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1、第五章設(shè)備管理5.1 5.1 設(shè)備管理的任務(wù)及功能設(shè)備管理的任務(wù)及功能5.2 I/O5.2 I/O系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成5.3 I/O5.3 I/O控制方式控制方式5.4 5.4 緩沖管理緩沖管理5.5 5.5 設(shè)備分配與設(shè)備處理設(shè)備分配與設(shè)備處理5.6 5.6 磁盤調(diào)度算法磁盤調(diào)度算法 1.I/O1.I/O性能經(jīng)常成為系統(tǒng)性能性能經(jīng)常成為系統(tǒng)性能的瓶頸的瓶頸I/O的特點(diǎn)2.操作系統(tǒng)龐大復(fù)雜的原因之一是：資源多、雜，并發(fā)，均來(lái)自I/O外設(shè)種類繁多，結(jié)構(gòu)各異輸入輸出數(shù)據(jù)信號(hào)類型不同速度差異很大3.3.理解理解I/OI/O的工作過程與結(jié)構(gòu)是理的工作過程與結(jié)構(gòu)是理解操作系統(tǒng)的工作過程與結(jié)構(gòu)的解操作系統(tǒng)

2、的工作過程與結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵關(guān)鍵4.4.與其他功能聯(lián)系密切，特別是文與其他功能聯(lián)系密切，特別是文件系統(tǒng)件系統(tǒng) 1 1）按照用戶的請(qǐng)求，控制設(shè)備的）按照用戶的請(qǐng)求，控制設(shè)備的各種操作，完成各種操作，完成I/OI/O設(shè)備與內(nèi)存設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交換（包括設(shè)備分配之間的數(shù)據(jù)交換（包括設(shè)備分配與回收；設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；設(shè)備中與回收；設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；設(shè)備中斷處理；緩沖區(qū)管理），最終完斷處理；緩沖區(qū)管理），最終完成用戶的成用戶的I/OI/O請(qǐng)求請(qǐng)求5.1 設(shè)備管理的目標(biāo)和任務(wù)2 2）向用戶提供使用外部設(shè)備的方便接口，使用）向用戶提供使用外部設(shè)備的方便接口，使用戶擺脫繁瑣的編程負(fù)擔(dān)戶擺脫繁瑣的編程負(fù)擔(dān)n 方便性方便性

3、n 友好界面友好界面n 透明性透明性 邏輯設(shè)備與物理設(shè)備、屏蔽硬件細(xì)節(jié)（設(shè)備的物理細(xì)邏輯設(shè)備與物理設(shè)備、屏蔽硬件細(xì)節(jié)（設(shè)備的物理細(xì)節(jié)，錯(cuò)誤處理，不同節(jié)，錯(cuò)誤處理，不同I/OI/O的差異性）的差異性）3 3）充分利用各種技術(shù)（通道，中斷，緩沖等）充分利用各種技術(shù)（通道，中斷，緩沖等）提高提高CPUCPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行工作與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行工作能力，充分利用資源，提高資源利用率能力，充分利用資源，提高資源利用率(并并行性、行性、均衡性）均衡性）設(shè)備管理的目標(biāo)和任務(wù)(續(xù)）4 4）保證在多道程序環(huán)境下，當(dāng)多）保證在多道程序環(huán)境下，當(dāng)多個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)使用設(shè)備時(shí)，按一定個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)使用設(shè)

4、備時(shí)，按一定策略分配和管理各種設(shè)備，使系策略分配和管理各種設(shè)備，使系統(tǒng)能有條不紊的工作統(tǒng)能有條不紊的工作5 5）保護(hù)）保護(hù) 設(shè)備傳送或管理的數(shù)據(jù)應(yīng)該是安設(shè)備傳送或管理的數(shù)據(jù)應(yīng)該是安全的、不被破壞的、保密的全的、不被破壞的、保密的 設(shè)備管理的目標(biāo)和任務(wù)(續(xù)）6 6）與設(shè)備無(wú)關(guān)性（設(shè)備獨(dú)立性）與設(shè)備無(wú)關(guān)性（設(shè)備獨(dú)立性）n用戶在編制程序時(shí)，使用邏輯設(shè)備名，用戶在編制程序時(shí)，使用邏輯設(shè)備名，由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的轉(zhuǎn)由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的轉(zhuǎn)換換n用戶能獨(dú)立于具體物理設(shè)備而方便的使用戶能獨(dú)立于具體物理設(shè)備而方便的使用設(shè)備用設(shè)備n用戶申請(qǐng)使用設(shè)備時(shí)，只需要指定設(shè)備用戶申請(qǐng)使用設(shè)備時(shí)，只需

