最新-計算機操作系統(tǒng)第三版ppt_重難點5-PPT課件

1、第五章 設(shè)備管理 5.1 I/O系統(tǒng) 5.2 I/O控制方式 5.3 緩沖管理 5.4 設(shè)備分配 5.5 設(shè)備處理 5.6 磁盤存儲器管理 5.1 I/O 系 統(tǒng) 5.1.1 I/O設(shè)備 1. I/O設(shè)備的類型 1) 按傳輸速率分類 按傳輸速度的高低，可將I/O設(shè)備分為三類。 低速設(shè)備 中速設(shè)備 高速設(shè)備第一類是低速設(shè)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(shè)備。屬于低速設(shè)備的典型設(shè)備有鍵盤、 鼠標器、語音的輸入和輸出等設(shè)備。第二類是中速設(shè)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(shè)備。典型的中速設(shè)備有行式打印機、激光打印機等。第三類是高速設(shè)備， 這是指其傳輸速率

2、在數(shù)百千個字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類設(shè)備。 典型的高速設(shè)備有磁帶機、 磁盤機、 光盤機等。 2) 按信息交換的單位分類 可將I/O設(shè)備分成兩類。第一類是塊設(shè)備(Block Device)，這類設(shè)備用于存儲信息。 由于信息的存取總是以數(shù)據(jù)塊為單位， 故而得名。 它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備。典型的塊設(shè)備是磁盤，每個盤塊的大小為512 B4 KB。磁盤設(shè)備的基本特征是其傳輸速率較高，通常每秒鐘為幾兆位；另一特征是可尋址，即對它可隨機地讀/寫任一塊；此外，磁盤設(shè)備的I/O常采用DMA方式。 第二類是字符設(shè)備(Character Device)，用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。 其基本單位是字符， 故稱為字符設(shè)備。3) 按設(shè)備

3、的共享屬性分類這種分類方式可將I/O設(shè)備分為如下三類：獨占設(shè)備。 (2) 共享設(shè)備。 (3) 虛擬設(shè)備。 2. 設(shè)備與控制器之間的接口設(shè)備通常不直接與cpu相連，而是與設(shè)備控制器相連，三種信號線。 圖 5-1 設(shè)備與控制器間的接口 5.1.2 設(shè)備控制器1. 設(shè)備控制器的基本功能 接收和識別命令 2) 數(shù)據(jù)交換 3) 標識和報告設(shè)備的狀態(tài) 4) 地址識別 5) 數(shù)據(jù)緩沖 6) 差錯控制 2. 設(shè)備控制器的組成 圖 5-2 設(shè)備控制器的組成 5.1.3 I/O通道 1. I/O通道(I/O Channel)設(shè)備的引入 實際上，I/O通道是一種特殊的處理機。它具有執(zhí)行I/O指令的能力，并通過執(zhí)行通

4、道(I/O)程序來控制I/O操作。但I/O通道又與一般的處理機不同，主要表現(xiàn)在以下兩個方面： 一是其指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡單， 其所能執(zhí)行的命令，主要局限于與I/O操作有關(guān)的指令； 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， 換言之，是通道與CPU共享內(nèi)存。 2. 通道類型 1) 字節(jié)多路通道(Byte Multiplexor Channel) 圖 5-3 字節(jié)多路通道的工作原理 2) 數(shù)組選擇通道(Block Selector Channel) 字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備，這推動了按數(shù)組方式進行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成。這種通道雖然可以連接多臺

5、高速設(shè)備，但由于它只含有一個分配型子通道，在一段時間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序， 控制一臺設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送， 致使當某臺設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨占， 即使是它無數(shù)據(jù)傳送，通道被閑置， 也不允許其它設(shè)備使用該通道， 直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道?？梢?，這種通道的利用率很低。 3) 數(shù)組多路通道(Block Multiplexor Channel) 數(shù)組選擇通道雖有很高的傳輸速率，但它卻每次只允許一個設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道(設(shè)備)分時并行操作的優(yōu)點相結(jié)合而形成的一種新通道。它含有多個非分配型子通道， 因而這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，

