《操作系統(tǒng)概論》第五章設備管理

1、第5章設備管理椅考情分析本章主要內(nèi)容：1.設備管理的功能設備的分類及獨占設備的分配磁盤的驅(qū)動調(diào)度及其算法設備的啟動與I/O中斷處理 5.緩沖技術和虛擬技術重點：1.設備管理的功能設備的相對號與絕對號磁盤的驅(qū)動調(diào)度 4.SPOOLING本章考試分值約為15分。出題形式多以單選題、多選題、填空題、簡答題、 綜合應用題為王。椅知識網(wǎng)絡圖/設備管理的功能外圍設備的分類外圍設備的分配i殳備的絕對號和相對號 設備的分配移臂調(diào)度磁盤的驅(qū)動調(diào)度 旋轉(zhuǎn)調(diào)度信息的優(yōu)化分布設備管理設備的啟動和I/O中斷處理外圍設備的啟動j-通道程序 t外圍設備的啟動.I/O中斷事件的處理操作正常結(jié)束操作異常結(jié)束-單緩沖 緩沖技術雙

2、緩沖 緩沖池虛擬設備脫機外圍設備操作聯(lián)機同時外圍設備操作椅串講內(nèi)容、設備管理的功能（重點）設備管理的功能實現(xiàn)對外圍設備的分配與回收兇(2)實現(xiàn)外圍設備的啟動實現(xiàn)對磁盤的驅(qū)動調(diào)度處理外圍設備的中斷實現(xiàn)虛擬設備為了提高只能獨占使用的設備利用率，用可共享的設備來模擬獨占型設備，于 是，仿佛獨占使用的設備就變成了可共享的設備。通常，把模擬的獨占型設備成 為虛擬設備。二、外圍設備的分類外圍設備的分類從使用的角度來分析外圍設備的特性，可以把外圍設備分成兩大類：一類是 只能讓一個作業(yè)獨占使用的設備，另一類是可以由幾個作業(yè)同時使用的設備。獨占設備把在作業(yè)執(zhí)行期間只允許一個作業(yè)獨占使用的設備稱為獨占設備?？晒蚕?/p>

3、設備若十個作業(yè)同時使用的設備成為可共享設備?！巴瑫r使用”的含義是指一個 作業(yè)尚未撤離，另一個作業(yè)即可使用，但每一時刻仍只有一個作業(yè)能啟動磁盤， 允許它們交替地啟動。三、獨占設備的分配(重點)設備的絕對號與相對號計算機系統(tǒng)中配置有各種不同類型的外圍設備，每一類外圍設備又可以有多 臺。為了對這些設備進行管理，計算機系統(tǒng)為每一臺設備確定一個編號，以便區(qū) 分和識別，這個確定的編號稱為設備的絕對號。用戶可以把自己要求使用的若干臺同類設備給出編號，由用戶給出的設備編 號稱為相對號。用戶總是“用設備類相對號”來提出設備的要求。設備的分配用戶編制程序時使用的設備與實際能占用的設備無關。設備的這種特性稱為 設備

4、的獨立性。具有設備獨立性的計算機系統(tǒng)，在分配設備時適應性好，靈活性 強。設備獨立性的優(yōu)點：系統(tǒng)只要從指定的那一類設備中找出“好的且尚未分配的”的設備來 進行分配。萬一用戶使用的設備出了故障，系統(tǒng)就可以從同類設備中找另一臺“好的勺且尚未分配的”設備來替換。四、磁盤的驅(qū)動調(diào)度(重點)訪問磁盤時必須給出：柱面號、磁頭號、扇區(qū)號訪問磁盤所花的時間：尋找時間、延遲時間、傳送時間可執(zhí)行一次信息傳送傳輸操作所花的時間有三部分：（1）尋找時間磁頭在移動臂帶動下移動到指定柱面所需的時間。 花費的時間較長。（2）延遲時間指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭位置所需的時間。這與信息所 在的扇區(qū)位置有關。（3）傳送時間一一由磁頭把扇區(qū)

5、中信息讀到主存儲器或把主存儲器中 信息寫到扇區(qū)中所需的時間。驅(qū)動調(diào)度系統(tǒng)采用一定的調(diào)度策略來決定各等待訪問者的執(zhí)行次序，這項決定等待訪 問者執(zhí)行次序的工作稱為驅(qū)動調(diào)度，采用的調(diào)度策略稱為驅(qū)動調(diào)度算法。驅(qū)動調(diào)度包括“移臂調(diào)度”和“旋轉(zhuǎn)調(diào)度”兩部分。一般總是先進行移臂調(diào) 度，再進行旋轉(zhuǎn)調(diào)度。移臂調(diào)度的目標是盡可能地減少尋找時間，旋轉(zhuǎn)調(diào)度的目 標是盡可能地減少延遲時間。（重點）移臂調(diào)度是根據(jù)等待訪問者欲訪問的柱面位置來進行調(diào)度的。（1）“先來先服務”算法基本思想：按請求者的先后次序來滿足其訪問請求。（2）“最短尋找時間優(yōu)先”算法基本思想：距離當前柱面最近且未被訪問過的請求者先被滿足其訪問請求。（3）

