chap7設備管理課件

1、第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理第七章第七章 設備管理設備管理 本章學習目標 l l 數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)傳送的4種方式：程序直接控制方式、中種方式：程序直接控制方式、中斷控制方式、斷控制方式、DMA方式及通道控制方式方式及通道控制方式l l 緩沖技術的概念及緩沖技術的概念及4種常見的緩沖技術：單緩種常見的緩沖技術：單緩沖、雙緩沖、環(huán)形緩沖及緩沖池沖、雙緩沖、環(huán)形緩沖及緩沖池l l 設備分配的概念及設備分配的概念及3種設備分配技術：獨享分種設備分配技術：獨享分配、共享分配及虛擬分配配、共享分配及虛擬分配l l I/O進程控制進程控制第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理一、

2、一、 設備類型設備類型 1按操作特性分類按操作特性分類按這種方法可把外部設備分為存儲設備和輸入按這種方法可把外部設備分為存儲設備和輸入/輸出（輸出（I/O）設備。設備。 2按傳輸?shù)男畔⑻攸c分類按傳輸?shù)男畔⑻攸c分類按這種方法可將外部設備分為字符設備和塊設備。按這種方法可將外部設備分為字符設備和塊設備。 3按系統(tǒng)和用戶的觀點分類按系統(tǒng)和用戶的觀點分類按這種觀點可將外部設備分為系統(tǒng)設備和用戶設按這種觀點可將外部設備分為系統(tǒng)設備和用戶設備兩種。備兩種。4按設備的共享屬性分類按設備的共享屬性分類這種分類方式可將這種分類方式可將I/O設備分為如下三類：設備分為如下三類：(1)獨占設備獨占設備 (2) 共享

3、設備共享設備 (3) 虛擬設備虛擬設備7.1概述概述 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理5.按傳輸速率分類第一類是低速設備:這是指其傳輸速率僅為每秒鐘幾個字節(jié)至數(shù)百個字節(jié)的一類設備。屬于低速設備的典型設備有鍵盤、 鼠標器、語音的輸入和輸出等設備。第二類是中速設備:這是指其傳輸速率在每秒鐘數(shù)千個字節(jié)至數(shù)萬個字節(jié)的一類設備。典型的中速設備有行式打印機、激光打印機等。第三類是高速設備: 這是指其傳輸速率在數(shù)百千個字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類設備。 典型的高速設備有磁帶機、 磁盤機、 光盤機等。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理二、二、 設備管理的任務和功能設備管理的任務和功能

4、1設備管理的任務設備管理的任務 提高設備的利用率 設備獨立性字符編碼的獨立性設備處理的一致性2設備管理的功能設備管理的功能（1）監(jiān)視系統(tǒng)中所有設備的狀態(tài)。）監(jiān)視系統(tǒng)中所有設備的狀態(tài)。（2）設備分配。）設備分配。（3）設備控制是設備管理的另一功能，它包）設備控制是設備管理的另一功能，它包括設備驅動和設備中斷處理，具體的工作過程括設備驅動和設備中斷處理，具體的工作過程是在設備處理的程序中發(fā)出驅動某設備工作的是在設備處理的程序中發(fā)出驅動某設備工作的I/O指令后，再執(zhí)行相應的中斷處理。指令后，再執(zhí)行相應的中斷處理。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理7.2 I/O系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構一、控制方

5、式的演變1、程序控制查詢方式在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O設備的低速性， 致使CPU的絕大部分時間都處于等待I/O設備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測試中， 造成對CPU的極大浪費。在該方式中，CPU之所以要不斷地測試I/O設備的狀態(tài)，就是因為在CPU中無中斷機構， 使I/O設備無法向CPU報告它已完成了一個字符的輸入操作。缺點: 處理機與設備串行工作; 消耗大量處理機時間.第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理2、中斷驅動方式在I/O設備輸入每個數(shù)據(jù)的過程中，由于無須CPU干預，因而可使CPU與I/O設備并行工作。僅當輸完一個數(shù)據(jù)時，才需CPU花費極短的時間去做些中斷處理。可

6、見，這樣可使CPU和I/O設備都處于忙碌狀態(tài)，從而提高了整個系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量。例如，從終端輸入一個字符的時間約為100 ms， 而將字符送入終端緩沖區(qū)的時間小于 0.1 ms。 若采用程序I/O方式，CPU約有 99.9 ms的時間處于忙等待中。 采用中斷驅動方式后，CPU可利用這 99.9 ms的時間去做其它事情，而僅用 0.1 ms的時間來處理由控制器發(fā)來的中斷請求。 可見，中斷驅動方式可以成百倍地提高CPU的利用率。 特點: CPU與設備并行工作 設備多時對CPU打擾多第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理3、 直接存儲器訪問直接存儲器訪問DMA I/O控制方式控制方式

