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1、SPOOLing技術(shù)(虛擬設(shè)備實現(xiàn)) 1，角色：將一個排他物理I/O設(shè)備虛擬化為多個邏輯I/O設(shè)備，即允許多個用戶共享一個排他物理I/O設(shè)備。 所謂SPOOLing:(1)定義：在線實現(xiàn)同時周邊操作，被稱為spooling或假脫機I/O技術(shù)。 (2)實現(xiàn)：在多通道環(huán)境下，其中一個程序模擬脫機輸入另一個程序通過模擬脫機輸出，在主機的直接控制下實現(xiàn)脫機I/O功能。5、5設(shè)備分配、3、SPOOLing系統(tǒng)配置： (1)輸入阱和輸出阱：磁盤上打開的兩個大存儲空間。 輸入井：模擬離線輸入時的磁盤設(shè)備，暫時保存從I/O設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。 輸出井：模擬脫機輸出時的磁盤設(shè)備，暫時保存用戶程序的輸出數(shù)據(jù)。5、5軟

2、元件分配、(2)輸入輸出緩沖區(qū)。 打開內(nèi)存，用于緩解CPU和磁盤之間的速度不一致性。 輸入緩沖區(qū)：暫時保存從輸入機器發(fā)送來的數(shù)據(jù)，以后批量送入輸入井。 輸出緩沖區(qū)：暫時保存從輸出井發(fā)送來的數(shù)據(jù)，然后逐漸輸入輸出機器。5、5設(shè)備分配、(3)輸入進程Spi和輸出進程Spo。 用兩個過程模擬離線I/O時的外圍控制機。 輸入進程Spi :模擬脫機輸入的任務(wù)是將低速設(shè)備上的信息寫入輸入緩沖區(qū)并寫入輸入阱。 CPU從輸入井中取出數(shù)據(jù)。 輸出過程Spo:模擬脫機輸出，將存儲器中的數(shù)據(jù)寫入輸出阱并發(fā)送到輸出緩沖區(qū)，然后從輸出緩沖區(qū)發(fā)送到輸出設(shè)備。 5、5設(shè)備分配，4、共享打印機的實現(xiàn)用戶進程提出打印申請時，O

3、S不是將打印機分配給該進程，而是排隊排隊，真正排隊時將打印機分配給進程。 具體的實現(xiàn)過程： Spo (輸出過程)在磁盤上打開輸出井，傳送打印數(shù)據(jù)。 5、5設(shè)備的分配由Spo (輸出進程)向該進程申請空的打印申請書，填寫相關(guān)數(shù)據(jù)，乘以請求打印隊列。 得到的打印機執(zhí)行打印作業(yè)時，還是通過Spo (輸出進程)將打印數(shù)據(jù)從輸出阱傳送到存儲器的輸出緩沖器，打印機輸出。5、5設(shè)備分配、5、輪詢系統(tǒng)的特點(1)提高了I/o的速度。 CPU讀取數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是以輸入阱和輸出阱為對象的。 (2)將壟斷設(shè)備改造為共享設(shè)備。 輸入阱和輸出阱將存儲分配給進程，并創(chuàng)建I/O請求表單，而不實際將設(shè)備分配給進程。 (3)實

4、現(xiàn)了虛擬設(shè)備的功能。 物理上一個設(shè)備，邏輯上多個設(shè)備。 5、5設(shè)備分配，磁盤容量大，訪問速度快，而且可隨機訪問，是當(dāng)前存儲大量數(shù)據(jù)和程序的理想設(shè)備。 對文件的操作包括訪問磁盤、提高磁盤I/O速度和磁盤系統(tǒng)的可靠性，直接影響系統(tǒng)性能。 5，6盤存儲管理、盤性能概要1、數(shù)據(jù)的組織和格式化(1)盤設(shè)備由一個或多個盤構(gòu)成(2)各盤被分離為兩面，各面被分離為多個軌道，各軌道之間有所需的間隙。 (3)各個軌道再分成幾個扇區(qū)(盤塊)，在各個扇區(qū)之間留有一定的間隙。 磁盤存儲管理、磁盤存儲管理、磁盤存儲管理、磁盤存儲管理、磁盤存儲管理、磁盤存儲管理、磁盤存儲管理。 在這樣的盤密度中，內(nèi)層比外層高。 (6)光盤

