五章節(jié)設(shè)管理

1、第五章設(shè)備管理5.1 i/o系統(tǒng)系統(tǒng)5.2 i/o控制方式控制方式5.3 緩沖管理緩沖管理5.4 設(shè)備分配設(shè)備分配5.5 設(shè)備處理設(shè)備處理5.6 磁盤存儲(chǔ)器管理磁盤存儲(chǔ)器管理i/o系統(tǒng)中，包括用于實(shí)現(xiàn)輸入、輸出和存儲(chǔ)功能的設(shè)備和相應(yīng)的設(shè)備控制器。在大中型機(jī)中，還有i/o通道或i/o處理機(jī)。設(shè)備管理的基本任務(wù)是完成用戶提出的i/o請(qǐng)求，提高i/o速率、改善i/o設(shè)備的利用率。設(shè)備管理的主要功能有，緩沖區(qū)管理、設(shè)備分配，設(shè)備處理，虛 擬設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性。5.1 i/o系統(tǒng)i/o系統(tǒng)是用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、輸出及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的系統(tǒng)。它除了需要直接用于i/o和存儲(chǔ)信息的設(shè)備外還需要相應(yīng)的設(shè)備控制器和高

2、速總線。1i/o 設(shè)備2設(shè)備控制器3i/o通道4i/o總線1 i/o設(shè)備設(shè)備的類型1）按數(shù)據(jù)傳輸率分高速設(shè)備高速設(shè)備 速率在每秒數(shù)百千個(gè)字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)。例如光盤機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤機(jī)等。中速設(shè)備中速設(shè)備速率在每秒數(shù)千個(gè)字節(jié)至數(shù)萬(wàn)個(gè)字節(jié)。如打印機(jī)等。低速設(shè)備低速設(shè)備速率在每秒幾個(gè)字節(jié)至數(shù)百個(gè)字節(jié)之間。如鍵盤、鼠標(biāo)等。2) 按信息交換的單位分塊設(shè)備塊設(shè)備以數(shù)據(jù)塊為單位存儲(chǔ)、傳輸信息。典型的塊設(shè)備是磁盤，每個(gè)盤塊的大小為512b4b。磁盤設(shè)備的基本特征是傳輸速率較高。另一特征是可尋址，即對(duì)它可隨機(jī)地讀寫任一塊。字符設(shè)備字符設(shè)備以字符為單位存儲(chǔ)、傳輸信息。字符設(shè)備的基本特征是速率慢，不可尋址。3） 按設(shè)

3、備的共享屬性分獨(dú)占設(shè)備獨(dú)占設(shè)備 在一段時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)進(jìn)程使用的設(shè)備，一般為低速i/o設(shè)備。（如打印機(jī)，磁帶等）共享設(shè)備共享設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)可有多個(gè)進(jìn)程共同使用的設(shè)備，多個(gè)進(jìn)程以交叉的方式來使用設(shè)備，其資源利用率高。（如硬盤）虛設(shè)備虛設(shè)備在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備，常用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛設(shè)備目的：將慢速的獨(dú)占設(shè)備改造成多個(gè)用戶可共享的設(shè)備，提高設(shè)備的利用率。設(shè)備與控制器之間的接口通常，設(shè)備并不直接與cpu進(jìn)行通信，而是與設(shè)備控制器通信。因此，在設(shè)備與設(shè)備控制器之間應(yīng)有一接口，在該接口中有三種類型的信號(hào)，各對(duì)應(yīng)一根信號(hào)線。a 數(shù)據(jù)信號(hào)線數(shù)據(jù)信號(hào)線這類