7、該方式的特點是： 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊，即在CPU與I/O設備之間，每次傳送至少一個數(shù)據(jù)塊； 所傳送的數(shù)據(jù)是從設備直接送入內存的，或者相反； 僅在傳送一個或多個數(shù)據(jù)塊的開始和結束時，才需CPU干預，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的。可見，DMA方式較之中斷驅動方式，又是成百倍地減少了CPU對I/O的干預，進一步提高了CPU與I/O設備的并行操作程度。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理4、 I/O通道控制方式通道控制方式 I/O通道方式是DMA方式的發(fā)展，它可進一步減少CPU的干預，即把對一個數(shù)據(jù)塊的讀(或寫)為單位的干預，減少為對一組數(shù)據(jù)塊的讀(或寫)及有關的控制和

8、管理為單位的干預。 同時，又可實現(xiàn)CPU、通道和I/O設備三者的并行操作，從而更有效地提高整個系統(tǒng)的資源利用率。例如，當CPU要完成一組相關的讀(或寫)操作及有關控制時，只需向I/O通道發(fā)送一條I/O指令，以給出其所要執(zhí)行的通道程序的首址和要訪問的I/O設備，通道接到該指令后，通過執(zhí)行通道程序便可完成CPU指定的I/O任務。通道控制方式的數(shù)據(jù)過程如下：（1）當進程要求設備輸入時，）當進程要求設備輸入時，CPU發(fā)指令指明發(fā)指令指明I/O操作、設備號和操作、設備號和對應通道。對應通道。（2）對應通道收到）對應通道收到CPU發(fā)來的啟動指令后，讀出內存中的通道指令發(fā)來的啟動指令后，讀出內存中的通道指令

9、程序、設置對應設備的控制狀態(tài)寄存器的初值。程序、設置對應設備的控制狀態(tài)寄存器的初值。（3）設備按通道指令的要求，把數(shù)據(jù)送往內存指定區(qū)域。）設備按通道指令的要求，把數(shù)據(jù)送往內存指定區(qū)域。（4）若傳送結束，）若傳送結束，I/O控制器通過中斷請求線發(fā)中斷信號請求控制器通過中斷請求線發(fā)中斷信號請求CPU做中斷處理。做中斷處理。（5）中斷處理結束后，）中斷處理結束后，CPU返回到被中斷進程處繼續(xù)執(zhí)行。返回到被中斷進程處繼續(xù)執(zhí)行。（6）當進程調度程序選中這個已得到數(shù)據(jù)的進程后，才能進行加工）當進程調度程序選中這個已得到數(shù)據(jù)的進程后，才能進行加工處理。處理。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理1

10、、 程序直接控制方式程序直接控制方式程序直接控制方式是指由程序直接控制內程序直接控制方式是指由程序直接控制內存或存或CPU和外圍設備之間進行信息傳送的和外圍設備之間進行信息傳送的方式。通常又稱為方式。通常又稱為“忙忙等等”方式或循環(huán)方式或循環(huán)測試方式。測試方式。在數(shù)據(jù)傳送過程中，必不可少的一個硬件在數(shù)據(jù)傳送過程中，必不可少的一個硬件設備是設備是I/O控制器，它是操作系統(tǒng)軟件和硬控制器，它是操作系統(tǒng)軟件和硬件設備之間的接口，它接收件設備之間的接口，它接收CPU的命令，的命令，并控制并控制I/O設備進行實際的操作。設備進行實際的操作。二、二、 輸入輸入/輸出控制方式輸出控制方式第七章第七章 設備管

11、理設備管理chap7設備管理下面講述程序直接控制方式的工作過程。由于數(shù)下面講述程序直接控制方式的工作過程。由于數(shù)據(jù)傳送過程中輸入和輸出的情況比較類似，下面據(jù)傳送過程中輸入和輸出的情況比較類似，下面只給出輸出數(shù)據(jù)時的工作過程。只給出輸出數(shù)據(jù)時的工作過程。（1）把一個啟動位為）把一個啟動位為“1”的控制字寫入該設備的控制字寫入該設備的控制狀態(tài)寄存器。的控制狀態(tài)寄存器。（2）將需輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器。）將需輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器。（3）測試控制狀態(tài)寄存中的）測試控制狀態(tài)寄存中的“完成位完成位”，若為，若為0，轉（轉（2），否則轉（），否則轉（4）。）。（4）輸出設備將數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)

