操作系統(tǒng)設(shè)備管理

1、操作系統(tǒng)設(shè)備管理第6章設(shè)備管理6.1例題解析例6. 2. 1何謂虛擬設(shè)備？請(qǐng)說(shuō)明SPOOLing系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的。解 本題的 考核要點(diǎn)是虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法。虛擬設(shè)備是指利用軟件方法，比如SPOOLing系統(tǒng)，把獨(dú)享設(shè)備分割為若干臺(tái)邏輯上 的獨(dú)占的設(shè)備，使用戶(hù)感受到系統(tǒng)有出若干獨(dú)占設(shè)備在運(yùn)行。當(dāng)然，系統(tǒng)中至少一臺(tái)擁有 物理設(shè)備，這是虛擬設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)。SPOOLing系統(tǒng)乂稱(chēng)“假脫機(jī)I/O系統(tǒng)”，其中心思想是，讓共享的、高速的、大容量 外存儲(chǔ)器(比如，磁盤(pán))來(lái)模擬若干臺(tái)獨(dú)占設(shè)備，使系統(tǒng)中的一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變 成多臺(tái)可并行使用的虛擬設(shè)備。SPOOLing系統(tǒng)主要管理外存上的輸入井和輸

2、出井，以及內(nèi)存中的輸入緩沖區(qū)和輸出緩 沖區(qū)。其管理進(jìn)程主要有輸入和輸出進(jìn)程，負(fù)責(zé)將輸入數(shù)據(jù)裝入到輸入井，或者將輸出井 的數(shù)據(jù)送出。它的特點(diǎn)是：提高了 I/O操作的速度；將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備：實(shí)現(xiàn)了 虛擬設(shè)備功能。例6. 2. 2有關(guān)設(shè)備管理要領(lǐng)的下列敘述中，()是不正確的。eA.通道是處理輸入、輸出的軟件B.所有外圍設(shè)備都由系統(tǒng)統(tǒng)一來(lái)管理C.來(lái)自通道的I/O中斷事件由設(shè)備管理負(fù)責(zé)處理D.編制好的通道程序是存放在主 存貯器中的E.由用戶(hù)給出的設(shè)備編號(hào)是設(shè)備的絕對(duì)號(hào)解本題的考核要點(diǎn)是設(shè)備管理的基本概念。(1)通道是計(jì)算機(jī)上配置的一種專(zhuān)門(mén)用于輸入輸出的設(shè)備，是硬件的組成部分。因此 A是錯(cuò)誤的。(

3、2)目前常見(jiàn)I/O系統(tǒng)其外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和輸入輸出都由系統(tǒng)統(tǒng)一管理。因此B是對(duì) 的。(3)設(shè)備管理模塊中的底層軟件中配有專(zhuān)門(mén)處理設(shè)備中斷的處理程序。通道中斷屬于 設(shè)備中斷的一種。因此C是對(duì)的。(4)通道設(shè)備自身只配有一個(gè)簡(jiǎn)單的處理裝置(CPU),并不配有存儲(chǔ)器，它所運(yùn)行 的通道程序全部來(lái)自?xún)?nèi)存。因此D是對(duì)的。(5)系統(tǒng)在初啟時(shí)為每臺(tái)物理設(shè)備賦F一個(gè)絕對(duì)號(hào)，設(shè)備絕對(duì)號(hào)是相互獨(dú)立的。由用 戶(hù)給出的設(shè)備號(hào)只能是邏輯編號(hào)，由系統(tǒng)將邏輯號(hào)映射為絕對(duì)號(hào)。因此E是錯(cuò)誤的。第6章設(shè)備管理例6. 2. 3在關(guān)于SPOOLING的敘述中，描述是不正確的。dA. SPOOLING系統(tǒng)中不需要獨(dú)占設(shè)備B. SPOOLI

4、NG系統(tǒng)加快了作業(yè)執(zhí)行的速度SPOOLING系統(tǒng)使獨(dú)占設(shè)備變成共享設(shè)備SPOOLING系統(tǒng)利用了處理器與通道并行工作的能力。本題的考核要點(diǎn)是 SPOOLING技術(shù)。涉及的概念有4方面：(1)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)有外存空間作為物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)應(yīng)當(dāng)至少有一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備實(shí)現(xiàn)輸入或 輸出，因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤。SPOOLING技術(shù)乂稱(chēng)“脫機(jī)輸入輸出系統(tǒng)” o它將獨(dú)享設(shè)備改造成與共享設(shè)備，使 進(jìn)程避免長(zhǎng)期等待I/O操作的完成，因此加快了作業(yè)執(zhí)行的速度。所以說(shuō)B是正確的。SPOOLING技術(shù)將外存空間模擬成多臺(tái)獨(dú)占設(shè)備，功能上看，它將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變 成一臺(tái)共享設(shè)備，因而C是對(duì)的。(4)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中安裝上通道設(shè)備，使處理器與

