序的首址和的首址和要訪問的要訪問的I/O設備，通道接到該指令后，通過設備，通道接到該指令后，通

12、過執(zhí)行通道程序便可完成執(zhí)行通道程序便可完成CPU指定的指定的I/O任務。任務。通道程序通道程序n通道指令：通道指令：（1）操作碼）操作碼（2）內(nèi)存地址）內(nèi)存地址（3）計數(shù)）計數(shù)（4）通道程序結(jié)束位）通道程序結(jié)束位P。（5）記錄結(jié)束標志）記錄結(jié)束標志R。操作操作PR 計數(shù)計數(shù) 內(nèi)存地址內(nèi)存地址WRITE0080813WRITE001401034WRITE01605830WRITE013002000WRITE002501850WRITE11250720指令的執(zhí)行周期指令的執(zhí)行周期:具有中斷處理時具有中斷處理時的指令執(zhí)行周期的指令執(zhí)行周期從用戶角度看中斷從用戶角度看中斷中斷:處理機暫停正在執(zhí)行的程序

13、,轉(zhuǎn)去處理相應的緊急事件,待處理完畢后再返回原處繼續(xù)執(zhí)行.CPU對系統(tǒng)發(fā)生的某個事件作出的一種反應1.緩沖技術(shù)的引入n緩和緩和CPU與與I/O設備間速度不匹配的設備間速度不匹配的矛盾。矛盾。n減少對減少對CPU的中斷頻率，的中斷頻率，放寬對放寬對CPU中斷響應時間的限制。中斷響應時間的限制。n提高提高CPU和和I/O設備之間的并行性。設備之間的并行性。5.4.緩沖管理利用緩沖寄存器實現(xiàn)緩沖1位緩沖9.6Kb/s8位緩沖寄存器送內(nèi)存9.6Kb/s8位緩沖寄存器9.6Kb/s送內(nèi)存(b)(a)(c)硬緩沖：硬緩沖：在設備中設置緩沖區(qū)，由硬件實現(xiàn)在設備中設置緩沖區(qū)，由硬件實現(xiàn)軟緩沖：軟緩沖：在內(nèi)存中

14、開辟一個空間，用作緩沖區(qū)在內(nèi)存中開辟一個空間，用作緩沖區(qū)2.緩沖區(qū)設置3.3.幾種緩沖技術(shù)幾種緩沖技術(shù)1)1)單緩沖單緩沖2)2)雙緩沖雙緩沖3)3)多緩沖：多緩沖：4)4)緩沖池。緩沖池為多個設備共享，設緩沖池。緩沖池為多個設備共享，設備需要時才接上，用完歸還。備需要時才接上，用完歸還。1.單緩沖單緩沖(Single Buffer)工作區(qū)處理(C)緩沖區(qū)傳送(M)輸入(T)I/O設備(a)T1M1C1T2M2C2T3M3C3T4t(b)用戶進程單緩沖工作示意圖2.雙緩沖雙緩沖(Double Buffer)工作區(qū)用戶進程緩沖區(qū)1緩沖區(qū)2I/O設備T1(緩沖1)M1C1M2C2M3C3T2(緩沖

15、2)T3(緩沖3)M4C4T4(緩沖4)(a)(b)雙緩沖工作示意圖雙緩沖（雙緩沖（a a）雙緩沖（雙緩沖（b b）雙機通信時緩沖區(qū)的設置緩沖區(qū)緩沖區(qū)A機B機(a)單緩沖發(fā)送緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)A機B機(b)雙緩沖3 循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖 1)循環(huán)緩沖的組成循環(huán)緩沖的組成 RGGGRG165423NextiNextgRGGGRC165423NextiNextgcurrent2)循環(huán)緩沖區(qū)的使用循環(huán)緩沖區(qū)的使用(1)Getbuf過程:計算進程或輸入進程(2)使用緩沖區(qū)。(3)(2)Releasebuf過程。4 緩沖池緩沖池(Buffer Pool)1)緩沖池的組成緩沖池的組成對于既可