5、密度：每英寸存儲的位數(shù)。 (7)軌道的代表值(5002000 )、扇區(qū)的代表值(10100 )。 (8)為了在光盤上存儲數(shù)據(jù)，首先需要對光盤進行格式化。 5，6盤內(nèi)存管理，(9)扇區(qū)的結(jié)構(gòu)：識別符字段：數(shù)據(jù)字段： (10 )扇區(qū)(盤塊)是信息讀寫的最小單位。、5、6盤存儲器管理、盤文件的存儲(n個盤面、k個軌道、m個扇區(qū))，首先填滿0個盤面、0個軌道中的所有扇區(qū)(0m-1 )，再填滿1個盤面、0個軌道中的所有扇區(qū)。 充滿n-1盤面、0軌道中的所有扇區(qū)。5、6盤內(nèi)存管理，首先填滿0號缸，首先填滿0盤面、1個磁道中的所有扇區(qū)(0m-1 )再填滿1個盤面、1個磁道中的所有扇區(qū)。 充滿n-1盤面、1軌

6、道中的所有扇區(qū)。5、6盤內(nèi)存管理，再加滿1號缸，盤文件地址分為缸號頭號(盤面號)扇區(qū)號，假定1個盤組共有100個缸，每個缸有8個軌道，每個托包含現(xiàn)有6400條邏輯記錄的文件的邏輯記錄大小與扇區(qū)大小相匹配，該文件以順序結(jié)構(gòu)存儲在磁盤上。 圓柱體、軌道和扇區(qū)的編號都從0開始，文件信息從0個圓柱體、0個磁頭和0個扇區(qū)開始存儲。 (1)詢問該文件的第3680個邏輯記錄應(yīng)保存在哪個圓柱體的第幾個磁頭的第幾個扇區(qū)。 (2)在第78氣缸的第6氣缸蓋的第6扇區(qū)中存儲該文件的第幾個邏輯記錄。 補充練習(xí)：存儲磁盤文件，3，磁盤訪問時間：磁盤動作時以一定速率旋轉(zhuǎn)。 為了進行讀取或?qū)懭耄仨毜却蓬^移動到所需磁道上，

7、所需扇區(qū)的開始位置旋轉(zhuǎn)到磁頭下方，然后開始數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭搿?存取時間可以分為(1)跟蹤時間TS :使磁臂(磁頭)移動到規(guī)定軌道所花費的時間這3個部分。 (2)旋轉(zhuǎn)延遲時間：指定扇區(qū)移動到磁頭下方后的經(jīng)過時間。 (3)傳送時間：從光盤讀取數(shù)據(jù)，或者向光盤寫入數(shù)據(jù)所花費的時間。5、6磁盤存儲管理、查找時間和旋轉(zhuǎn)延遲時間基本上與讀/寫數(shù)據(jù)量無關(guān)，通常占訪問時間很大的一部分。 恰當(dāng)?shù)丶袀鬏敂?shù)據(jù)有助于提高傳輸效率。5、6盤存儲管理、盤調(diào)度1、盤是多個處理共享的設(shè)備，采用最佳的調(diào)度算法，使得在多個處理請求對盤的訪問的情況下，每個處理對盤的平均訪問時間最小。 2 .磁盤調(diào)度分為移動臂調(diào)度和旋轉(zhuǎn)調(diào)度。 3

8、 .臂調(diào)度的目的是縮短尋道時間。 周轉(zhuǎn)調(diào)度的目的是減少延遲時間。 4、4種移動臂調(diào)度算法：5，6磁盤內(nèi)存管理，(1)先服務(wù)FCFS :算法不考慮訪問者請求訪問的物理位置，而考慮訪問者提出訪問請求的優(yōu)先級。 優(yōu)點：公平簡單，順序處理各過程的要求。 一個過程的要求不會長期得到滿足。 缺點：由于查找未優(yōu)化，平均查找時間可能會變長。5、6盤內(nèi)存管理，例如讀寫頭在53號缸上執(zhí)行輸入輸出操作，而等待訪問者依次訪問的缸98、183、37、122、14、124、65、67 .所有的請求訪問都已完成，合并何種程序最短尋道時間優(yōu)先級SSTF該算法選擇請求接入的軌道距當(dāng)前頭部所在的軌道最近。 優(yōu)點：獲得優(yōu)異尋道性能