4、信號(hào)線用于在設(shè)備和設(shè)備控制器之間傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。b 控制信號(hào)線控制信號(hào)線這是設(shè)備控制器向i/o設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)時(shí)的通路。c 狀態(tài)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線該信號(hào)線用于傳送指示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的信號(hào)。2 設(shè)備控制器設(shè)備控制器是計(jì)算機(jī)中的一個(gè)實(shí)體，其主要職責(zé)是控制一個(gè)或多個(gè)i/o設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)i/o設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。設(shè)備控制器是cpu與i/o設(shè)備之間的接口，它接受從cpu發(fā)來的命令，并去控制i/o 設(shè)備工作，以便使處理器從繁重的設(shè)備控制事務(wù)中解脫出來。設(shè)備控制器是一個(gè)可編址的設(shè)備，當(dāng)它僅控制一個(gè)設(shè)備時(shí)，它只有一個(gè)唯一的設(shè)備地址。若控制器可連多個(gè)設(shè)備時(shí)，則應(yīng)含有多個(gè)設(shè)備地址，使每個(gè)設(shè)備地址對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備。設(shè)備

5、控制器可分為兩類，一是用于控制字符設(shè)備的控制器，另一個(gè)是控制塊設(shè)備的控制器。1 設(shè)備控制器的基本功能1）接收和識(shí)別命令接收和識(shí)別命令cpu可向控制器發(fā)送多種不同命令，設(shè)備控制器應(yīng)能接收和識(shí)別這些命令。2）數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換它能實(shí)現(xiàn)cpu與控制器之間、控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。3）識(shí)別和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)識(shí)別和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)控制器記下設(shè)備的狀態(tài)供cpu了解。4）地址識(shí)別地址識(shí)別5）數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖控制器必須設(shè)置一些緩沖器。6）差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制設(shè)備控制器還對(duì)傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。2 設(shè)備控制器的組成設(shè)備控制器由三部分組成。1）設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口該接口用于實(shí)現(xiàn)cpu與設(shè)備控制器之間的通信。2）設(shè)

6、備控制器與設(shè)備之間的接口3）i/o邏輯用于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。3 i/o通道1 通道的引入雖然在cpu與外設(shè)之間有設(shè)備控制器，但當(dāng)外設(shè)很多時(shí)，cpu的負(fù)擔(dān)仍然很重。為此，在cpu與設(shè)備控制器之間又增設(shè)了通道。使用通道的目的是為了建立獨(dú)立的i/o操作，不僅使數(shù)據(jù)的傳輸獨(dú)立于cpu，而且盡可能地對(duì)i/o操作的組織、管理、及其結(jié)束也獨(dú)立，使cpu從繁雜的i/o任務(wù)中解脫出來。i/o通道是一種特殊的處理機(jī)，它具有執(zhí)行i/o指令的能力，并能通過執(zhí)行通道程序來控制i/o操作。i/o通道不同于一般的處理機(jī)，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：1指令類型簡(jiǎn)單2通道沒有自己的內(nèi)存2通道類型a 字節(jié)多路通道這是一種按字節(jié)交叉方式工

7、作的通道。它有多個(gè)子通道，每個(gè)子通道連接一臺(tái)i/o設(shè)備，并控制該設(shè)備的i/o操作。這些子通道輪流方式共享主通道。當(dāng)一個(gè)通道程序控制某臺(tái)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)后，通道硬件就控制轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個(gè)通道程序，控制另一臺(tái)設(shè)備傳送信息。主要連接以字節(jié)為單位的低速i/o設(shè)備。如打印機(jī)等。以字節(jié)為單位交叉?zhèn)鬏?，?dāng)一臺(tái)傳送一個(gè)字節(jié)后，立即轉(zhuǎn)去為另一臺(tái)傳送字節(jié)b 數(shù)組選擇通道以成組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即每次傳輸一批數(shù)據(jù)。其傳送速率較高，主要用于連接高速i/o設(shè)備。由于數(shù)據(jù)選擇通道在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一個(gè)通道程序，控制一臺(tái)設(shè)備，因此通道的利用率很低。當(dāng)這臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸完成后，再選擇與通道連接的另一臺(tái)設(shè)備，執(zhí)行它的相應(yīng)的通道程