12、取走）輸出設備將數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)取走進行實際的輸出。進行實際的輸出。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理2、 中斷控制方式中斷控制方式 （1）進程需要數(shù)據(jù)時，將允許啟動和允許中斷的控制字寫入設）進程需要數(shù)據(jù)時，將允許啟動和允許中斷的控制字寫入設備控制狀態(tài)寄存器中，啟動該設備進行輸入操作。備控制狀態(tài)寄存器中，啟動該設備進行輸入操作。（2）該進程放棄處理機，等待輸入的完成。操作系統(tǒng)進程調度）該進程放棄處理機，等待輸入的完成。操作系統(tǒng)進程調度程序調度其他就緒進程占用處理機。程序調度其他就緒進程占用處理機。（3）當輸入完成時，輸入設備通過中斷請求線向）當輸入完成時，輸入設備通過中斷請

13、求線向CPU發(fā)出中斷發(fā)出中斷請求信號。請求信號。CPU在接收到中斷信號之后，轉向中斷處理程序。在接收到中斷信號之后，轉向中斷處理程序。（4）中斷處理程序首先保護現(xiàn)場，然后把輸入緩沖寄存器中的）中斷處理程序首先保護現(xiàn)場，然后把輸入緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到某一特定單元中去，同時將等待輸入完成的那個進程數(shù)據(jù)傳送到某一特定單元中去，同時將等待輸入完成的那個進程喚醒，進入就緒狀態(tài)，最后恢復現(xiàn)場，并返回到被中斷的進程繼喚醒，進入就緒狀態(tài)，最后恢復現(xiàn)場，并返回到被中斷的進程繼續(xù)執(zhí)行。續(xù)執(zhí)行。（5）在以后的某一時刻，操作系統(tǒng)進程調度程序選中提出的請）在以后的某一時刻，操作系統(tǒng)進程調度程序選中提出的請求并得到獲

14、取數(shù)據(jù)的進程，該進程從約定的內存特定單元中取出求并得到獲取數(shù)據(jù)的進程，該進程從約定的內存特定單元中取出數(shù)據(jù)繼續(xù)工作。數(shù)據(jù)繼續(xù)工作。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理3 、DMA方式方式 DMA方式又稱直接存儲器訪問（方式又稱直接存儲器訪問（Direct Memory Access）方式。其基本思想是在外設和主存之間開辟直接的數(shù)據(jù)方式。其基本思想是在外設和主存之間開辟直接的數(shù)據(jù)交換通路。交換通路。DMA方式的特點是：方式的特點是： （1）數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊。）數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊。 （2）所傳送的數(shù)據(jù)是從設備送內存，或者相反。）所傳送的數(shù)據(jù)是從設備送內存，或者相反。

15、（3）僅在傳送一個或多個數(shù)據(jù)塊的開始和結束時，才需）僅在傳送一個或多個數(shù)據(jù)塊的開始和結束時，才需中斷中斷CPU，請求干預，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在請求干預，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在DMA控制器控制器控制下完成的。控制下完成的。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理DMA控制器與其他部件的關系控制器與其他部件的關系第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理4 、 通道控制方式通道控制方式 通道控制方式與DMA方式相類似，也是一種內存和設備直接進行數(shù)據(jù)交換的方式。與DMA方式不同的是，在通道控制方式中，數(shù)據(jù)傳送方向存放數(shù)據(jù)的內存始址及傳送的數(shù)據(jù)塊長度均由一個專門負責輸入/輸出的硬件通道來控制。

16、另外，DMA方式每臺設備至少需要一個DMA控制器，而通道控制方式中，一個通道可控制多臺設備與內存進行數(shù)據(jù)交換。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理通道控制方式的數(shù)據(jù)過程如下：通道控制方式的數(shù)據(jù)過程如下： （1）當進程要求設備輸入時，）當進程要求設備輸入時，CPU發(fā)指令指明發(fā)指令指明I/O操作、設備操作、設備號和對應通道。號和對應通道。（2）對應通道收到）對應通道收到CPU發(fā)來的啟動指令后，讀出內存中的通發(fā)來的啟動指令后，讀出內存中的通道指令程序、設置對應設備的控制狀態(tài)寄存器的初值。道指令程序、設置對應設備的控制狀態(tài)寄存器的初值。（3）設備按通道指令的要求，把數(shù)據(jù)送往內存指定區(qū)域。

17、）設備按通道指令的要求，把數(shù)據(jù)送往內存指定區(qū)域。（4）若傳送結束，）若傳送結束，I/O控制器通過中斷請求線發(fā)中斷信號請求控制器通過中斷請求線發(fā)中斷信號請求CPU做中斷處理。做中斷處理。（5）中斷處理結束后，）中斷處理結束后，CPU返回到被中斷進程處繼續(xù)執(zhí)行。返回到被中斷進程處繼續(xù)執(zhí)行。（6）當進程調度程序選中這個已得到數(shù)據(jù)的進程后，才能進）當進程調度程序選中這個已得到數(shù)據(jù)的進程后，才能進行加工處理。行加工處理。返回本節(jié)返回本節(jié)第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理每條通道指令應包含以下的內容：每條通道指令應包含以下的內容：（1）操作碼：它規(guī)定指令所執(zhí)行的操作，如讀、）操作碼：它規(guī)定指