6、又能獲得令人滿意的通道利用率。也正因此，才使該通道能被廣泛地用于連接多臺高、中速的外圍設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是按數(shù)組方式進行的。 3. “瓶頸”問題 圖 5-4 單通路I/O系統(tǒng) 圖 5-5 多通路I/O系統(tǒng) 5.1.4 總線系統(tǒng) 圖 5-6 總線型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. ISA和EISA總線 1) ISA(Industry Standard Architecture)總線 這是為了1984年推出的80286型微機而設(shè)計的總線結(jié)構(gòu)。 其總線的帶寬為8位，最高傳輸速率為2 Mb/s。之后不久又推出了16位的(EISA)總線，其最高傳輸速率為8 Mb/s，后又升至16 Mb/s， 能連接12臺設(shè)備。 2)

7、 EISA(Extended ISA)總線 到80年代末期，ISA總線已難于滿足帶寬和傳輸速率的要求， 于是人們又開發(fā)出擴展ISA(EISA)總線，其帶寬為32位，總線的傳輸速率高達32 Mb/s，同樣可以連接12臺外部設(shè)備。 2. 局部總線(Local Bus) VESA(Video Electronic Standard Association)總線 2) PCI(Peripheral Component Interface)總線 5.2 I/O控制方式 5.2.1 程序I/O方式 在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O設(shè)備的低速性， 致使CPU的絕大部分時間都處于等待I/O設(shè)備完

8、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(shè)備的狀態(tài)，就是因為在CPU中無中斷機構(gòu)， 使I/O設(shè)備無法向CPU報告它已完成了一個字符的輸入操作。 圖 5-7 程序I/O和中斷驅(qū)動方式的流程 5.2.2 中斷驅(qū)動I/O控制方式 在I/O設(shè)備輸入每個數(shù)據(jù)的過程中，由于無須CPU干預(yù)，因而可使CPU與I/O設(shè)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?？梢?，這樣可使CPU和I/O設(shè)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

9、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(qū)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(qū)動方式可以成百倍地提高CPU的利用率。 5.2.3 直接存儲器訪問DMA I/O控制方式 1. DMA(Direct Memory Access)控制方式的引入 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(shè)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(shè)備直接送入內(nèi)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(jié)束時，才需CPU干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)

10、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(qū)動方式，又是成百倍地減少了CPU對I/O的干預(yù)，進一步提高了CPU與I/O設(shè)備的并行操作程度。 2. DMA控制器的組成 圖 5-8 DMA控制器的組成 為了實現(xiàn)在主機與控制器之間成塊數(shù)據(jù)的直接交換， 必須在DMA控制器中設(shè)置如下四類寄存器： (1) 命令/狀態(tài)寄存器CR。用于接收從CPU發(fā)來的I/O命令或有關(guān)控制信息， 或設(shè)備的狀態(tài)。 (2) 內(nèi)存地址寄存器MAR。在輸入時，它存放把數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到內(nèi)存的起始目標地址；在輸出時，它存放由內(nèi)存到設(shè)備的內(nèi)存源地址。 (3) 數(shù)據(jù)寄存器DR。用于暫存從設(shè)備到內(nèi)存，或從內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù)。 (4

11、) 數(shù)據(jù)計數(shù)器DC。 存放本次CPU要讀或?qū)懙淖?節(jié))數(shù)。 3. DMA工作過程 圖 5-9 DMA方式的工作流程 5.2.4 I/O通道控制方式 1. I/O通道控制方式的引入 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(yù)，即把對一個數(shù)據(jù)塊的讀(或?qū)?為單位的干預(yù)，減少為對一組數(shù)據(jù)塊的讀(或?qū)?及有關(guān)的控制和管理為單位的干預(yù)。 同時，又可實現(xiàn)CPU、通道和I/O設(shè)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(guān)的讀(或?qū)?操作及有關(guān)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(shè)備，通道接到該指