16、用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池，其中至少應含有以下三種類型的緩沖區(qū)：空(閑)緩沖區(qū)；裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；n 裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。為了管理上為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個隊列，于是可形成以下三個隊列：個隊列，于是可形成以下三個隊列：（1）空緩沖隊列）空緩沖隊列emq。(2)輸入隊列輸入隊列inq。(3)輸出隊列輸出隊列outq。n四種工作緩沖區(qū)四種工作緩沖區(qū):nhin 收容輸入收容輸入nsin 提取輸入提取輸入nsout 提取輸出提取輸出nhout 收容輸出收容輸出2.Getbuf過程和過程和Putbuf過程過程 Pr

17、ocedureGetbuf(type)beginWait(RS(type);Wait(MS(type);B(number)=Takebuf(type);Signal(MS(type);endProcedurePutbuf(type,number)beginWait(MS(type);Addbuf(type,number);Signal(MS(type);Signal(RS(type);end3.緩沖區(qū)的工作方式緩沖區(qū)的工作方式 圖5-13緩沖區(qū)的工作方式hinsoutsinhout收容輸入提取輸出用戶程序提取輸入收容輸出緩沖池5.5 設設 備備 分分 配配 5.5.1 設備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設備

18、分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 當某進程向系統(tǒng)提出I/O請求時，設備分配程序按一定策略分配設備、控制器和通道，形成一條數(shù)據(jù)傳輸通路，以供主機和設備間信息交換設備控制表（）設備控制表（）每個設備一個每個設備一個控制器表（）控制器表（）每個控制器一個每個控制器一個通道表（）通道表（）每個通道一個每個通道一個系統(tǒng)設備表（）系統(tǒng)設備表（）整個系統(tǒng)一個整個系統(tǒng)一個設備類型 type設備標識符：deviceid設備狀態(tài)：等待/不等待 忙/閑指向控制器表的指針重復執(zhí)行次數(shù)或時間設備隊列的隊首指針DCT1DCT2DCTn設備控制表集合圖5-14設備控制表1.設備控制表DCT 2.控制器控制表、控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)

19、設備表通道控制表和系統(tǒng)設備表 圖5-15COCT、CHCT和SDT表(c)系統(tǒng)設備表SDT控制器標識符：controllerid控制器狀態(tài)：忙/閑與控制器連接的通道表指針控制器隊列的隊首指針控制器隊列的隊尾指針通道標識符：channelid通道狀態(tài)：忙/閑與通道連接的控制器表首址通道隊列的隊首指針通道隊列的隊尾指針(a)控制器表COCT(b)通道表CHCT表目1表目i設備類設備標識符DCT驅(qū)動程序入口設備1設備2設備3設備4設備5設備6設備7控制器1控制器2控制器3控制器4通道1通道2存儲器5.5.2 設備分配時應考慮的因素設備分配時應考慮的因素 1.設備的固有屬性設備的固有屬性(1)獨享設備

20、。(2)(2)共享設備。(3)虛擬設備。2.設備分配算法設備分配算法(1)先來先服務。(2)(2)優(yōu)先級高者優(yōu)先。3.設備分配中的安全性設備分配中的安全性 1)安全分配方式2)2)不安全分配方式5.5.3 獨占設備的分配程序獨占設備的分配程序 1.基本的設備分配程序基本的設備分配程序 2.對于具有通道的系統(tǒng)對于具有通道的系統(tǒng):根據(jù)用戶請求的I/O設備的邏輯名，查找邏輯設備和物理設備的映射表；以物理設備為索引，查找SDT，找到該設備所連接的DCT；繼續(xù)查找與該設備連接的COCT和CHCT，就找到了一條通路。即：分配設備分配控制器-分配通道為進程為進程P P分配所需的分配所需的I/OI/O設備設備

21、從從SDTSDT表查該類設備的控制表表查該類設備的控制表DCTDCT由由DCTDCT檢查該設備忙否檢查該設備忙否?不忙不忙檢查分配此設備的安全性檢查分配此設備的安全性?不安全不安全分配此設備給進程分配此設備給進程P P查此設備連接的查此設備連接的COCTCOCT忙否忙否?不忙不忙不忙不忙分配此控制器給進程分配此控制器給進程P P查此控制器連接的查此控制器連接的CHCTCHCT忙否忙否?最后一個最后一個DCT?DCT?分配此通道給進程分配此通道給進程P P啟動啟動I/O,I/O,進行具體的進行具體的I/OI/O操作操作忙忙進程進程P的的PCB放入放入此設備的等待隊列此設備的等待隊列YN忙忙最后一