8、序。 主要連接磁盤，磁帶等高速i/o設(shè)備。選擇通道選擇通道c 數(shù)組多路通道數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道傳輸率高和字節(jié)多路通道能使各個(gè)子通道分時(shí)并行操作的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來而形成的一種新通道。它既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率，又能獲得令人滿意的通道利用率。該通道廣泛用于連接多臺(tái)高速、中速的外設(shè)。硬件連接結(jié)構(gòu) 通道：執(zhí)行通道程序，向控制器發(fā)出命令，并具有向cpu發(fā)中斷信號(hào)的功能。 一旦cpu發(fā)出指令，啟動(dòng)通道，則通道獨(dú)立于cpu工作。一個(gè)通道可連接多個(gè)控制器，一個(gè)控制器可連接多個(gè)設(shè)備，形成樹形交叉連接 主要目的是啟動(dòng)外設(shè)時(shí)： a 提高了控制器效率 b 提高可靠性 c 提高并行度3 “瓶頸問題”由于通道少而外設(shè)多

9、，造成整個(gè)系統(tǒng)吞吐量下降，形成瓶頸問題。解決的辦法是把外設(shè)連接到多個(gè)控制器上，而一個(gè)控制器又連接到多個(gè)通道上。這樣，不僅解決了瓶頸問題，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。4 系統(tǒng)總線總線是用來連接各種設(shè)備的?？偩€的性能是用總線的時(shí)鐘頻率、帶寬和相應(yīng)的總線傳輸率等指標(biāo)來衡量的。a isa總線和eisa總線isa這是1984年推出的286型微機(jī)而設(shè)計(jì)的總線結(jié)構(gòu)，帶寬8位，最高傳輸率2mb/s。eisa 帶寬32位，傳輸率32mb/s ,可同時(shí)連接12臺(tái)外設(shè)。b 局部總線多媒體技術(shù)的興起，要求總線具有更高的傳輸率。eisa已難于滿足要求，局部總線應(yīng)運(yùn)而生。所謂局部總線，是指將多媒體卡、高速lan網(wǎng)卡、圖形卡等

10、從isa上卸下來，再通過局部總線控制器直接連到cpu總線上，而打印機(jī)、cdrom等仍掛在isa總線上。vesa 總線總線帶寬32位，最高傳輸率132mb/s，廣泛用于486微機(jī)中。pci 總線這種總線支持64位系統(tǒng)。廣泛用于奔騰系列計(jì)算機(jī)。5.2 i/o控制方式隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，i/o控制方式經(jīng)歷了四種形式，分別是程序i/o方式，中斷驅(qū)動(dòng)i/o方式，dma方式和通道方式。1程序i/o方式早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，處理機(jī)對(duì)i/o設(shè)備的控制采取程序i/o方式，或稱忙等待方式。處理機(jī)向控制器發(fā)出一條i/o指令啟動(dòng)輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，把狀態(tài)寄存器的忙/閑標(biāo)準(zhǔn)busy置為1，然后不斷地循環(huán)測(cè)試busy。當(dāng)bu

11、sy1時(shí)，表示設(shè)備還沒輸入完，處理機(jī)應(yīng)繼續(xù)對(duì)busy進(jìn)行測(cè)試，直至busy=0，表明輸入機(jī)已將數(shù)據(jù)送入控制器的數(shù)據(jù)寄存器中。于是cpu將數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)讀出，送入內(nèi)存指定單元中。接著處理機(jī)繼續(xù)啟動(dòng)控制器，讀下一個(gè)數(shù)據(jù)。 向i/o控制器發(fā)讀命令讀i/o控制器狀態(tài) 檢查狀態(tài)從i/o控制器讀入字 向存儲(chǔ)器寫字流程完成？未就緒由于cpu高速而i/o設(shè)備低速，造成cpu極大浪費(fèi)。2 中斷驅(qū)動(dòng)i/o方式當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)i/o設(shè)備工作時(shí)，便由cpu向設(shè)備控制器發(fā)出一條i/o指令，然后cpu繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)。設(shè)備控制器按照命令的要求控制設(shè)備。此時(shí)，cpu與設(shè)備并行工作。當(dāng)設(shè)備工作完成時(shí)，才需要cpu花費(fèi)極短的