5、通道可以并行工作。這作為一種硬 件配置，與沒(méi)有通道的系統(tǒng)相比，系統(tǒng)的資源利用率得到提高。不過(guò)，無(wú)論有沒(méi)有配置通 道，SPOOLING系統(tǒng)都是可以運(yùn)行的。因此D是不正確的。例6. 2. 4 I/O軟件一般分為4 個(gè)層次，用戶(hù)層、與設(shè)備無(wú)關(guān)軟件層、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及中斷處理程序。請(qǐng)說(shuō)明以下各工 作是在哪一層完成的？(1)向設(shè)備寄存器寫(xiě)命令：(2)檢查用戶(hù)是否有權(quán)使用設(shè)備；(3)將二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成ASCII碼以便打印。解本題的考核要點(diǎn)為設(shè)備管理模塊的結(jié)構(gòu)。有些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為本題所說(shuō)的4層結(jié) 構(gòu)，而有的系統(tǒng)將設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與中斷處理程序合并為1層，共分為3層(見(jiàn)湯子瀛計(jì) 算機(jī)操作系統(tǒng)，P221) 無(wú)論如何

6、劃分并不影響本題的回答。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是設(shè)備管理的底層軟件，用于控制I/O設(shè)備進(jìn)行具體輸入輸出操作。其 功能是：1)將抽象的要求轉(zhuǎn)換為具體的要求：2)檢查用戶(hù)I/O請(qǐng)求的合法性，了解外設(shè)的狀態(tài)，設(shè)置設(shè)備的工作方式；3)向設(shè) 備發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)I/O。(1)由于“向設(shè)備寄存器寫(xiě)命令”屬于直接操作設(shè)備控制器的操作，因此屬于設(shè)備驅(qū) 動(dòng)程序。(2)用戶(hù)層軟件是用戶(hù)與設(shè)備管理模塊的接口，負(fù)責(zé)解釋用戶(hù)的應(yīng)用請(qǐng)求，并將這種 請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為具體的輸入輸出操作。不過(guò)，該層軟件并不檢查用戶(hù)的訪問(wèn)權(quán)限，因此， “檢查用戶(hù)是否有權(quán)使用設(shè)備”屬于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。(3)與設(shè)備無(wú)關(guān)軟件層軟件主要負(fù)責(zé)將邏輯設(shè)備名轉(zhuǎn)換為

7、物理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分配 和回收，進(jìn)行緩沖區(qū)管理等?！皩⒍M(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成ASCII碼以便打印”不屬于該層軟件。 它應(yīng)當(dāng)是將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求的一部分，所以也屬于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。112例題解析例6. 2. 5在緩沖池中有3個(gè)隊(duì)列，分別為空白緩沖隊(duì)列em,輸入緩沖隊(duì)列in,以及 輸出緩沖隊(duì)列out。過(guò)程add_buf (type, numb)和take_buf (type, numb)分別用來(lái)把 緩沖區(qū)numb插入type隊(duì)列和從type隊(duì)列中取出緩沖區(qū)numb。試描述進(jìn)程從任一緩沖隊(duì)列得到一個(gè)緩沖區(qū)的過(guò)程get_buf (type, numb)和將一個(gè)緩 沖區(qū)numb放入緩沖隊(duì)列的過(guò)程put_

8、buf (type, numb)。解 設(shè)隊(duì)列type的互斥信號(hào)量為 S (type),初值為1。設(shè)描述資源數(shù)目的信號(hào)量RS (type),初值為n。信號(hào)量的定義及初始化過(guò)程,以及get.buf ()過(guò)程和put_buf ()過(guò)程的描述如下:Semaphore S (type) ： =1； Semaphore RS (type) ： =n； /*n 為 type 隊(duì)列長(zhǎng)度*/ PROCEDURE get_buf(type, number) BEGINP(RS (type); P(S(type);Pointer of buffer(number)=take_buf(type, number) V(