12、令后，通過執(zhí)行通道程序便可完成CPU指定的I/O任務(wù)。 2. 通道程序 操作碼。(什么工作) (2) 內(nèi)存地址。 (3) 計數(shù)。 （讀取多少字節(jié)）(4) 通道程序結(jié)束位P。 (5) 記錄結(jié)束標志R。 操作 PR計數(shù)內(nèi)存地址WRITE 0080813WRITE001401034WRITE01605830WRITE013002000WRITE002501850WRITE112507205.3 緩 沖 管 理 5.3.1 緩沖的引入 緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。 (2) 減少對CPU的中斷頻率， 放寬對CPU中斷響應(yīng)時間的限制。 (3) 提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行性。 圖 5-1

13、0 利用緩沖寄存器實現(xiàn)緩沖 5.3.2 單緩沖和雙緩沖 1. 單緩沖(Single Buffer) 圖 5-11 單緩沖工作示意圖 2. 雙緩沖(Double Buffer) 圖 5-12 雙緩沖工作示意圖 圖 5-13 雙機通信時緩沖區(qū)的設(shè)置 5.3.3 循環(huán)緩沖 1. 循環(huán)緩沖的組成 圖 5-14 循環(huán)緩沖 2. 循環(huán)緩沖區(qū)的使用 Getbuf過程。計算進程current = Nextg，且將G-CNextg下移輸入進程current = Nexti，且將R-CNexti下移Releasebuf過程。計算進程C-R輸入進程C-G 3. 進程同步 Nexti指針追趕上Nextg指針。（滿）(

14、2) Nextg指針追趕上Nexti指針。 （空）5.3.4 緩沖池(Buffer Pool) 1. 緩沖池的組成 1. 緩沖池的組成 對于既可用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池，其中至少應(yīng)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)； 裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。 為了管理上的方便，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： （1）空緩沖隊列emq。 (2) 輸入隊列inq。 (3) 輸出隊列outq。 四種工作緩沖區(qū)用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)(hin)用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)(sin)用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)(hout)用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)(

15、sout)2. Getbuf過程和Putbuf過程 Getbuf(type)過程。用于從type所指示的隊列的對手摘下一個緩沖區(qū)。Putbuf(type, number)。該過程用于將參數(shù)number所指示的緩沖區(qū)，掛在type隊列上。 Procedure Getbuf(type) begin Wait(RS(type); Wait(MS(type); B(number)KG-*3=Takebuf(type); Signal(MS(type); end Procedure Putbuf(type, number) begin Wait(MS(type); Addbuf(type, number

16、); Signal(MS(type); Signal(RS(type); end 3. 緩沖區(qū)的工作方式 圖 5-15 緩沖區(qū)的工作方式 收容輸入外設(shè)到緩沖區(qū)Getbuf(emq)作為收容輸入工作緩沖區(qū)hin 輸入進程輸入完畢Putbuf(inq, hin)提取輸入緩沖區(qū)到用戶程序Getbuf(inq)作為提取輸入工作緩沖區(qū)sin計算進程提取完畢Putbuf(emq, sin)收容輸出用戶區(qū)到緩沖區(qū)Getbuf(emq)作為收容輸出工作緩沖區(qū)hout裝載完畢Putbuf(outq, hout)提取輸出緩沖區(qū)到外設(shè)Getbuf(outq)作為提取輸出工作緩沖區(qū)sout輸出完畢Putbuf(emq

17、, sout)5.4 設(shè) 備 分 配 5.4.1 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1. 設(shè)備控制表DCT 圖 5-16 設(shè)備控制表 2. 控制器控制表、 通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表 圖 5-17 COCT、 CHCT和SDT表 5.4.2 設(shè)備分配時應(yīng)考慮的因素 1. 設(shè)備的固有屬性 獨享設(shè)備。（獨占設(shè)備，設(shè)備不能充分利用） (2) 共享設(shè)備。（考慮先后次序） (3) 虛擬設(shè)備。 （考慮先后次序）2. 設(shè)備分配算法 先來先服務(wù)。 (2) 優(yōu)先級高者優(yōu)先。 3. 設(shè)備分配中的安全性 安全分配方式 不安全分配方式 5.4.3 設(shè)備獨立性 1. 設(shè)備獨立性(Device Independence)的概念 為了提高