12、時(shí)間去做些中斷出理。在中斷方式中，cpu和i/o設(shè)備都處于忙碌狀態(tài)，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。 在i/o中斷方式下，數(shù)據(jù)的輸入（或輸出）步驟如下： 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序工作： 1、要求輸入數(shù)據(jù)的進(jìn)程把一個(gè)啟動(dòng)命令和允許中斷位“1”寫入相應(yīng)設(shè)備的控制狀態(tài)寄存器中，從而啟動(dòng)了該設(shè)備； 2、該進(jìn)程因等待輸入的完成進(jìn)入睡眠狀態(tài)。 3、當(dāng)輸入完成后，輸入設(shè)備向cpu發(fā)出完成中斷請(qǐng)求信號(hào)； 設(shè)備中斷處理程序工作： 4、處理機(jī)響應(yīng)中斷，處理該中斷，并喚醒等待輸入完成的進(jìn)程； 5、在以后的某個(gè)時(shí)期，該程序被調(diào)度到后，繼續(xù)運(yùn)行。 這種方式的優(yōu)點(diǎn)是大大地提高了cpu的利用效率，缺點(diǎn)是每次i/o都要cpu的干預(yù)，如果系

13、統(tǒng)中配備了多臺(tái)（套）設(shè)備時(shí)，cpu的利用率也會(huì)降低。解決的方法是采用通道技術(shù)3 dma控制方式(direct memory access)中斷處理是以字為為單位進(jìn)行i/o的，每當(dāng)完成一個(gè)字節(jié)的i/o時(shí)，便向cpu請(qǐng)求一次中斷。而dma方式與此不同。 dma方式與中斷的主要區(qū)別1中斷方式傳輸?shù)膯挝皇亲只蜃止?jié)，在數(shù)據(jù)完成后，發(fā)中斷請(qǐng)求，cpu進(jìn)行中斷處理 dma方式的傳輸單位是數(shù)據(jù)塊，在所要求傳送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結(jié)束時(shí)要求cpu進(jìn)行中斷處理2中斷方式要求了cpu進(jìn)行中斷處理的次數(shù)多，而dma所 傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接到內(nèi)存，或者相反。cpu處理次數(shù)少3 中斷方式的數(shù)據(jù)傳送是由cpu控制完成的 而d

14、ma方式則是在dma控制器的控制下不經(jīng)過cpu控制完成的dma控制器的組成dma控制器由3部分組成。一是主機(jī)與dma控制器的接口，二是dma與塊設(shè)備的接口，三是i/o控制邏輯。為了實(shí)現(xiàn)主機(jī)與控制器之間數(shù)據(jù)的直接交換，dma控制器必須設(shè)置如下四類寄存器。1 命令/狀態(tài)寄存器 cr2 內(nèi)存地址寄存器 mar3 數(shù)據(jù)寄存器dr4 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器 dcdma工作過程dmadma工作示例工作示例（以硬盤為例）（以硬盤為例） cpucpu提供提供被讀取塊磁盤地址被讀取塊磁盤地址目標(biāo)存儲(chǔ)地址目標(biāo)存儲(chǔ)地址待讀取字節(jié)數(shù)待讀取字節(jié)數(shù)整塊數(shù)據(jù)讀進(jìn)緩沖區(qū)整塊數(shù)據(jù)讀進(jìn)緩沖區(qū)核準(zhǔn)校驗(yàn)核準(zhǔn)校驗(yàn)控制器按照指定存儲(chǔ)器地址，把第一個(gè)

15、字節(jié)送入主存控制器按照指定存儲(chǔ)器地址，把第一個(gè)字節(jié)送入主存然后，按指定字節(jié)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送然后，按指定字節(jié)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送每當(dāng)傳送一個(gè)字節(jié)后，字節(jié)計(jì)數(shù)器值減每當(dāng)傳送一個(gè)字節(jié)后，字節(jié)計(jì)數(shù)器值減1 1，直到字節(jié)計(jì)數(shù)器等于，直到字節(jié)計(jì)數(shù)器等于0 0此時(shí)，控制器引發(fā)中斷，通知操作系統(tǒng)，操作完成此時(shí)，控制器引發(fā)中斷，通知操作系統(tǒng)，操作完成dma實(shí)現(xiàn)流程cpu向控制器發(fā)出啟動(dòng)向控制器發(fā)出啟動(dòng)dma通知和有關(guān)參數(shù)通知和有關(guān)參數(shù)控制器向內(nèi)存發(fā)出詢問請(qǐng)求控制器向內(nèi)存發(fā)出詢問請(qǐng)求訪問內(nèi)存（讀、寫）訪問內(nèi)存（讀、寫）計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器減1結(jié)束否結(jié)束否發(fā)中斷發(fā)中斷4 i/o通道控制方式i/o通道方式是dma方式的發(fā)展，它可進(jìn)

