設(shè)備分配論文

1、操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用（考核論文）題目：設(shè)備分配姓名：郎玉九學(xué)號：0811100109專業(yè)、班級：信息管理與信息系統(tǒng)1001班 提交時間：2012年11月9日設(shè)備分配一、論文摘要：現(xiàn)代計算機在多道程序環(huán)境下可以同時承擔(dān)多用戶的若干個計算任務(wù)。計算 機完成每項計算任務(wù)時，或多或少地需要使用各種外設(shè)。系統(tǒng)中的設(shè)備雖然供所 有進(jìn)程共享，但為了防止進(jìn)程對系統(tǒng)資源的無序競爭，必須規(guī)定系統(tǒng)設(shè)備不允許 用戶自行使用，而由系統(tǒng)統(tǒng)一分配。操作系統(tǒng)的設(shè)備管理的功能之一就是為計算 機系統(tǒng)接納的每一個作業(yè)分配它們所需要的外設(shè)。二、關(guān)鍵詞：設(shè)備分配獨立性原則數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) I/O三、設(shè)備獨立性（一）、設(shè)備獨立性的概念現(xiàn)代計算機系

2、統(tǒng)常常配置了許多類型的外圍設(shè)備，同類設(shè)備又有多臺，尤其 是多臺磁盤機，磁帶機的情況很普遍。作業(yè)在執(zhí)行前，應(yīng)對靜態(tài)分配的外圍設(shè) 備提出申請要 求，如果申請時指定某一臺具體的物理設(shè)備，那么分配工作就很 簡單，但當(dāng)指定的某臺設(shè)備有故障時，就不能滿足申請，該作業(yè)也就不能投稿運 行。例如系統(tǒng)擁有A、B兩臺卡片輸入機，現(xiàn)有作業(yè)J2申請一臺卡片輸入機，如 果它指定使用A，那么作業(yè)J1已經(jīng)占用A或者設(shè)備A壞了，雖然系統(tǒng)還有同類 設(shè)備B是好的且未被占用，但也不能接受作業(yè)J2，顯然這樣做很不合理。為了 解決這一問題，通常用戶不指定特定的設(shè)備，而指定邏輯設(shè)備，使得用戶作業(yè)和 物理設(shè)備獨立開來，再通過其它途徑建立邏輯

3、設(shè)備和物理設(shè)備之間的對應(yīng)關(guān)系， 我們稱這種特性為“設(shè)備獨立性”。具有設(shè)備獨立性的系統(tǒng)中，用戶編寫程序時 使用的設(shè)備與實際使用的設(shè)備無關(guān)，亦即邏輯設(shè)備名是用戶命名的，可以更改是 系統(tǒng)規(guī)定的，是不可更改的。設(shè)備管理的功能之一就是把邏輯設(shè)備名轉(zhuǎn)換成物理 設(shè)備名。設(shè)備獨立性圖片解釋（二）、設(shè)備獨立性的優(yōu)點設(shè)備分配時的靈活性當(dāng)應(yīng)用程序（進(jìn)程）以物理設(shè)備名稱來請求使用指定的某臺設(shè)備時， 如果該設(shè)備已經(jīng)分配給其他進(jìn)程或正在檢修，而此時盡管還有幾臺其他的 相同設(shè)備正在空閑，該進(jìn)程卻仍阻塞。但若進(jìn)程能以邏輯設(shè)備名稱來請求 某類設(shè)備時，系統(tǒng)可立即將該類設(shè)備中的任一臺分配給進(jìn)程，僅當(dāng)所有此 類設(shè)備已全部分配完畢時，

4、進(jìn)程才會阻塞。易于實現(xiàn)I/O重定向所謂I/O重定向，是指用于I/O操作的設(shè)備可以更換（即重定向），而 不必改變應(yīng)用程序。例如，我們在調(diào)試一個應(yīng)用程序時，可將程序的所有 輸出送往屏幕顯示；而在程序調(diào)試完后，如需正式將程序的運行結(jié)果打印 出來，此時便須將I/O重定向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)邏輯 設(shè)備表中的顯示終端改 為打印機，而不必修改應(yīng)用程序。I/O重定向功能具有很大的實 用價值，現(xiàn) 已被廣泛地引入到各類OS中。（三）、如何實現(xiàn)設(shè)備獨立性為了實現(xiàn)設(shè)備的獨立性，應(yīng)引入邏輯設(shè)備和物理設(shè)備兩個概念。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)執(zhí)行時，是使用物理設(shè)備 名稱。鑒于驅(qū)動程序是一個與硬件（或設(shè)