18、令所執(zhí)行的操作，如讀、寫等。寫等。（2）內存地址：標明數(shù)據(jù)傳送時內存的首址。）內存地址：標明數(shù)據(jù)傳送時內存的首址。（3）計數(shù)：表示傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。）計數(shù)：表示傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。（4）通道程序結束位）通道程序結束位R0，表示通道程序是否結表示通道程序是否結束。束。 （5）記錄結束標志）記錄結束標志R1，表示所處理的記錄是否表示所處理的記錄是否結束。結束。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理下面給出一個由二條通道指令所構成的簡單下面給出一個由二條通道指令所構成的簡單程序。程序。該程序是將內存中不同地址的數(shù)據(jù)寫成多個該程序是將內存中不同地址的數(shù)據(jù)寫成多個記錄。記錄。操作操作R0R1計

19、數(shù)計數(shù)內存地址內存地址WRITE00801420WRITE011702120第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理 通道方式的數(shù)據(jù)傳送結構通道方式的數(shù)據(jù)傳送結構第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理7.3設備分配設備分配 1設備分配的基本要求設備分配的基本要求 設備分配受設備的固有特性，設備在系統(tǒng)中的配置數(shù)量，用戶應用需求等多方面的限制。兩方面的目標：在系統(tǒng)方面，應最大限度地發(fā)揮設備的效率，分配盡量合理化，避免在分配完成后使占用設備的進程組內產(chǎn)生不安全性，引發(fā)死鎖現(xiàn)象；從用戶方面考慮，應使分配體現(xiàn)設備獨立性，讓用戶面對邏輯設備，而與物理設備無關，從而減輕用戶編程的負擔，提高

20、應用程序的靈活性。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理2設備分配方式設備分配方式 設備分配中的分配方式主要有兩種：靜態(tài)分配與動態(tài)分配。 靜態(tài)分配方式主要適用對獨占型設備的分配，這種類型的分配在使用上必須是互斥地占用，所以往往是在某個作業(yè)執(zhí)行之前，根據(jù)作業(yè)需求，全部一次性分出，當作業(yè)撤離時，再由系統(tǒng)收回。由于是預分配，一般不會引起不安全因素。這種方式主要用在分配設備上，而對數(shù)量較少的通道和設備控制器的分配不能采用此方式。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理動態(tài)分配的方式則是由進程在執(zhí)行中根據(jù)需要來動態(tài)申請外設，資源分配的靈活性大，利用率高。在此方式下，設備不是進行預分

21、配，而是用時才分，運行中的進程當需要與外界交換信息時，通過執(zhí)行系統(tǒng)中的訪管指令，形成訪管中斷，系統(tǒng)響應后進入訪管中斷處理，啟動分配程序工作，完成分配任務。系統(tǒng)必須采取一定的策略加以控制。常見的策略主要是先請求先分配、優(yōu)先級高優(yōu)先級兩種。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理（1）先請求先分配當若干進程申請某一設備的請求得不到滿足時，必須排入等隊列中。這些進程由于申請時的先后次序，故排入等待隊列的次序也是不相同的。當該設備被歸還給系統(tǒng)后，就可以重新分配，此時，系統(tǒng)按進程在等待隊列中排隊的先后次序，將設備分給最早排入等待隊列的那個進程。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理（

22、2）優(yōu)先級高優(yōu)先分配 在此分配對策中，進程的優(yōu)先級起了決定作用。當從等待某設備的進程隊列中挑選下一個可占用設備的進程時，往往按進程所具有的優(yōu)先級來處理：高優(yōu)先級的進程先分配；同優(yōu)先級的，先申請先分配。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理1） 獨享設備的分配獨享設備的分配 所謂獨享設備是指這類設備被分配給一個作業(yè)后，所謂獨享設備是指這類設備被分配給一個作業(yè)后，被這個作業(yè)所獨占使用，其他的任何作業(yè)不能使被這個作業(yè)所獨占使用，其他的任何作業(yè)不能使用，直到該作業(yè)釋放該設備為止。常見的獨享設用，直到該作業(yè)釋放該設備為止。常見的獨享設備有行打印機、光電輸入機等。針對獨享設備，備有行打印機、光