22、個最后一個COCT?COCT?最后一個最后一個DCT?DCT?進程進程 P 的的 PCB 放入放入此控制器的等待隊列此控制器的等待隊列YNY忙忙最后一個最后一個CHCT?CHCT?Y最后一個最后一個COCT?COCT?進程進程 P 的的 PCB 放入放入此通道的等待隊列此通道的等待隊列NYNN多通路設備分配流程示意圖多通路設備分配流程示意圖2.設備分配程序的改進設備分配程序的改進 1)增加設備的獨立性2)3)2)考慮多通路情況5.6 5.6 設備處理設備處理 (1)(1)接收由接收由I/OI/O進程發(fā)來的命令和參數(shù)，并進程發(fā)來的命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求，例如，將命令中的抽

23、象要求轉(zhuǎn)換為具體要求，例如，將磁盤塊號轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面、將磁盤塊號轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面、磁道號及磁道號及扇區(qū)號。扇區(qū)號。(2)(2)檢查用戶檢查用戶I/OI/O請求的合法性，了解請求的合法性，了解I/OI/O設設備的狀態(tài)，傳遞有關參數(shù)，設置設備的工作備的狀態(tài)，傳遞有關參數(shù)，設置設備的工作方式。方式。1.1.設備驅(qū)動程序的功能和特點設備驅(qū)動程序的功能和特點1)1)設備驅(qū)動程序的功能設備驅(qū)動程序的功能 (3)(3)發(fā)出發(fā)出I/OI/O命令，如果設備空閑，便立即啟命令，如果設備空閑，便立即啟動動I/OI/O設備去完成指定的設備去完成指定的I/OI/O操作；如果設備操作；如果設備處于忙碌狀態(tài)，則將請求者的

24、請求塊掛在設處于忙碌狀態(tài)，則將請求者的請求塊掛在設備隊列上等待。備隊列上等待。(4)(4)及時響應由控制器或通道發(fā)來的中斷請及時響應由控制器或通道發(fā)來的中斷請求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應的中斷處理求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應的中斷處理程序進行處理。程序進行處理。(5)(5)對于設置有通道的計算機系統(tǒng)，驅(qū)動程對于設置有通道的計算機系統(tǒng)，驅(qū)動程序還應能夠根據(jù)用戶的序還應能夠根據(jù)用戶的I/OI/O請求，自動地構(gòu)成請求，自動地構(gòu)成通道程序。通道程序。2)2)設備處理方式設備處理方式 (1)(1)為每一類設備設置一個進程，專門用于為每一類設備設置一個進程，專門用于執(zhí)行這類設備的執(zhí)行這類設備的I/OI/O

25、操作。操作。(2)(2)在整個系統(tǒng)中設置一個在整個系統(tǒng)中設置一個I/OI/O進程，專門進程，專門用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設備的用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設備的I/OI/O操作。操作。(3)(3)不設置專門的設備處理進程，而只為各不設置專門的設備處理進程，而只為各類設備設置相應的設備處理程序類設備設置相應的設備處理程序(模塊模塊)，供，供用戶進程或系統(tǒng)進程調(diào)用。用戶進程或系統(tǒng)進程調(diào)用。3)3)設備驅(qū)動程序的特點設備驅(qū)動程序的特點 (1)(1)驅(qū)動程序主要是指在請求驅(qū)動程序主要是指在請求I/OI/O的進程與設備控制的進程與設備控制器之間的一個通信和轉(zhuǎn)換程序。器之間的一個通信和轉(zhuǎn)換程序。(2)(2)驅(qū)動程