5、要指定設(shè)備類型，而無(wú)須指定具體物理設(shè)備，系統(tǒng)類型，而無(wú)須指定具體物理設(shè)備，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的請(qǐng)求，及設(shè)備分配的情況，根據(jù)當(dāng)前的請(qǐng)求，及設(shè)備分配的情況，在相同類別設(shè)備中，選擇一個(gè)空閑設(shè)備，在相同類別設(shè)備中，選擇一個(gè)空閑設(shè)備，并將其分配給一個(gè)申請(qǐng)進(jìn)程并將其分配給一個(gè)申請(qǐng)進(jìn)程 設(shè)備管理的目標(biāo)和任務(wù)(續(xù)）（1 1）緩沖管理）緩沖管理（2 2）設(shè)備分配）設(shè)備分配（3 3）設(shè)備處理）設(shè)備處理（4 4）設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備。）設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備。設(shè)備管理的功能1 1、按數(shù)據(jù)傳輸速率分按數(shù)據(jù)傳輸速率分 高速設(shè)備高速設(shè)備 低速設(shè)備低速設(shè)備2.2.按信息交換的單位分按信息交換的單位分 塊設(shè)備塊設(shè)備 以數(shù)據(jù)塊為單位存

6、儲(chǔ)、傳輸信息以數(shù)據(jù)塊為單位存儲(chǔ)、傳輸信息 字符設(shè)備字符設(shè)備 以字符為單位存儲(chǔ)、傳輸信息以字符為單位存儲(chǔ)、傳輸信息5.2.1 設(shè)備的分類1)獨(dú)占設(shè)備 在一段時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)進(jìn)程使用的設(shè)備，在一段時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)進(jìn)程使用的設(shè)備，一般為低速一般為低速I/OI/O設(shè)備。（如打印機(jī)，磁帶等）設(shè)備。（如打印機(jī)，磁帶等）2)共享設(shè)備 在一段時(shí)間內(nèi)可有多個(gè)進(jìn)程共同使用的設(shè)在一段時(shí)間內(nèi)可有多個(gè)進(jìn)程共同使用的設(shè)備，多個(gè)進(jìn)程以交叉的方式來(lái)使用設(shè)備，備，多個(gè)進(jìn)程以交叉的方式來(lái)使用設(shè)備，其資源利用率高。（如硬盤）其資源利用率高。（如硬盤）3)虛擬設(shè)備 3.按設(shè)備的共享屬性分4 4、按使用特性分、按使用特性分 存儲(chǔ)型設(shè)備

7、存儲(chǔ)型設(shè)備 輸入型設(shè)備（輸入型設(shè)備（外設(shè)外設(shè)主機(jī)主機(jī)）輸出型設(shè)備（主機(jī)輸出型設(shè)備（主機(jī)外設(shè)）外設(shè)）輸入輸出型設(shè)備（交互型設(shè)備輸入輸出型設(shè)備（交互型設(shè)備）n系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備 指操作系統(tǒng)生成時(shí)，登記在系統(tǒng)中指操作系統(tǒng)生成時(shí)，登記在系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 （如終端、打印機(jī)、磁盤機(jī)等）（如終端、打印機(jī)、磁盤機(jī)等）n用戶設(shè)備用戶設(shè)備 指在系統(tǒng)生成時(shí)，未登記在系統(tǒng)中指在系統(tǒng)生成時(shí)，未登記在系統(tǒng)中的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。對(duì)于這類設(shè)備的處理程的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。對(duì)于這類設(shè)備的處理程序由用戶提供，并將其納入系統(tǒng)，由系序由用戶提供，并將其納入系統(tǒng)，由系統(tǒng)代替用戶實(shí)施管理。統(tǒng)代替用戶實(shí)施管理。（如（如A/DA/D，D/AD/A

8、轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，CADCAD專用設(shè)備）專用設(shè)備）5.按外部設(shè)備的從屬關(guān)系分6 6、從程序使用角度分、從程序使用角度分 邏輯設(shè)備邏輯設(shè)備 物理設(shè)備物理設(shè)備設(shè)備的分類（續(xù))CPU存儲(chǔ)器磁盤控制器打印機(jī)控制器其它控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)系統(tǒng)總線圖5-1總線型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.2.2設(shè)備與控制器之間的接口設(shè)備與控制器之間的接口緩沖轉(zhuǎn)換器控制邏輯信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備控制器I/O設(shè)備設(shè)備與控制器間的接口設(shè)備控制器是CPU與I/O設(shè)備之間的接口，它接收從CPU發(fā)來(lái)的命令，并去控制I/O設(shè)備工作，使處理機(jī)從繁雜的設(shè)備控制事務(wù)中解脫出來(lái)。5.2.3設(shè)備控制器設(shè)備控制器1.設(shè)備控制器的基本功