23、電輸入機等。針對獨享設備，系統(tǒng)一般采用靜態(tài)分配方式。即在一個作業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)一般采用靜態(tài)分配方式。即在一個作業(yè)執(zhí)行前，將它所需要使用的這類設備分配給它，當作前，將它所需要使用的這類設備分配給它，當作業(yè)結束撤離時，才將分配給它的獨享設備收回。業(yè)結束撤離時，才將分配給它的獨享設備收回。 3、 設備分配的實現(xiàn)設備分配的實現(xiàn)第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理2） 共享設備的分配共享設備的分配 所謂共享設備是指允許多個用戶共同使用的設備。所謂共享設備是指允許多個用戶共同使用的設備。如磁盤、磁鼓等設備，可由多個進程同時進行訪如磁盤、磁鼓等設備，可由多個進程同時進行訪問。設備的共享有兩層含義：一是

24、指對設備介質問。設備的共享有兩層含義：一是指對設備介質的共享，如磁盤上的各扇區(qū)。二是指對磁盤等驅的共享，如磁盤上的各扇區(qū)。二是指對磁盤等驅動器的共享，多個用戶訪問這些設備上的信息是動器的共享，多個用戶訪問這些設備上的信息是通過驅動器來實現(xiàn)的。通過驅動器來實現(xiàn)的。對共享設備的分配一般采用動態(tài)分配這一方式對共享設備的分配一般采用動態(tài)分配這一方式 。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理7.4設備驅動設備驅動 1設備驅動程序的功設備驅動程序的功能能 （1）實現(xiàn)邏輯設備到物理設備的轉換。）實現(xiàn)邏輯設備到物理設備的轉換。 （2）發(fā)出）發(fā)出I/O命令，啟動相應的命令，啟動相應的I/O設備，完成

25、設備，完成相應的相應的I/O操作。操作。 2設備驅動程序的處理過程設備驅動程序的處理過程不同的設備有不同的設備驅動程序，但設備驅動不同的設備有不同的設備驅動程序，但設備驅動程序大都可分為兩部分，除有能驅動程序大都可分為兩部分，除有能驅動I/O設備工設備工作的驅動程序外，還有設備中斷處理作的驅動程序外，還有設備中斷處理I/O完成后完成后的工作程序。的工作程序。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理補充：補充： 磁盤的訪問時間構成磁盤的訪問時間構成 磁盤的物理構造（如圖）決定了一次磁盤的I/O操作，物理記錄的位置必須由柱面號，磁頭號（盤面號），扇區(qū)號三個參數(shù)共同確定。如何確定這三個參數(shù)是

26、磁盤訪問成功的關鍵。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理找柱面，實質上是由磁臂帶動磁頭沿半徑方向平行移動到指定柱面的工作。在磁盤中，每個盤面都對應一個磁頭，所有磁頭都被固定在唯一的磁臂上，一旦柱面被找到，所有磁頭指向的都是同一柱面。系統(tǒng)中找柱面的操作被稱為查找操作，所花費的移臂時間稱為尋道時間尋道時間。 柱面找出后，磁頭并不與磁道接觸，而要等想訪問的扇區(qū)轉到磁頭所在位置時，磁頭才與扇區(qū)接觸，完成對物理記錄的讀/寫操作。扇區(qū)轉動到磁頭位置的時間稱為旋轉延遲時間延遲時間。 磁頭將扇區(qū)的信息讀到主存或是將主存的信息寫入扇區(qū)都需要時間，這個時間稱為傳輸時間傳輸時間。 第七章第七章 設備管

27、理設備管理chap7設備管理由查找時間、旋轉延遲時間、傳輸時間三部分之和構成了一次磁盤的I/O訪問時間。要使磁盤利用率高，應盡量減少每次I/O操作的訪問時間，增加單位時間內的I/O操作吞吐量。系統(tǒng)應采用一定的管理對策，決定出當有多個訪問請求發(fā)生時，讓哪個訪問者被先訪問？這個管理對策被稱為“驅動調度”。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理具體的磁盤驅動調度算法分為兩部分： “ 移臂調度”：控制的是查找操作的先后次序； “旋轉調度”：控制的是哪個扇區(qū)先被訪問的問題。磁盤工作時，應先完成“移臂調度”，然后再進行“旋轉調度”。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理移臂調度移臂調

28、度 先來先服務查找算法（先來先服務查找算法（FCFS） 這是一種最簡單的移臂調度算法，它只考慮對磁盤請求的先后次序，而不考慮訪問的物理位置，所有對磁盤有I/O請求的進程先去等待隊列中排隊，排在先的先給予服務。該算法對于訪問進程是平等的，先提I/O請求的進程，磁盤先分配給它使用。這種算法當訪問請求分布不好時，可能會造成磁臂反復來回移動，增加總的訪問時間，無法實現(xiàn)查找優(yōu)化，只適用于訪問請求不太多的情況。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理最短查找時間優(yōu)先的算法（最短查找時間優(yōu)先的算法（SSFT，Shortest-Seek-Time-First） 這個算法是FCFS算法的改進。它總是選