26、序與設備控制器和驅(qū)動程序與設備控制器和I/OI/O設備的硬件特性緊設備的硬件特性緊密相關，因而對不同類型的設備應配置不同的驅(qū)動密相關，因而對不同類型的設備應配置不同的驅(qū)動程序。程序。(3)(3)驅(qū)動程序與驅(qū)動程序與I/OI/O設備所采用的設備所采用的I/OI/O控制方式緊密控制方式緊密相關。相關。(4)(4)由于驅(qū)動程序與硬件緊密相關，因而其中的一由于驅(qū)動程序與硬件緊密相關，因而其中的一部分必須用匯編語言書寫。部分必須用匯編語言書寫。2.2.設備驅(qū)動程序的處理過程設備驅(qū)動程序的處理過程1.1.將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 2.2.2.2.檢查檢查I/OI/O請求的合法性請求

27、的合法性 3.3.3.3.讀出和檢查設備的狀態(tài)讀出和檢查設備的狀態(tài) 4.4.4.4.傳送必要的參數(shù)傳送必要的參數(shù) 5.5.5.5.工作方式的設置工作方式的設置 6.6.6.6.啟動啟動I/OI/O設備設備 中斷處理流程（1 1）用戶進程層執(zhí)行輸入輸出系統(tǒng)調(diào)用，）用戶進程層執(zhí)行輸入輸出系統(tǒng)調(diào)用，對對I IO O數(shù)據(jù)進行格式化，為假脫機輸入數(shù)據(jù)進行格式化，為假脫機輸入輸出作準備輸出作準備（2 2）獨立于設備的軟件實現(xiàn)設備的命名、）獨立于設備的軟件實現(xiàn)設備的命名、設備的保護、成塊處理、緩沖技術(shù)和設設備的保護、成塊處理、緩沖技術(shù)和設備分配備分配（3 3）設備驅(qū)動程序設置設備寄存器、檢）設備驅(qū)動程序設置

28、設備寄存器、檢查設備的執(zhí)行狀態(tài)查設備的執(zhí)行狀態(tài)（4 4）中斷處理程序負責）中斷處理程序負責I IO O完成時，喚完成時，喚醒設備驅(qū)動程序進程，進行中斷處理醒設備驅(qū)動程序進程，進行中斷處理（5 5）硬件層實現(xiàn)物理）硬件層實現(xiàn)物理I IO O的操作的操作5.7 SPOOLing 技術(shù)技術(shù)虛擬性是虛擬性是OS的四大特征之一。的四大特征之一。在聯(lián)機情況下實現(xiàn)的同時外圍操作稱為SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，或稱為假脫機操作。是對脫機輸入、輸出系統(tǒng)的模擬。SPOOLing系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 圖5-19SPOOLing系統(tǒng)的組成輸

29、入進程SPi輸入進程SPo輸入緩沖區(qū)Bi輸出緩沖區(qū)Bo輸入井輸出井磁盤輸入設備輸出設備 共享打印機共享打印機 當用戶進程請求打印輸出時，SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出，但并不真正立即把打印機分配給該用戶進程，而只為它做兩件事：由輸出進程在輸出井中為之申請一個空閑磁盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；輸出進程再為用戶進程申請一張空白的用戶請求打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請求打印隊列上。SPOOLing系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點(1)提高了I/O的速度。(2)(2)將獨占設備改造為共享設備。(3)(3)實現(xiàn)了虛擬設備功能。小結(jié)小結(jié):n1.掌握設備的類型；設備控制器是掌握設備的類型

30、；設備控制器是CPU與與I/O設備之間的接口，設備控制器的作用。設備之間的接口，設備控制器的作用。n2、掌握、掌握I/O控制方式：程序控制方式：程序I/O、中斷驅(qū)動、中斷驅(qū)動控制、控制、DMA、通道控制。、通道控制。n3、了解引入緩沖技術(shù)的原因，常用的緩沖技、了解引入緩沖技術(shù)的原因，常用的緩沖技術(shù)，重點掌握緩沖池。術(shù)，重點掌握緩沖池。n4、設備分配的過程、設備驅(qū)動程序的功能和、設備分配的過程、設備驅(qū)動程序的功能和處理過程，處理過程，SPOOLing技術(shù)。技術(shù)。練習：練習：n1。利用通道實現(xiàn)（。利用通道實現(xiàn)（）之間數(shù)據(jù)的快速）之間數(shù)據(jù)的快速傳輸：傳輸：A。CPU和外設和外設 B。內(nèi)存和。內(nèi)存和C