16、一步減少cpu的干預(yù)把對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀寫為單位的干預(yù)，減少到對(duì)一組數(shù)據(jù)塊為單位的干預(yù)。同時(shí)，又可實(shí)現(xiàn)cpu，通道和i/o設(shè)備三者的并行操作，從而有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的利用率。通道的工作原理：工作原理工作原理 cpucpu：執(zhí)行用戶程序，當(dāng)遇到執(zhí)行用戶程序，當(dāng)遇到i/oi/o請(qǐng)求時(shí)，可根據(jù)該請(qǐng)求生成通道程請(qǐng)求時(shí)，可根據(jù)該請(qǐng)求生成通道程序放入內(nèi)存（也可事先編好放入內(nèi)序放入內(nèi)存（也可事先編好放入內(nèi)存），并將該通道程序的首地址放存），并將該通道程序的首地址放入入cawcaw中；之后執(zhí)行中；之后執(zhí)行“啟動(dòng)啟動(dòng)i/o”i/o”指指令，啟動(dòng)通道工作令，啟動(dòng)通道工作 通道：接收到接收到“啟動(dòng)啟動(dòng)i/o”i/o”

17、指指令后，從令后，從cawcaw中取出通道程中取出通道程序的首地址，并根據(jù)首地址序的首地址，并根據(jù)首地址取出第一條指令放入取出第一條指令放入ccwccw中，中，同時(shí)向同時(shí)向cpucpu發(fā)回答信號(hào)，使發(fā)回答信號(hào)，使cpucpu可繼續(xù)執(zhí)行其他程序，可繼續(xù)執(zhí)行其他程序，而通道則開始執(zhí)行通道程序，而通道則開始執(zhí)行通道程序，完成傳輸工作完成傳輸工作5.3 緩沖管理為了緩和cpu與i/o設(shè)備速度不匹配的矛盾，提高cpu與i/o設(shè)備的并行性，幾乎所有的系統(tǒng)引入了緩沖區(qū)。緩沖管理的主要職責(zé)是組織好這些緩沖區(qū)，并提供獲得和釋放緩沖區(qū)的手段。1 緩沖區(qū)的引入1）緩和cpu與i/o設(shè)備間速度不匹配的矛盾凡是數(shù)據(jù)到達(dá)

18、和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術(shù)。2）減少對(duì)cpu的中斷頻率，放寬對(duì)cpu中斷響應(yīng)的時(shí)間限制3）提高cpu與i/o設(shè)備之間的并行性緩沖是用來在兩種不同速度的設(shè)備之間傳輸信息時(shí)平滑傳輸過程的常用手段。2 單緩沖和雙緩沖單緩沖，顧名思義就是一個(gè)緩沖區(qū)。在單緩沖情況下，每當(dāng)用戶進(jìn)程發(fā)出一個(gè)i/o請(qǐng)求時(shí)，操作系統(tǒng)便在主存中為之分配一片緩沖區(qū)。在塊設(shè)備輸入時(shí)，假定從磁盤把一塊數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)的時(shí)間記為t，將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送到用戶區(qū)的時(shí)間是m，而cpu對(duì)數(shù)據(jù)的處理時(shí)間為c。由于t和c是可以并行的，所以系統(tǒng)對(duì)每一塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間表示為max(c,t)+m在字符設(shè)備輸入時(shí)，緩沖區(qū)用于暫存用戶輸入的一行數(shù)據(jù)，