29、擇請求 隊列中離當前磁頭所在柱面最近的下一個柱面作為即將訪問的對象，而不管請求訪問者到達請求隊列的先后次序（如圖6-17所示）。此算法克服了FCFS算法中磁臂大幅度來回移動的缺陷，在吞吐量上有所提高。但對訪問者的服務機會是不均衡的，有時會造成內外邊緣磁道上的請求被無限推遲響應的現(xiàn)象。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理掃描算法掃描算法(SCAN) 該算法是為了克服SSTF算法的缺點而提出的一種查找優(yōu)化的算法，在SSTF算法中只考慮了請求訪問的柱面與磁頭當前所處位置的距離，而不考慮磁臂的移動方向。而SCAN算法則既要考慮距離，也要考慮方向，且方向優(yōu)先考慮。 第七章第七章 設備管理設

30、備管理chap7設備管理“電梯調度”算法。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理旋轉調度旋轉調度 通過移臂調度后，確定了訪問的柱面號，當在同一柱面上有多個訪問者等待訪問時，如何安排訪問者的訪問次序？這就是旋轉調度應解決的問題。旋轉調度應以盡量減少旋轉延遲時間為目標。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理“最短延遲時間優(yōu)化”的策略。 該方法以時間為衡量指標，對同一柱面上扇區(qū)的訪問請求不是按申請的先后次序來讀寫，而是經(jīng)過重新排序后再處理，使時間上大大縮短。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理例如：假設號柱面上有四個訪問者，它們的訪問請求次序例如：假設號柱面上有

31、四個訪問者，它們的訪問請求次序如下：如下：請求次序柱面號磁頭號扇區(qū)請求次序柱面號磁頭號扇區(qū)號號（）（）（）（）（）（）（）（）若如不進行優(yōu)化處理，處理完這四個訪問請求可能需要若如不進行優(yōu)化處理，處理完這四個訪問請求可能需要兩周的旋轉時間。而采用（），（），（），（）的兩周的旋轉時間。而采用（），（），（），（）的次序處理，一周就可全部訪問完畢，節(jié)省了一半的時間。次序處理，一周就可全部訪問完畢，節(jié)省了一半的時間。有時幾個訪問請求所需的可能是同一柱面，不同磁頭號有時幾個訪問請求所需的可能是同一柱面，不同磁頭號所對應的是同一扇區(qū)，這樣會造成這些扇區(qū)同時到達磁頭位置所對應的是同一扇區(qū)，這樣會造成這些扇

32、區(qū)同時到達磁頭位置下，這時可以按請求的先后次序，先請求的先讀寫。下，這時可以按請求的先后次序，先請求的先讀寫。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理未考慮讀寫延遲的扇區(qū)編號：扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)6扇區(qū)5扇區(qū)4扇區(qū)3扇區(qū)2扇區(qū)1第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)3扇區(qū)6扇區(qū)2扇區(qū)5扇區(qū)1扇區(qū)4考慮讀寫延遲的扇區(qū)編號(單交錯)：第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理扇區(qū)0扇區(qū)5扇區(qū)2扇區(qū)7扇區(qū)4扇區(qū)1扇區(qū)6扇區(qū)3考慮讀寫延遲的扇區(qū)編號(雙交錯)：第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理一、一、 緩沖的引入緩沖的引入引入緩沖的主要目的有以下幾點

33、。引入緩沖的主要目的有以下幾點。1緩和處理機和緩和處理機和I/O設備間速度不匹配的矛盾設備間速度不匹配的矛盾2減少對減少對CPU的中斷次數(shù)的中斷次數(shù)3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緩沖技術緩沖技術 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理二、二、 單緩沖單緩沖 單緩沖是操作系統(tǒng)提供的最簡單的一種單緩沖是操作系統(tǒng)提供的最簡單的一種緩沖形式。每當一個進程發(fā)出一個緩沖形式。每當一個進程發(fā)出一個I/O請請求時，操作系統(tǒng)便在主存中為之分配一求時，操作系統(tǒng)便在主存中為之分配一緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)用來臨時存放輸入緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)用來臨時存放輸入/輸輸出數(shù)據(jù)。出數(shù)據(jù)。第七章第七章