31、PUC。內(nèi)存和外設。內(nèi)存和外設 D。外設和外設。外設和外設5.6磁盤調(diào)度算法磁盤調(diào)度算法n當有多個進程請求訪問磁盤時當有多個進程請求訪問磁盤時,采用一種采用一種合適的磁盤調(diào)度算法合適的磁盤調(diào)度算法,使各進程對磁盤的使各進程對磁盤的平均訪問平均訪問(主要是主要是尋道尋道)時間最小。時間最小。1）先來先服務（FCFS）先來先服務調(diào)度算法是按請求訪問者先來先服務調(diào)度算法是按請求訪問者的先后次序啟動磁盤驅(qū)動器，而不考慮的先后次序啟動磁盤驅(qū)動器，而不考慮它們要訪問的物理位置。它們要訪問的物理位置。被訪問的下一被訪問的下一個磁道號個磁道號 移動距離移動距離555839189016015038184平均尋道

32、時間：平均尋道時間：55.3從100#磁道開始FCFS調(diào)度算法示例：進程訪問磁道的順序：55，58，39，18，90，160，150，38，184（2）最短尋道時間優(yōu)先）最短尋道時間優(yōu)先（SSTF）n最短尋道時間優(yōu)先調(diào)度算法總是讓離當最短尋道時間優(yōu)先調(diào)度算法總是讓離當前磁道最近的請求訪問者啟動磁盤驅(qū)動前磁道最近的請求訪問者啟動磁盤驅(qū)動器，即是讓查找時間最短的那個作業(yè)先器，即是讓查找時間最短的那個作業(yè)先執(zhí)行，而不考慮請求訪問者到來的先后執(zhí)行，而不考慮請求訪問者到來的先后次序，這樣就克服了先來先服務調(diào)度算次序，這樣就克服了先來先服務調(diào)度算法中磁臂移動過大的問題。法中磁臂移動過大的問題。被訪問的下一

33、被訪問的下一個磁道號個磁道號 移動距移動距離離平均尋道時間：平均尋道時間：27.5從100#磁道開始SSTF調(diào)度算法示例：進程請求磁道的順序：55，58，39，18，90，160，150，38，184（3）掃描算法（）掃描算法（SCAN）或電）或電梯調(diào)度算法梯調(diào)度算法 n掃描調(diào)度算法總是從磁臂當前位置開始，掃描調(diào)度算法總是從磁臂當前位置開始，沿磁臂的移動方向去選擇離當前磁臂最沿磁臂的移動方向去選擇離當前磁臂最近的那個柱面的訪問者。如果沿磁臂的近的那個柱面的訪問者。如果沿磁臂的方向無請求訪問時，就改變磁臂的移動方向無請求訪問時，就改變磁臂的移動方向。在這種調(diào)度方法下磁臂的移動類方向。在這種調(diào)度方

34、法下磁臂的移動類似于電梯的調(diào)度，所以它也稱為電梯調(diào)似于電梯的調(diào)度，所以它也稱為電梯調(diào)度算法。度算法。n訪問次序訪問次序:n55,58,39,18,90,160,150,38,184當前位置當前位置:100磁道磁道 方向：磁道號增加的方向方向：磁道號增加的方向被訪問的下一被訪問的下一個磁道號個磁道號 移動距移動距離離平均尋道時間：平均尋道時間：27.8SCAN調(diào)度算法示例：磁盤的調(diào)度算法舉例磁盤的調(diào)度算法舉例 n若磁頭的當前位置為若磁頭的當前位置為100磁道，磁頭正向磁道號增加磁道，磁頭正向磁道號增加的方向移動?，F(xiàn)有一磁盤讀寫請求隊列：的方向移動?，F(xiàn)有一磁盤讀寫請求隊列：23、376、205、132、19、61、190、398、29、4、18、40。若采用先來先服務、最短尋道時間優(yōu)先和掃描（電梯若采用先來先服務、最短尋道時間優(yōu)先和掃描（電梯調(diào)度）算法，試計算平均尋道長度各為多少？調(diào)度）算法，試計算平均尋道長度各為多少？演講完畢，謝謝觀看！