19、在輸入期間，用戶進(jìn)程被掛起以等待數(shù)據(jù)輸入完畢；在輸出時(shí)，用戶進(jìn)程將一行數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū)后，繼續(xù)執(zhí)行其它操作。雙緩沖 系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)，buf1和buf2，各進(jìn)程使用這兩個(gè)緩沖區(qū)。這種緩沖技術(shù)是最簡(jiǎn)單的，用于低頻度活動(dòng)的i/o。工作過程：首先輸入將數(shù)據(jù)送入buf1，然后，申請(qǐng)buf2，在向buf2輸入數(shù)據(jù)的同時(shí)，輸出進(jìn)程可從buf1中取數(shù)據(jù)。同理，向buf1輸入與從buf2中取數(shù)據(jù)可以并行。雙緩沖可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間雙向傳輸。循環(huán)緩沖在系統(tǒng)中設(shè)置若干緩沖區(qū)，并把這些緩沖區(qū)鏈接起來，這樣若干個(gè)緩沖區(qū)就形成了一個(gè)環(huán)，故稱環(huán)形緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖技術(shù)使用設(shè)置一個(gè)輸入指針in、一個(gè)輸出指針out、開始指

20、針strat。系統(tǒng)初始時(shí)，strat=in=out。輸入時(shí)，要判斷in是否與out相等，若相等，則要等待。否則將信息送入in指向的緩沖區(qū)，填滿后，將緩沖區(qū)中的指向下一個(gè)緩沖區(qū)的指針next置in，如此類推。輸出時(shí)，首先判斷out=in，若相等，則等待（意味著系統(tǒng)中沒有數(shù)據(jù)可?。?。否則，取出緩沖區(qū)中的信息，將緩沖區(qū)中的next置out； 緩沖池系統(tǒng)較大時(shí)，將會(huì)有許多循環(huán)緩沖，這不僅要消耗大量的內(nèi)存空間，而且其利用率不高。為了提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛采用緩沖池。1）組成空緩沖隊(duì)列 由空緩沖區(qū)所鏈成的隊(duì)列。輸入隊(duì)列 由裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊(duì)列。輸出隊(duì)列 由裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)所鏈成的隊(duì)列

21、。除了上述三個(gè)隊(duì)列外，還應(yīng)有四個(gè)工作緩沖區(qū)，1）用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) 2）用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) 3）用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) 4）用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)。緩沖區(qū)的工作方式緩沖區(qū)可以工作在收容輸入、提取輸入，收容輸出、提取輸出四種工作方式下。收容輸入：在輸入進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，從空緩沖隊(duì)列的隊(duì)首摘下一空緩沖區(qū)，作為收容輸入工作緩沖區(qū)。把數(shù)據(jù)輸入其中，裝滿后把該隊(duì)列掛在輸入隊(duì)列上。提取輸入：當(dāng)計(jì)算進(jìn)程需要數(shù)據(jù)時(shí)，從輸入隊(duì)列取得一緩沖區(qū)，作為提取輸入工作緩沖區(qū)。計(jì)算進(jìn)程從中提取數(shù)據(jù)，計(jì)算完畢后，將該緩沖區(qū)掛到空閑緩沖隊(duì)列上。收容輸出：當(dāng)計(jì)算進(jìn)程需要輸出時(shí)，從空緩沖隊(duì)列隊(duì)首取

22、得一空緩沖，作為收容輸出工作緩沖區(qū)。當(dāng)其中裝滿輸出數(shù)據(jù)時(shí)，將該緩沖區(qū)掛在輸出隊(duì)列末尾。提取輸出：由輸出進(jìn)程調(diào)用，從輸出隊(duì)列的隊(duì)首取得一裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，作為提取輸出緩沖區(qū)。在數(shù)據(jù)提取完畢后將該緩沖區(qū)掛在空緩沖隊(duì)列末尾。5.4 設(shè)備分配系統(tǒng)設(shè)備不允許用戶自行使用，必須由系統(tǒng)統(tǒng)一分配。每當(dāng)進(jìn)程向系統(tǒng)提出i/o請(qǐng)求時(shí)，只要是可能和安全的，設(shè)備分配程序便按照一定的策略，把設(shè)備分配給用戶進(jìn)程。1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)，所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：設(shè)備控制表，控制器控制表，通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表。設(shè)備控制表dct系統(tǒng)為每個(gè)設(shè)備配置了一張?jiān)O(shè)備控制表，用于記錄本設(shè)備的情況。主要內(nèi)容：設(shè)備類型、設(shè)備標(biāo)識(shí)符、設(shè)備狀