34、 設備管理設備管理chap7設備管理三、三、 雙緩沖雙緩沖 解決外設之間并行工作的最簡單的辦法是設置雙解決外設之間并行工作的最簡單的辦法是設置雙緩沖。在雙緩沖方案中，具體的做法是為輸入或緩沖。在雙緩沖方案中，具體的做法是為輸入或輸出操作設置兩個緩沖區(qū)輸出操作設置兩個緩沖區(qū)buffer1和和buffer2。雙緩沖方式和單緩沖方式相比，雖然雙緩沖方式雙緩沖方式和單緩沖方式相比，雖然雙緩沖方式能進一步提高能進一步提高CPU和外設的并行程度，并能使輸和外設的并行程度，并能使輸入設備和輸出設備并行工作，但是在實際系統(tǒng)中入設備和輸出設備并行工作，但是在實際系統(tǒng)中很少采用這一方式，這是因為在計算機系統(tǒng)中的很

35、少采用這一方式，這是因為在計算機系統(tǒng)中的外設很多，又有大量的輸入和輸出，同時雙緩沖外設很多，又有大量的輸入和輸出，同時雙緩沖很難匹配設備和很難匹配設備和CPU的處理速度。因此現(xiàn)代計算的處理速度。因此現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中一般使用環(huán)形緩沖或緩沖池結構。機系統(tǒng)中一般使用環(huán)形緩沖或緩沖池結構。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理四、四、 環(huán)形緩沖環(huán)形緩沖環(huán)形緩沖技術是在主存中分配一組大小相等的存環(huán)形緩沖技術是在主存中分配一組大小相等的存儲區(qū)作為緩沖區(qū)，并將這些緩沖區(qū)鏈接起來，每儲區(qū)作為緩沖區(qū)，并將這些緩沖區(qū)鏈接起來，每個緩沖區(qū)中有一個指向下一個緩沖的指針，最后個緩沖區(qū)中有一個指向下一個緩沖的指

36、針，最后一個緩沖區(qū)的指針指向第一個緩沖區(qū)，這樣一個緩沖區(qū)的指針指向第一個緩沖區(qū)，這樣n個個緩沖區(qū)就成了一個環(huán)形。此外，系統(tǒng)中有個緩沖緩沖區(qū)就成了一個環(huán)形。此外，系統(tǒng)中有個緩沖區(qū)鏈首指針指向第一個緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖區(qū)結構區(qū)鏈首指針指向第一個緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖區(qū)結構如圖如圖5.3所示。所示。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理環(huán)形緩沖區(qū)結構環(huán)形緩沖區(qū)結構返回本節(jié)返回本節(jié)第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理五、五、 緩沖池緩沖池從自由主存中分配一組緩沖區(qū)即可構成緩沖池。 1緩沖池的組成緩沖池的組成緩沖池中的緩沖區(qū)一般有以下三種類型：空閑緩沖區(qū)、裝輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)和裝輸出數(shù)據(jù)的緩沖

37、區(qū)。 2緩沖池的工作方式緩沖池的工作方式緩沖區(qū)可以在收容輸入、提取輸入、收容輸出和提取輸出四種方式下工作。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理圖圖 緩沖區(qū)隊列緩沖區(qū)緩沖區(qū)隊列緩沖區(qū)第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理圖圖 緩沖池的工作緩沖區(qū)緩沖池的工作緩沖區(qū)第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理1虛擬設備的分配虛擬設備的分配所謂虛擬設備是指代替獨享設備的那部分存儲空所謂虛擬設備是指代替獨享設備的那部分存儲空間及有關的控制結構。對虛擬設備采用的是虛擬間及有關的控制結構。對虛擬設備采用的是虛擬分配，其過程是：當進程中請求獨享設備時，系分配，其過程是：當進程中請求

38、獨享設備時，系統(tǒng)將共享設備的一部分存儲空間分配給它。進程統(tǒng)將共享設備的一部分存儲空間分配給它。進程與設備交換信息時，系統(tǒng)把要交換的信息存放在與設備交換信息時，系統(tǒng)把要交換的信息存放在這部分存儲空間，在適當?shù)臅r候對信息作相應的這部分存儲空間，在適當?shù)臅r候對信息作相應的處理。如打印時，把要打印的信息送到某個存儲處理。如打印時，把要打印的信息送到某個存儲空間中，在打印機空閑時將存儲空間上的信息送空間中，在打印機空閑時將存儲空間上的信息送到打印機上打印出來。到打印機上打印出來。8.7 虛擬設備的分配與假脫機技術虛擬設備的分配與假脫機技術 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理2假脫機技術假脫