6、“電梯調(diào)度”算法基本思想：在移動臂的移動方向上距離當前柱面最近且未被訪問過的請求者 先被滿足請求，滿足該方向上最高（低）的服務請求后，反方向執(zhí)行?！白疃虒ふ視r間優(yōu)先算法”和“電梯調(diào)度算法”的區(qū)別是什么？答：它們都是要盡量減少移動臂時所花的時間。不同點：“最短尋找時間優(yōu) 先算法”不考慮臂的移動方向，總是優(yōu)先選擇離當前位置最近的那個柱面的訪問 者，這種選擇可能導致移動臂來回改變移動方向；“電梯調(diào)度算法”是沿著臂的 移動方向去選擇，僅當沿臂移動方向無等待訪問者時才改變臂的移動方向。旋轉(zhuǎn)調(diào)度的定義根據(jù)延遲時間來決定執(zhí)行次序的調(diào)度成為旋轉(zhuǎn)調(diào)度。在進行旋轉(zhuǎn)調(diào)度時應區(qū)分如下幾種情況：（1）若干請求者要訪問同

7、一磁頭下的不同扇區(qū)；（2）若干請求者要訪問不同磁頭下的不同編號的扇區(qū)；（3）若干請求者要訪問不同磁頭下具有相同編號的扇區(qū)?！纠浚河兴膫€訪問5號柱面的訪問者，它們的訪問要求如下：4主、辱請求次序柱回號磁頭號扇區(qū)號(1)541(2)515545目(4)528進行旋轉(zhuǎn)調(diào)度后使得它們的執(zhí)行次序是(1), (2), (4), (3)；或(1), (3), (2)。其中第(2), (3)兩個請求都是訪問第5個扇區(qū)，當?shù)?個扇區(qū)旋 轉(zhuǎn)到磁頭位置下時，只有其中一個請求可執(zhí)行傳動操作，而另一個請求者升微等 磁盤再一次把第5個扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭位置下才能執(zhí)行。(重點)信息優(yōu)化的分布我們把磁道上的位置重新安排一下，安

8、排成最優(yōu)分布，即當讀出一個記錄并 處理后，讀寫磁頭正好處于順序的下一個記錄位置，因而就不必花費等待延遲時 間，而可立即讀出記錄稱為是信息的優(yōu)化分布。優(yōu)點：減少延遲時間，從而縮短 了輸入輸出時間?！纠浚杭俣炒疟P的旋轉(zhuǎn)速度是每圈20毫秒，格式化時每個盤面被分成 10個扇區(qū)，現(xiàn)有10個邏輯記錄A、B、C、D、E、F、G、H、I和J，存放在同一 磁道的各扇區(qū)中，具體安排如下：扇區(qū)號邏輯記錄1A2B3C4D5E6F7G8H9I10J處理程序要順序讀出并處理這些記錄，每讀出一個記錄后，處理長呢工序要 花4毫秒的時間進行處理，然后再順序讀下一個記錄并處理，直到處理完這些記 錄。假定第一個記錄已在磁頭位置

9、下，請回答：順序處理完這10個邏輯記錄總共需花費多少時間？請調(diào)整這10個邏輯記錄的存放位置，使處理程序能在最短時間內(nèi)處 理完這10個邏輯記錄，并計算需花費的最短時間。解：(1) 10X(2+4) +2X7X9=186 (毫秒)(2)優(yōu)化分布：1, 8, 5, 2, 9, 6, 3, 10, 7, 4。10X(2+4) =60 (毫秒)答：順序處理完這10個邏輯記錄總共需花費186毫秒。優(yōu)化分布后需花費60毫秒。五、設備的啟動和I/O中斷處理常用術語的定義主存儲器與外圍設備之間的信息傳送操作稱為輸入輸出操作。通道能單獨地完成輸入輸出操作，所以把通道也稱為輸入輸出處理機。CPU啟動通道工作時，告訴

10、通道“做什么”和“怎么做”的命令稱為CCW， 即通道命令。由通道命令組成的程序稱為通道程序。2通道程序由命令碼、數(shù)據(jù)主存地址、傳送字節(jié)個數(shù)以及標志碼等組成。命令碼分成三類：數(shù)據(jù)傳輸類、通道轉(zhuǎn)移類、設備控制類。（ 了解）外圍設備的啟動通道地址字（CAW）：存放通道程序起始地址的主存固定單元稱為CAW。通道狀態(tài)字（CSW）:記錄并控制通道執(zhí)行情況的主存固定單元稱為CSW。（了解）I/O中斷事件的處理I/O中斷事件或是由于通道程序的執(zhí)行而引起，或是由于外界的原因而弓 起。I/O中斷事件的處理原則：操作正常處理、操作異常處理。六、緩沖技術（了解）緩沖技術的定義操作系統(tǒng)中把利用緩沖區(qū)來緩解處理器與外圍設備之間工作速度不匹配的 矛盾而采用的技術稱為緩沖技術。操作系統(tǒng)中采用的緩沖技術有：單緩沖技術、雙緩沖技術和緩沖池技術。七、虛擬設備虛擬設備為提高獨占設備的效率，用共享設備來模擬獨占設備的工作，這種模擬得到 的獨占設備成為虛擬設備。優(yōu)點：（1）提高了獨占設備的利用率，（2）提高了作 業(yè)的執(zhí)行速度。缺點：延長了作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間。實現(xiàn)虛擬設備的軟硬件條件：（1） 軟件：多道程序設計、必須有“預輸入”程序、“井管理”程序、“緩輸出”程序。（2）硬件基礎（條件）：中斷裝置和通道技術?！邦A輸入程序”把作業(yè)流中的作業(yè)信息傳動到“輸入井”保存。作業(yè)被選中執(zhí) 行時不必再啟