23、態(tài)、與此設(shè)備相連的coct、重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)或時(shí)間、等待隊(duì)列的隊(duì)首和隊(duì)尾指針、i/o程序地址等。 控制器控制表和通道控制表、系統(tǒng)設(shè)備表控制器控制表coct：系統(tǒng)為每個(gè)控制器都設(shè)置了一張用于記錄本控制器情況的控制器控制表。包括控制器標(biāo)識(shí)符，狀態(tài)，與控制器相連的通道表指針等。通道控制表chct：系統(tǒng)為每個(gè)通道都設(shè)置了一張用于記錄本通道情況的通道控制表。包括通道標(biāo)識(shí)符，狀態(tài)，與通道相連的控制器表首址，通道隊(duì)列的對(duì)首指針等。系統(tǒng)設(shè)備表sdt：記錄了系統(tǒng)中全部設(shè)備的情況。每個(gè)設(shè)備占用一個(gè)表目，其中包括設(shè)備類型，設(shè)備標(biāo)識(shí)符、設(shè)備控制表及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的入口等項(xiàng)。2 設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素分配設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮下列

24、幾個(gè)屬性：1）設(shè)備的固有屬性2）設(shè)備分配算法 3）設(shè)備分配時(shí)的安全性 4）設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備的固有屬性：設(shè)備的固有屬性有三種情況，分別為獨(dú)占性、共享性和虛擬性。獨(dú)占性設(shè)備：這種設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)，只允許一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占。對(duì)于獨(dú)占設(shè)備，應(yīng)采用獨(dú)享分配策略。這種分配策略的缺點(diǎn)是設(shè)備得不到充分利用，而且有可能引起死鎖。共享性設(shè)備：這種設(shè)備允許多個(gè)進(jìn)程共享。所以可同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程。虛擬設(shè)備：指設(shè)備本身是獨(dú)占設(shè)備，經(jīng)過技術(shù)處理，可把它改造成共享設(shè)備，可將它同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程。設(shè)備分配算法1、先來先服務(wù)算法2、優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先設(shè)備分配中的安全問題1）安全分配方式在這種分配方式中，每當(dāng)進(jìn)程發(fā)出i/o請(qǐng)求時(shí)，便進(jìn)入阻塞狀

25、態(tài)，直至其i/o完成。這種分配方式摒棄了“請(qǐng)求和保持條件”，從而使設(shè)備分配是安全的。2）不安全分配方式在這種分配方式中，進(jìn)程發(fā)出i/o請(qǐng)求后仍繼續(xù)運(yùn)行，需要時(shí)又發(fā)出第二個(gè)i/o請(qǐng)求，第三個(gè)i/o請(qǐng)求。僅當(dāng)進(jìn)程所請(qǐng)求的設(shè)備已被別的進(jìn)程占用時(shí)，才進(jìn)入阻塞狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)操縱多個(gè)設(shè)備。缺點(diǎn)是分配不安全。3 設(shè)備獨(dú)立性為了提高os的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，引入了設(shè)備獨(dú)立性。設(shè)備獨(dú)立性也稱為設(shè)備無(wú)關(guān)性，基本含義是應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性，引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備這兩個(gè)概念。用戶在編制程序時(shí)，使用邏輯設(shè)備名，由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從邏輯設(shè)備到物理設(shè)備（實(shí)際設(shè)備）的轉(zhuǎn)換。用戶能獨(dú)立于

26、具體物理設(shè)備而方便的使用設(shè)備。設(shè)備獨(dú)立性的優(yōu)點(diǎn)：1）設(shè)備分配的靈活性2）易于實(shí)現(xiàn)i/o重定向所謂的i/o重定向指用于i/o操作的設(shè)備可以更換，而不必改變應(yīng)用程序。設(shè)備獨(dú)立性軟件驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)與硬件緊密相關(guān)的軟件。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性，必須在驅(qū)動(dòng)程序之上設(shè)置一層軟件，稱為設(shè)備獨(dú)立性軟件。其主要功能有下面兩點(diǎn)：1)執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作公有操作包括：對(duì)獨(dú)立設(shè)備的 分配和回收；將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名；對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)；緩沖管理；差錯(cuò)控制；2）向用戶層軟件提供統(tǒng)一接口無(wú)論何種設(shè)備，它們向用戶所提供的接口應(yīng)該是相同；邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)1）邏輯設(shè)備表為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的獨(dú)立性，系統(tǒng)必須設(shè)置一張邏