5、備）緊密相關(guān)的軟件，必須在驅(qū)動程 序之上設(shè)置一層軟件，稱為設(shè)備獨立性軟件，以執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作、完成 邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名的轉(zhuǎn)換（為此應(yīng)設(shè)置一張邏輯設(shè)備表）并向用戶層（或 文件層）軟件提供統(tǒng)一接口，從而實現(xiàn)設(shè)備的獨立性。四、設(shè)備分配（一）、設(shè)備分配的原則在多進(jìn)程系統(tǒng)中，由于進(jìn)程數(shù)多于外設(shè)數(shù)，因而就必然引起進(jìn)程對外設(shè)資源 的爭奪。為了使系統(tǒng)有條不紊的工作，使用戶能方便地使用外設(shè)，系統(tǒng)必須確定 合理的設(shè)備分配原則。這些原則包含幾個方面，首先必須考慮設(shè)備的固有特性， 該設(shè)備是僅適于某一進(jìn)程獨占，還是可供幾個進(jìn)程共享；還要考慮系統(tǒng)所采用的 分配算法，是先來先服務(wù)分配算法，還是采用優(yōu)先級最高者優(yōu)先

6、的算法；在進(jìn)行 設(shè)備分配時還應(yīng)注意分配的安全性，避免發(fā)生死鎖。1、靜態(tài)分配和動態(tài)分配分配設(shè)備時應(yīng)考慮設(shè)備的屬性，有的設(shè)備僅適于某作業(yè)獨占，有的設(shè)備可為 多進(jìn)程所共享。從設(shè)備分配的角度看，外設(shè)分為獨占設(shè)備和共享設(shè)備兩類。對獨 占設(shè)備一般采用靜態(tài)分配，一旦分配給作業(yè)或者進(jìn)程，就由它們獨占使用，直至 該進(jìn)程完成或釋放該設(shè)備。然后，系統(tǒng)才能再將該設(shè)備分配給其他進(jìn)程使用。這 種分配策略的缺點是設(shè)備得不到充分的利用，而且還可能引起死鎖。而共享設(shè)備 則采用動態(tài)分配方法，并在進(jìn)程級實施。進(jìn)程在運行過程中，需要使用某臺設(shè)備 進(jìn)行I/O傳輸時向系統(tǒng)提出要求，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備情況和分配策略實施分配，一旦 I/O傳輸完成

7、，就釋放該設(shè)備。這樣可使一臺設(shè)備交替的為多個進(jìn)程服務(wù)，從而 提高了設(shè)備的利用率。2、設(shè)備分配算法對設(shè)備分配的算法，和進(jìn)程調(diào)度算法有些相似，但相對簡單，通常只采用以 下兩種分配算法：（1）、先來先服務(wù)分配算法。當(dāng)有多個進(jìn)程對同一設(shè)備提出I/O請求或統(tǒng)一 進(jìn)程要求在同一設(shè)備上進(jìn)行多次傳輸時，均要先形成I/O請求塊，然后根據(jù)進(jìn)程 發(fā)出I/O請求的先后次序?qū)⑦@些I/O請求塊鏈接成一個設(shè)備請求隊列。當(dāng)設(shè)備空 閑時，它將處理該隊列中的第一個I/O請求。（2）、優(yōu)先級最高者優(yōu)先分配算法。該算法要求設(shè)備請求隊列中的I/O請求 塊根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級高低進(jìn)行排序，即將進(jìn)程的優(yōu)先級賦予相應(yīng)的I/O請求塊。 這是為了進(jìn)

8、程調(diào)度中優(yōu)先級高的進(jìn)程優(yōu)先獲得處理。若對它的I/O請求也賦予高 的優(yōu)先級，顯然有助于該進(jìn)程盡快完成，從而盡早地釋放它所占有的資源。對于 優(yōu)先級相同的I/O請求塊，則按先來先服務(wù)分配原則排隊。3、設(shè)備分配的安全性（1）、安全分配方式每當(dāng)進(jìn)程發(fā)出一個I/O請求后，便進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到其I/O操作完成時才 被喚醒。當(dāng)它運行時不保持任何設(shè)備資源，打破了產(chǎn)生死鎖一個必要條件一“請 求和保持”，所以這種分配方式是安全的。但是這種分配算法使得CPU與I/O設(shè) 備串行工作，設(shè)備的利用率比較低。（2）、不安全分配方式進(jìn)程發(fā)出一個I/O請求后仍可以繼續(xù)運行，需要時還可以發(fā)第二個I/O請求、 第三個I/O請求。只有