9、能 1)接收和識(shí)別命令2)2)數(shù)據(jù)交換3)3)標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)4)4)地址識(shí)別2、設(shè)備控制器的組成設(shè)備控制器的組成5.2.4I/O通道通道引入通道使原來(lái)由引入通道使原來(lái)由cpu處理的處理的I/O任務(wù)轉(zhuǎn)任務(wù)轉(zhuǎn)由通道來(lái)承擔(dān)，從而把由通道來(lái)承擔(dān)，從而把cpu從繁雜的從繁雜的I/O任務(wù)中解脫出來(lái)。任務(wù)中解脫出來(lái)。nI/O通道是一種特殊的處理機(jī)。它具有通道是一種特殊的處理機(jī)。它具有執(zhí)行執(zhí)行I/O指令的能力，并通過執(zhí)行通道指令的能力，并通過執(zhí)行通道(I/O)程序來(lái)控制程序來(lái)控制I/O操作。操作。nI/O通道又與一般的處理機(jī)不同，主要通道又與一般的處理機(jī)不同，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

10、n 一是其指令類型單一，這是由于通道硬件一是其指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡(jiǎn)單，比較簡(jiǎn)單，其所能執(zhí)行的命令，主要局限其所能執(zhí)行的命令，主要局限于與于與I/O操作有關(guān)的指令；操作有關(guān)的指令；n再就是通道沒有自己的內(nèi)存，通道所執(zhí)行的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(jī)的內(nèi)存中的，通道程序是放在主機(jī)的內(nèi)存中的，換言之，換言之，是通道與是通道與CPU共享內(nèi)存。共享內(nèi)存。設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備3設(shè)備4設(shè)備5設(shè)備6設(shè)備7控制器1控制器2控制器3控制器4通道1通道2存儲(chǔ)器5.3I/O控制方式控制方式nCPU與與I/O設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送控制方式設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送控制方式n程序直接控制程序直接控

11、制n中斷控制方式中斷控制方式nDMAn通道通道I/O控制的發(fā)展，宗旨：控制的發(fā)展，宗旨：盡量盡量減少主機(jī)對(duì)減少主機(jī)對(duì)I/O控制的干預(yù)控制的干預(yù)，把主機(jī)從繁雜的，把主機(jī)從繁雜的I/O控制事務(wù)中解脫出來(lái)，以更多地去完成數(shù)據(jù)控制事務(wù)中解脫出來(lái)，以更多地去完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)。處理任務(wù)。通道控制方式通道控制方式 當(dāng)當(dāng)CPU要完成一組相關(guān)的讀要完成一組相關(guān)的讀(或?qū)懟驅(qū)?操作及操作及有關(guān)控制時(shí)，只需向有關(guān)控制時(shí)，只需向I/O通道發(fā)送一條通道發(fā)送一條I/O指指令，以給出其所要執(zhí)行的令，以給出其所要執(zhí)行的通道程序通道程序的首址和的首址和要訪問的要訪問的I/O設(shè)備，通道接到該指令后，通過設(shè)備，通道接到該指令后，通

12、過執(zhí)行通道程序便可完成執(zhí)行通道程序便可完成CPU指定的指定的I/O任務(wù)。任務(wù)。通道程序通道程序n通道指令：通道指令：（1）操作碼）操作碼（2）內(nèi)存地址）內(nèi)存地址（3）計(jì)數(shù)）計(jì)數(shù)（4）通道程序結(jié)束位）通道程序結(jié)束位P。（5）記錄結(jié)束標(biāo)志）記錄結(jié)束標(biāo)志R。操作操作PR 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) 內(nèi)存地址內(nèi)存地址WRITE0080813WRITE001401034WRITE01605830WRITE013002000WRITE002501850WRITE11250720指令的執(zhí)行周期指令的執(zhí)行周期:具有中斷處理時(shí)具有中斷處理時(shí)的指令執(zhí)行周期的指令執(zhí)行周期從用戶角度看中斷從用戶角度看中斷中斷:處理機(jī)暫停正在執(zhí)行的程序