18、OS的可適應(yīng)性和可擴展性，在現(xiàn)代OS中都毫無例外地實現(xiàn)了設(shè)備獨立性，也稱為設(shè)備無關(guān)性。 其基本含義是： 應(yīng)用程序獨立于具體使用的物理設(shè)備。為了實現(xiàn)設(shè)備獨立性而引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備這兩個概念。在應(yīng)用程序中， 使用邏輯設(shè)備名稱來請求使用某類設(shè)備；而系統(tǒng)在實際執(zhí)行時， 還必須使用物理設(shè)備名稱。因此，系統(tǒng)須具有將邏輯設(shè)備名稱轉(zhuǎn)換為某物理設(shè)備名稱的功能，這非常類似于存儲器管理中所介紹的邏輯地址和物理地址的概念。 在實現(xiàn)了設(shè)備獨立性的功能后， 可帶來以下兩方面的好處。 1) 設(shè)備分配時的靈活性 2) 易于實現(xiàn)I/O重定向 2. 設(shè)備獨立性軟件 1) 執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作 這些公有操作包括： 對獨立設(shè)

19、備的分配與回收； 將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名，進一步可以找到相應(yīng)物理設(shè)備的驅(qū)動程序； 對設(shè)備進行保護，禁止用戶直接訪問設(shè)備； 緩沖管理，即對字符設(shè)備和塊設(shè)備的緩沖區(qū)進行有效的管理， 以提高I/O的效率； 差錯控制。由于在I/O操作中的絕大多數(shù)錯誤都與設(shè)備無關(guān)，故主要由設(shè)備驅(qū)動程序處理，而設(shè)備獨立性軟件只處理那些設(shè)備驅(qū)動程序無法處理的錯誤。 2) 向用戶層(或文件層)軟件提供統(tǒng)一接口 無論何種設(shè)備， 它們向用戶所提供的接口應(yīng)該是相同的。 例如， 對各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用read; 而對各種設(shè)備的寫操作，也都使用write。 3. 邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實現(xiàn) 邏輯設(shè)備表（三項

20、）2) LUT的設(shè)置問題 （兩種）系統(tǒng)中只有一張LUT每個用戶有一張LUT圖 5-18 邏輯設(shè)備表 5.4.4 獨占設(shè)備的分配程序 1. 基本的設(shè)備分配程序 分配設(shè)備 2) 分配控制器 3) 分配通道SDTDCTCOCTCHCT 2. 設(shè)備分配程序的改進 增加設(shè)備的獨立性 2) 考慮多通路情況 5.4.5 SPOOLing技術(shù) 1. 什么是SPOOLing 為了緩和CPU的高速性與I/O設(shè)備低速性間的矛盾而引入了脫機輸入、 脫機輸出技術(shù)。 該技術(shù)是利用專門的外圍控制機， 將低速I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；或者相反。事實上， 當系統(tǒng)中引入了多道程序技術(shù)后，完全可以利用其中的一道程序，來模

21、擬脫機輸入時的外圍控制機功能，把低速I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；再用另一道程序來模擬脫機輸出時外圍控制機的功能，把數(shù)據(jù)從磁盤傳送到低速輸出設(shè)備上。這樣，便可在主機的直接控制下，實現(xiàn)脫機輸入、 輸出功能。 此時的外圍操作與CPU對數(shù)據(jù)的處理同時進行， 我們把這種在聯(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。 2. SPOOLing系統(tǒng)的組成 圖 5-19 SPOOLing系統(tǒng)的組成 輸入井和輸出井。（磁盤，模擬脫機輸入輸出時的磁盤或磁帶）輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。（匹配CPU與磁