9、S(type); END;PROCEDURE put_buf(type, number) BEGINP(S(type);add_buf (type, number) V(S(type); V(RS(type); END。例6. 7描述操作系統(tǒng)中使用公用緩沖池時(shí)數(shù)據(jù)塊插入緩沖隊(duì)列的輸入過(guò)程。本題考核的要點(diǎn)是緩沖池技術(shù)。緩沖池由多個(gè)緩沖區(qū)組成，其中每個(gè)緩沖區(qū)包括緩沖 區(qū)首部和緩沖體兩部分。系統(tǒng)通過(guò)操作緩沖池首部，實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖區(qū)的管理。解通常，緩沖池中有3個(gè)隊(duì)列：em隊(duì)列(空白緩沖區(qū)隊(duì)列)、in隊(duì)列(裝滿(mǎn)輸入數(shù) 據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列)、out隊(duì)列(裝滿(mǎn)輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊(duì)列)。令參數(shù)type表示緩沖隊(duì)列類(lèi)型，

10、number表示緩沖區(qū)號(hào)。緩沖池管理中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入 的過(guò)程可包括：(1)過(guò)程get_buf (type, number)：以某種選取規(guī)則從type指定的緩沖區(qū)隊(duì)列中摘 取一個(gè)緩沖區(qū)numbero(2)過(guò)程put_buf (type, number)：將number緩沖區(qū)程將緩沖區(qū)放入相應(yīng)緩沖區(qū) 隊(duì)列。113第6章設(shè)備管理使用上述操作，輸入過(guò)程可被描述如下：(1)輸入進(jìn)程調(diào)用過(guò)程get_buf (em, number)從空白緩沖區(qū)隊(duì)列em中取出一個(gè)緩沖 區(qū)，返回的號(hào)碼為number。將該空白緩沖區(qū)命名為hin。(2)將輸入的數(shù)據(jù)裝入緩沖區(qū)hin,當(dāng)hin中裝滿(mǎn)了由輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)之后，系 統(tǒng)調(diào)

11、用過(guò)程put_buf (in, hin)將該緩沖區(qū)插入輸入緩沖隊(duì)列in中。例6. 8邏輯設(shè)備 表(ITT)的主要功能是()和()設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一種低級(jí)的系統(tǒng)例程，它通常分 為()和()兩個(gè)部分。本題的考核要點(diǎn)是設(shè)備管理的基本概念。涉及的內(nèi)容有：設(shè)備管理的功能之一是，將用戶(hù)輸入的邏輯設(shè)備名映射為系統(tǒng)內(nèi)的物理設(shè)備。可使系 統(tǒng)在設(shè)備分配中更靈活，設(shè)備管理更具獨(dú)立性。在多用戶(hù)系統(tǒng)中，LUT是系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程 配置的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)被保存到進(jìn)程的PCB中，內(nèi)含兩個(gè)域：邏輯設(shè)備名和指向系 統(tǒng)設(shè)備的指針。因此，該問(wèn)題的正確答案應(yīng)為：(實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射)和 (實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性)。.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是設(shè)

12、備管理的底層軟件，用于控制I/O設(shè)備進(jìn)行具體輸入輸出操作。 此外，當(dāng)輸入輸出操作完成時(shí)，產(chǎn)生的外中斷信號(hào)由系統(tǒng)予以響應(yīng)，轉(zhuǎn)入設(shè)備中斷處理程 序，根據(jù)操作的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理。因此正確答案應(yīng)為：控制I/O設(shè)備進(jìn)行具體輸入輸出操作程序、設(shè)備中斷處理程序例6.9 (論述題)試給 出兩種I/O調(diào)度算法，并說(shuō)明為什么I/O調(diào)度中不能采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法。本題的考核要點(diǎn)是I/O調(diào)度算法。兩種常用的I/O調(diào)度算法是：.先來(lái)先服務(wù)算法。當(dāng)系統(tǒng)中多個(gè)進(jìn)程對(duì)同一 I/O設(shè)備提出輸入輸出請(qǐng)求時(shí)，該算 法把它們按請(qǐng)求順序排成一個(gè)等待隊(duì)列，并將該I/O設(shè)備分配給隊(duì)列中的第一個(gè)進(jìn)程。.優(yōu)先權(quán)高者優(yōu)先算法。當(dāng)系統(tǒng)中多個(gè)進(jìn)程對(duì)同一 I/O設(shè)備提出輸入輸出請(qǐng)求時(shí)， 該算法把它們按優(yōu)先權(quán)由高到低的順序排成一個(gè)等待隊(duì)列。并將該I/O設(shè)備分配給隊(duì)列中 的第一個(gè)進(jìn)程（其