27、輯設(shè)備表lut，用于將應(yīng)用程序中所使用的邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名。在該表的每個(gè)表目中包含三項(xiàng)：邏輯設(shè)備名，物理設(shè)備名和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的入口地址。 邏輯設(shè)備名物理設(shè)備名驅(qū)動(dòng)程序入口地址/dev/try 31024/dev/printer 520462) lut的設(shè)置問題lut的設(shè)置采用兩種方式：第一種方式是在整個(gè)系統(tǒng)中只設(shè)置一張lut。由于系統(tǒng)中所有進(jìn)程的設(shè)備分配情況都記錄在同一張lut中，因而不允許在lut中有相同的邏輯設(shè)備名。這就要求所有的用戶都不使用相同的邏輯設(shè)備名。因而這種方式主要用于單用戶系統(tǒng)中。第二種方式是為每個(gè)用戶設(shè)置一張lut。每當(dāng)用戶登錄時(shí)，便為該用戶建立一個(gè)進(jìn)程，同時(shí)也為之建

28、立一張lut，并將該表放進(jìn)進(jìn)程的pcb中。這種方式通常用于多用戶系統(tǒng)中。 4 獨(dú)占設(shè)備的分配程序系統(tǒng)的設(shè)備分配程序可按下述步驟進(jìn)行設(shè)備分配：1)分配設(shè)備首先根據(jù)i/o請(qǐng)求中的物理設(shè)備名，查找系統(tǒng)設(shè)備表sdt，從中找出該設(shè)備的dct，再根據(jù)dct中的設(shè)備狀態(tài)字段，可知該設(shè)備是否忙。若忙，便請(qǐng)求i/o進(jìn)程的pcb，掛在設(shè)備隊(duì)列上。否則，便按照一定的算法來計(jì)算本次設(shè)備分配的安全性。如果安全，便可以分配。2）分配控制器在系統(tǒng)把設(shè)備分配給請(qǐng)求i/o的進(jìn)程后，再到其dct中找到與該設(shè)備連接的控制器的coct，從coct的狀態(tài)字段中可知該控制器是否忙。若忙，便將請(qǐng)求i/o進(jìn)程的pcb掛在該控制器的等待隊(duì)列上

29、；否則，將控制器分配給該進(jìn)程。3）分配通道在該coct中，又可找到與該控制器連接的通道的chct,再根據(jù)chct的狀態(tài)信息，可知該通道是否忙碌；若忙，將請(qǐng)求i/o的進(jìn)程掛在該通道的等待隊(duì)列上；否則，將通道分配給該進(jìn)程。只有在設(shè)備、控制器和通道三者都分配成功時(shí)，這次分配才算成功。然后，便可啟動(dòng)該i/o設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。分配程序的改進(jìn)上述分配方式有以下問題：一是進(jìn)程以物理設(shè)備名提出i/o請(qǐng)求的。二是采用單通路的i/o系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生瓶頸。應(yīng)采取下列改進(jìn)：1）增加設(shè)備的獨(dú)立性進(jìn)程應(yīng)以邏輯設(shè)備名請(qǐng)求i/o。2）考慮多通路的情況對(duì)控制器和通道的分配，要經(jīng)過多次反復(fù)。5 spooling技術(shù)spooling技術(shù)為解決獨(dú)立設(shè)備數(shù)量少，速度慢，不能滿足眾多進(jìn)程的要求，而且在進(jìn)程獨(dú)占設(shè)備期間，設(shè)備利用率比較低而提出的一種設(shè)備管理技術(shù)。1）什么是spooling為了緩和cpu的高速性與i/o設(shè)備低