22、盤的速度不匹配，在內(nèi)存中）輸入進程SPi和輸出進程SPo（模擬外圍處理機）3. 共享打印機 共享打印機技術(shù)已被廣泛地用于多用戶系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)中。 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。 4. SPOOLing系統(tǒng)的特點 提高了I/O的速度。 (2) 將獨占設(shè)備改造為共享設(shè)備。 (3) 實現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。 5.5 設(shè) 備

23、處 理 5.5.1 設(shè)備驅(qū)動程序的功能和特點 1. 設(shè)備驅(qū)動程序的功能 (1) 接收由I/O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，將磁盤塊號轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面、 磁道號及扇區(qū)號。 (2) 檢查用戶I/O請求的合法性，了解I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。 (3) 發(fā)出I/O命令，如果設(shè)備空閑，便立即啟動I/O設(shè)備去完成指定的I/O操作；如果設(shè)備處于忙碌狀態(tài)，則將請求者的請求塊掛在設(shè)備隊列上等待。 (4) 及時響應(yīng)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(yīng)的中斷處理程序進行處理。 (5) 對于設(shè)置有通道的計算機系統(tǒng)，驅(qū)動程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶

24、的I/O請求，自動地構(gòu)成通道程序。 2. 設(shè)備處理方式 (1) 為每一類設(shè)備設(shè)置一個進程，專門用于執(zhí)行這類設(shè)備的I/O操作 . (2) 在整個系統(tǒng)中設(shè)置一個I/O進程，專門用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的I/O操作。 (3) 不設(shè)置專門的設(shè)備處理進程，而只為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序(模塊)， 供用戶進程或系統(tǒng)進程調(diào)用。 3. 設(shè)備驅(qū)動程序的特點 (1) 驅(qū)動程序主要是指在請求I/O的進程與設(shè)備控制器之間的一個通信和轉(zhuǎn)換程序。 (2) 驅(qū)動程序與設(shè)備控制器和I/O設(shè)備的硬件特性緊密相關(guān)， 因而對不同類型的設(shè)備應(yīng)配置不同的驅(qū)動程序。 (3) 驅(qū)動程序與I/O設(shè)備所采用的I/O控制方式緊密相關(guān)。

25、(4) 由于驅(qū)動程序與硬件緊密相關(guān)， 因而其中的一部分必須用匯編語言書寫。 5.5.2 設(shè)備驅(qū)動程序的處理過程 將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 2. 檢查I/O請求的合法性 3. 讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài) 4. 傳送必要的參數(shù) 5. 工作方式的設(shè)置 6. 啟動I/O設(shè)備 5.5.3 中斷處理程序的處理過程 1. 喚醒被阻塞的驅(qū)動程序進程 2. 保護被中斷的CPU環(huán)境 3. 轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序 4. 中斷處理5. 恢復(fù)中斷進程的現(xiàn)場圖 5-20 中斷現(xiàn)場保護示意圖 圖 5-21 中斷處理流程5.6 磁盤存儲器管理盤片磁道軸磁頭移動臂柱面5.6.1 磁盤性能簡述 1. 數(shù)據(jù)的組織和格式 圖 5-22 磁

26、盤的格式化 2. 磁盤的類型 1) 固定頭磁盤 這種磁盤在每條磁道上都有一讀/寫磁頭，所有的磁頭都被裝在一剛性磁臂中。通過這些磁頭可訪問所有各磁道，并進行并行讀/寫，有效地提高了磁盤的I/O速度。 這種結(jié)構(gòu)的磁盤主要用于大容量磁盤上。 2) 移動頭磁盤 每一個盤面僅配有一個磁頭，也被裝入磁臂中。為能訪問該盤面上的所有磁道，該磁頭必須能移動以進行尋道?？梢?，移動磁頭僅能以串行方式讀/寫，致使其I/O速度較慢；但由于其結(jié)構(gòu)簡單， 故仍廣泛應(yīng)用于中小型磁盤設(shè)備中。 3. 磁盤訪問時間 1) 尋道時間Ts 這是指把磁臂(磁頭)移動到指定磁道上所經(jīng)歷的時間。該時間是啟動磁臂的時間s與磁頭移動n條磁道所花