9、的缺點：平均尋道時間最短，不能保證過程饑餓，即某個過程的要求不能長期保證。5、6盤內(nèi)存管理，例如讀寫頭在53號缸上執(zhí)行輸入輸出操作，而等待訪問者依次訪問的缸98、183、37、122、14、124、65、67 .所有的請求訪問都已完成，合并何種程序掃描(SCAN )算法：必須同時滿足兩個條件，也稱為電梯調(diào)度算法： a、與磁頭的當(dāng)前移動方向一致的b .距離當(dāng)前磁頭最近的算法。 訪問這個請求。 優(yōu)點：避免過程中的饑餓。 缺點：延遲過程的要求。例如，現(xiàn)在讀寫頭在53號氣缸上執(zhí)行輸入輸出操作，但等待訪問者依次訪問的氣缸在98、183、37、122、14、124、65、67 .所有的請求訪問完成后，一共

10、移動幾個氣缸？ 5，6磁盤存儲管理，(1)從內(nèi)向外移動：修訂208個柱面0 14 37 53 65 67 98 122 124 183，即，方向從內(nèi)向外移動時，磁頭將移動到最大的接入磁道并訪問時，磁頭立即訪問磁道例如，現(xiàn)在讀寫頭在53號氣缸上執(zhí)行輸入輸出操作，但等待訪問者依次訪問的氣缸在98、183、37、122、14、124、65、67 .所有的請求訪問完成后，一共移動幾個氣缸？ 5、6磁盤存儲管理、5、6磁盤存儲管理、磁盤緩存：磁盤的I/O速度遠遠低于對內(nèi)存的訪問速度，人們在千方百計地改善磁盤i/。 1、盤高速緩存的形式(1)在內(nèi)存中打開單獨的存儲空間作為盤高速緩存，大小固定，5、6盤存儲

11、管理，(2)將所有未使用的內(nèi)存區(qū)域作為一個緩沖池，請求尋呼系統(tǒng)和盤I/O 2 .數(shù)據(jù)發(fā)送方式： (1)將盤緩存中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送給委托者進程。 (2)處理流程：5、6盤內(nèi)存管理、進程要求訪問某個塊的數(shù)據(jù)，請求的數(shù)據(jù)會緩存到盤中嗎？ 從緩存中檢索數(shù)據(jù)，首先從磁盤讀取所需的數(shù)據(jù)，將、不在、數(shù)據(jù)交給委托者，將數(shù)據(jù)交給委托者，將數(shù)據(jù)發(fā)送到緩存，返回、5、6磁盤內(nèi)存管理指針交給：指向緩存內(nèi)的某個區(qū)域的指針3 .替換算法(1)如果緩沖器已滿，則存在替換問題。 典型的替換算法包括最近最舊的未使用算法LRU、最近未使用算法NRU、最小使用算法LFU等。 5，6磁盤存儲管理，(2)除了最近使用最久的原則外，訪問頻率可

12、預(yù)測數(shù)據(jù)的完整性4，定期寫入磁盤：避免數(shù)據(jù)丟失。 5，6磁盤存儲管理，其他方法1提高磁盤I/O速度，預(yù)讀：減少等待時間，加快文件訪問。 2 .延遲寫入：為減少I/O啟動次數(shù)，節(jié)省磁盤空間。 3 .優(yōu)化物理塊的分布：使頭部的移動距離最小化。 5、6盤內(nèi)存管理，例如記錄在軌道上的排列方式會影響輸入輸出動作的時間。 某個系統(tǒng)在初始化光盤時，每個光盤面分為8個扇區(qū)，現(xiàn)在8條邏輯記錄存儲在同一個軌道中，用于處理程序，現(xiàn)在依次讀取這8條記錄。 每個請求從磁盤讀取記錄，處理讀取的記錄需要5毫秒。 光盤的轉(zhuǎn)速為20毫秒/周。 如果將這八個邏輯記錄依次存儲在軌道上，則如圖所示，讀取一個記錄需要2.5毫秒、5毫秒，處理這八個記錄所花費的時間是：5、6盤內(nèi)存管理、1、2、3、4、5、(如圖所示) 6磁盤內(nèi)存管理，4，虛擬磁盤：利用內(nèi)存空間模擬磁盤是易失性內(nèi)存，不需要格式化，接受所有標(biāo)準(zhǔn)的磁盤操作，并在內(nèi)存中完成。5，6盤存儲管理，1，假定某個盤上有200個圓柱體，訪問編號0199，143圓柱體向委托者提供服務(wù)后，當(dāng)前