9、當(dāng)進(jìn)程所請求的設(shè)備已被另一個進(jìn)程占用時，進(jìn)程才進(jìn)入 阻塞狀態(tài)。這種分配方式是不安全，因為它可能具備“請求和保持”條件，從而 可能造成系統(tǒng)死鎖。所以，在設(shè)備分配程序中應(yīng)該增加安全性檢查的功能。（二）、設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)備分配時，通常要借助于一些用于記錄系統(tǒng)中有關(guān)設(shè)備、控制器和 通道的信息。基本的表格有：系統(tǒng)設(shè)備表（SDT）、設(shè)備控制表（DCT）、控制器控 制表（COCT）、通道控制表（CHCT）。每個表的具體內(nèi)容如圖4-13所示。在整個系統(tǒng)中，有一張系統(tǒng)設(shè)備表（SDT），用于記錄系統(tǒng)中全部設(shè)備的信息。 每個設(shè)備占一個表目，其中包括設(shè)備類型、設(shè)備標(biāo)識符、設(shè)備控制表指針及設(shè)備 驅(qū)動程序的入

10、口地址等表項。系統(tǒng)為每一個設(shè)備都配置了一張設(shè)備控制表（DCT），用于記錄該設(shè)備的情況。 表中除了有用于指示設(shè)備類型的字段和設(shè)備標(biāo)識符字段外，還應(yīng)有下列字段：1、設(shè)備狀態(tài)：當(dāng)設(shè)備自身處于“忙”狀態(tài)時，將設(shè)備的忙標(biāo)志置“1”。若與 該設(shè)備相連接的控制器或通道處于“忙”狀態(tài)，而不能啟動該設(shè)備，則將設(shè)備的 等待標(biāo)志置“ 1”。2、設(shè)備隊列的隊首、隊尾指針：凡因請求本設(shè)備而未得到滿足的進(jìn)程，其PCB 都應(yīng)按照一定的策略排成一個隊列，稱為設(shè)備請求隊列或簡稱為設(shè)備隊列。其隊 首、隊尾指針指向設(shè)備請求隊列的隊首、隊尾的PCB。3DTDCT 集合DCT圖4-13設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3、COCT表指針：該指針指向與

11、該設(shè)備相連接的控制器的控制表。在具有多條 通路的情況下，一個設(shè)備可與多個控制器相連接。此時，在DCT中應(yīng)設(shè)置多個控 制器表指針。4、重復(fù)執(zhí)行次數(shù)：外部設(shè)備在傳送數(shù)據(jù)時，若發(fā)生信息傳送錯誤，系統(tǒng)并不 立即認(rèn)為傳送失敗，而是允許它重新傳送。只要在規(guī)定的重復(fù)次數(shù)或時間內(nèi)恢復(fù) 正常傳送，則仍認(rèn)為傳送成功，否則才認(rèn)為傳送失敗。系統(tǒng)也為每個控制器設(shè)置一張用于記錄本控制器情況的控制器控制表（COCT）， 為每個通道都配有一張通道控制表（CHCT）。（三）、設(shè)備分配程序的改進(jìn)增加設(shè)備的獨立性為了獲得設(shè)備的獨立性，進(jìn)程應(yīng)使用邏輯設(shè)備名請求I/O。這樣，系統(tǒng)首先 從SDT中找出第一個該類設(shè)備的DCT。若該設(shè)備忙，

12、又查找第二個該類設(shè)備的DCT， 僅當(dāng)所有該類設(shè)備都忙時，才把進(jìn)程掛在該類設(shè)備的等待隊列上；而只要有一個 該類設(shè)備可用，系統(tǒng)便進(jìn)一步計算分配該設(shè)備的安全性。考慮多通路情況為了防止在I/O系統(tǒng)中出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象，通常都采用多通路的I/O系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)。此時對控制器和通道的分配，同樣要經(jīng)過幾次反復(fù)。即若設(shè)備（控制器）所 連接的第一個控制器（通道）忙時，應(yīng)查看其所連接的第二個控制器（通道）， 僅當(dāng)所有的控制器（通道）都忙時，此次的控制器（通道）分配才算失敗，才把 進(jìn)程掛在控制器（通道）的等待隊列上。而只要有一個控制器（通道）可用，系 統(tǒng)便可將它分配給進(jìn)程。五、參考文獻(xiàn)（一）.張順香，等，操作系統(tǒng)，武漢大學(xué)出版社，2009年；（二）.王育勤，等，計算機操作系統(tǒng)，北京交通大學(xué)出版社，2004年；（三）.湯子瀛，等，計算機操作系統(tǒng)（修訂版），西安電子科技大學(xué)出版社， 2001 年；（四）.張堯?qū)W，計算機操作系統(tǒng)教程，清華大學(xué)出版社，2006年；（五）.孫鐘秀，等，操作系統(tǒng)教程，北京高等教育出版社，2003年；（六）.屠立德，操作系統(tǒng)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社；（七）.湯小丹，等，計算機操作系統(tǒng)（第三版），西安電子科技大學(xué)出版社，2007年；（八）