27、費的時間之和， 即Ts=mn+s其中，m是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動器的速度有關(guān)，對一般磁盤， m=0.2；對高速磁盤，m0.1,磁臂的啟動時間約為2 ms。 這樣，對一般的溫盤， 其尋道時間將隨尋道距離的增加而增大， 大體上是530 ms。 2) 旋轉(zhuǎn)延遲時間T 這是指定扇區(qū)移動到磁頭下面所經(jīng)歷的時間。對于硬盤，典型的旋轉(zhuǎn)速度大多為5400 r/min，每轉(zhuǎn)需時11.1 ms，平均旋轉(zhuǎn)延遲時間T為5.55 ms；對于軟盤，其旋轉(zhuǎn)速度為300 r/min或600 r/min，這樣，平均T為50100 ms。 3) 傳輸時間Tt 這是指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時間。 Tt的大小與每次所讀

28、/寫的字節(jié)數(shù)b和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)： 其中，r為磁盤每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；N為一條磁道上的字節(jié)數(shù)， 當一次讀/寫的字節(jié)數(shù)相當于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時，Tt與T相同， 因此， 可將訪問時間Ta表示為： 5.6.2 磁盤調(diào)度1. 先來先服務(wù)FCFS(First-Come, First Served) 圖 5-23 FCFS調(diào)度算法2. 最短尋道時間優(yōu)先SSTF(Shortest Seek Time First) 圖 5-24 SSTF調(diào)度算法 3. 掃描(SCAN)算法 1) 進程“饑餓”現(xiàn)象 SSTF算法雖然能獲得較好的尋道性能， 但卻可能導(dǎo)致某個進程發(fā)生“饑餓”(Starvation)現(xiàn)象。因為只要不斷有新進

29、程的請求到達， 且其所要訪問的磁道與磁頭當前所在磁道的距離較近，這種新進程的I/O請求必須優(yōu)先滿足。對SSTF算法略加修改后所形成的SCAN算法， 即可防止老進程出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象。 2) SCAN算法 圖 5-25 SCAN調(diào)度算法示例4. 循環(huán)掃描(CSCAN)算法 圖 5-26 CSCAN調(diào)度算法示例35.85. N-Step-SCAN和FSCAN調(diào)度算法 1) N-Step-SCAN算法 在SSTF、 SCAN及CSCAN幾種調(diào)度算法中， 都可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動的情況， 例如，有一個或幾個進程對某一磁道有較高的訪問頻率， 即這個(些)進程反復(fù)請求對某一磁道的I/O操作，從而壟斷了整

30、個磁盤設(shè)備。 我們把這一現(xiàn)象稱為“磁臂粘著”(Armstickiness)。在高密度磁盤上容易出現(xiàn)此情況。 N步SCAN算法是將磁盤請求隊列分成若干個長度為N的子隊列，磁盤調(diào)度將按FCFS算法依次處理這些子隊列。 而每處理一個隊列時又是按SCAN算法，對一個隊列處理完后，再處理其他隊列。 當正在處理某子隊列時，如果又出現(xiàn)新的磁盤I/O請求，便將新請求進程放入其他隊列，這樣就可避免出現(xiàn)粘著現(xiàn)象。 當N值取得很大時，會使N步掃描法的性能接近于SCAN算法的性能； 當N=1時， N步SCAN算法便蛻化為FCFS算法。 2) FSCAN算法 FSCAN算法實質(zhì)上是N步SCAN算法的簡化， 即FSCAN只將磁盤請求隊列分成兩個子隊列。一個是由當前所有請求磁盤I/O的進程形成的隊列，由磁盤調(diào)度按SCAN算法進行處理。在掃描期間，將新出現(xiàn)的所有請求磁盤I/O的進程， 放入另一個等待處理的請求隊列。這樣，所有的新請求都將被推遲到下一次掃描時處理。 5.6.3 磁盤高速緩存(Disk Cache) 1. 磁盤高速緩存的形式 是指利用內(nèi)存中的存儲空間，來暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息。因此，這里的高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤， 而物理上是駐留