39、機技術通過共享設備來模擬獨享設備所采用的操作是假脫機操作，即在聯(lián)機情況下外部設備設備同時操作。所使用的假脫機技術稱之為假脫機技術。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理3假脫機系統(tǒng)的組成假脫機系統(tǒng)的組成 輸入井和輸出井輸入井和輸出井 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū) 輸入進程和輸出進程輸入進程和輸出進程 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理圖圖 假脫機系統(tǒng)的組成假脫機系統(tǒng)的組成第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理4假脫機系統(tǒng)的特點假脫機系統(tǒng)的特點（1）提高了）提高了I/O速度。從對低速速度。從對低速I/O設備進行的設備進行的I/O操操作變?yōu)閷斎刖?/p>

40、或輸出井的操作，如同脫機操作一作變?yōu)閷斎刖蜉敵鼍牟僮鳎缤摍C操作一樣，提高了樣，提高了I/O速度，緩和了速度，緩和了CPU與低速與低速I/O設備速設備速度不匹配的矛盾。度不匹配的矛盾。（2）設備并沒有分配給任何進程。在輸入井或輸出）設備并沒有分配給任何進程。在輸入井或輸出井中，分配給進程的是一存儲區(qū)和建立一張井中，分配給進程的是一存儲區(qū)和建立一張I/O請求請求表。表。（3）實現(xiàn)了虛擬設備功能。多個進程同時使用一獨）實現(xiàn)了虛擬設備功能。多個進程同時使用一獨享設備，而對每一進程而言，都認為自己獨占這一享設備，而對每一進程而言，都認為自己獨占這一設備，不過，該設備是邏輯上的設備。設備，不過，

41、該設備是邏輯上的設備。第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理1、輸入井和輸出井的作用是什么？ 答：為實現(xiàn)虛擬設備，必須在磁盤上劃出的專用存儲空間，這部分空間就是“井”，其中又分為兩部分：用于存放作業(yè)的初始信息的井是輸入井，存放作業(yè)執(zhí)行結果的是輸出井。 -2、SPOOL系統(tǒng)由哪些部分組成？簡述它們的功能。 答：SPOOL系統(tǒng)由三部分程序組成： 預輸入程序。通過該程序把作業(yè)流中每個作業(yè)的初始信息傳送到“輸入井”保存起來以以備作業(yè)執(zhí)行時使用。 井管理程序：包括井管理讀程序和井管理寫程序兩個功能，井管理讀程序負責從輸入機上讀取文件信息供用戶使用，井管理寫程序負責把作業(yè)執(zhí)行產(chǎn)生的結果保存到輸出

42、井中。 緩輸出程序。它負責查看“輸出井”中是否有待輸出的結果信息，若有則啟動打印機把作業(yè)結果輸出。 -3、實現(xiàn)虛擬設備的主要條件是什么？ 答：實現(xiàn)虛擬設備的硬件條件：大容量磁盤；中斷裝置和通道；中央處理器與通道并行工作的能力。 實現(xiàn)虛擬設備的軟件條件是要求操作系統(tǒng)采用多道程序設計技術。 -4、SPOOL系統(tǒng)為什么能提高獨占設備的利用率？ 答：SPOOL系統(tǒng)借助硬件的中斷裝置和通道技術使得中央處理器與各種外圍設備以及各外圍設備之間均可并行工作。操作系統(tǒng)采用多道程序設計技術，合理分配處理器，實現(xiàn)聯(lián)機的外圍設備同時操作。 作業(yè)執(zhí)行時從磁盤上讀寫信息來代替從輸入機和打印機的讀寫操作，不僅使多個作業(yè)可以

43、同時執(zhí)行，而且加快了作業(yè)的執(zhí)行速度，提高了單位時間內處理作業(yè)的能力。在作業(yè)執(zhí)行的同時還可利用輸入機繼續(xù)預輸入作業(yè)信息和利用打印機輸出結果，于是，整個系統(tǒng)可以是第一批作業(yè)的執(zhí)行結果在打印輸出，第二批作業(yè)正在處理，第三批作業(yè)信息正在預輸入到磁盤的“輸入井”中。 這種聯(lián)機同時操作極大地提高了獨占設備的利用率，也使計算機系統(tǒng)的各種資源被充分利用。5、實現(xiàn)虛擬設備后從哪些方面提高了系統(tǒng)效率? 答：實現(xiàn)虛擬設備后系統(tǒng)從輸入、輸出以及作業(yè)執(zhí)行速度方面均提高了效率。具體如上題答案中所述。 第七章第七章 設備管理設備管理chap7設備管理設有一個長度為L字節(jié)的文件需存放到磁帶上，今劃定磁帶的物理塊長為B，試問：(1)存放該文件需占用多少個磁帶塊？(2)若啟動一次磁帶機可交換8個塊的信息，則讀/寫這個文件需要執(zhí)行多少次輸入輸出操作？(3)若啟動一次磁帶機交換8個塊的信息，為滿足讀/寫該文件信息的需要，應設置主存緩沖區(qū)至少需多少個字節(jié)？答