13、,轉(zhuǎn)去處理相應(yīng)的緊急事件,待處理完畢后再返回原處繼續(xù)執(zhí)行.CPU對(duì)系統(tǒng)發(fā)生的某個(gè)事件作出的一種反應(yīng)1.緩沖技術(shù)的引入n緩和緩和CPU與與I/O設(shè)備間速度不匹配的設(shè)備間速度不匹配的矛盾。矛盾。n減少對(duì)減少對(duì)CPU的中斷頻率，的中斷頻率，放寬對(duì)放寬對(duì)CPU中斷響應(yīng)時(shí)間的限制。中斷響應(yīng)時(shí)間的限制。n提高提高CPU和和I/O設(shè)備之間的并行性。設(shè)備之間的并行性。5.4.緩沖管理利用緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)緩沖1位緩沖9.6Kb/s8位緩沖寄存器送內(nèi)存9.6Kb/s8位緩沖寄存器9.6Kb/s送內(nèi)存(b)(a)(c)硬緩沖：硬緩沖：在設(shè)備中設(shè)置緩沖區(qū)，由硬件實(shí)現(xiàn)在設(shè)備中設(shè)置緩沖區(qū)，由硬件實(shí)現(xiàn)軟緩沖：軟緩沖：在內(nèi)存中

14、開辟一個(gè)空間，用作緩沖區(qū)在內(nèi)存中開辟一個(gè)空間，用作緩沖區(qū)2.緩沖區(qū)設(shè)置3.3.幾種緩沖技術(shù)幾種緩沖技術(shù)1)1)單緩沖單緩沖2)2)雙緩沖雙緩沖3)3)多緩沖：多緩沖：4)4)緩沖池。緩沖池為多個(gè)設(shè)備共享，設(shè)緩沖池。緩沖池為多個(gè)設(shè)備共享，設(shè)備需要時(shí)才接上，用完歸還。備需要時(shí)才接上，用完歸還。1.單緩沖單緩沖(Single Buffer)工作區(qū)處理(C)緩沖區(qū)傳送(M)輸入(T)I/O設(shè)備(a)T1M1C1T2M2C2T3M3C3T4t(b)用戶進(jìn)程單緩沖工作示意圖2.雙緩沖雙緩沖(Double Buffer)工作區(qū)用戶進(jìn)程緩沖區(qū)1緩沖區(qū)2I/O設(shè)備T1(緩沖1)M1C1M2C2M3C3T2(緩沖

15、2)T3(緩沖3)M4C4T4(緩沖4)(a)(b)雙緩沖工作示意圖雙緩沖（雙緩沖（a a）雙緩沖（雙緩沖（b b）雙機(jī)通信時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置緩沖區(qū)緩沖區(qū)A機(jī)B機(jī)(a)單緩沖發(fā)送緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)A機(jī)B機(jī)(b)雙緩沖3 循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖 1)循環(huán)緩沖的組成循環(huán)緩沖的組成 RGGGRG165423NextiNextgRGGGRC165423NextiNextgcurrent2)循環(huán)緩沖區(qū)的使用循環(huán)緩沖區(qū)的使用(1)Getbuf過程:計(jì)算進(jìn)程或輸入進(jìn)程(2)使用緩沖區(qū)。(3)(2)Releasebuf過程。4 緩沖池緩沖池(Buffer Pool)1)緩沖池的組成緩沖池的組成對(duì)于既可

16、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)；n 裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。為了管理上為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個(gè)隊(duì)列，于是可形成以下三個(gè)隊(duì)列：個(gè)隊(duì)列，于是可形成以下三個(gè)隊(duì)列：（1）空緩沖隊(duì)列）空緩沖隊(duì)列emq。(2)輸入隊(duì)列輸入隊(duì)列inq。(3)輸出隊(duì)列輸出隊(duì)列outq。n四種工作緩沖區(qū)四種工作緩沖區(qū):nhin 收容輸入收容輸入nsin 提取輸入提取輸入nsout 提取輸出提取輸出nhout 收容輸出收容輸出2.Getbuf過程和過程和Putbuf過程過程 Pr

17、ocedureGetbuf(type)beginWait(RS(type);Wait(MS(type);B(number)=Takebuf(type);Signal(MS(type);endProcedurePutbuf(type,number)beginWait(MS(type);Addbuf(type,number);Signal(MS(type);Signal(RS(type);end3.緩沖區(qū)的工作方式緩沖區(qū)的工作方式 圖5-13緩沖區(qū)的工作方式hinsoutsinhout收容輸入提取輸出用戶程序提取輸入收容輸出緩沖池5.5 設(shè)設(shè) 備備 分分 配配 5.5.1 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備

18、分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 當(dāng)某進(jìn)程向系統(tǒng)提出I/O請(qǐng)求時(shí)，設(shè)備分配程序按一定策略分配設(shè)備、控制器和通道，形成一條數(shù)據(jù)傳輸通路，以供主機(jī)和設(shè)備間信息交換設(shè)備控制表（）設(shè)備控制表（）每個(gè)設(shè)備一個(gè)每個(gè)設(shè)備一個(gè)控制器表（）控制器表（）每個(gè)控制器一個(gè)每個(gè)控制器一個(gè)通道表（）通道表（）每個(gè)通道一個(gè)每個(gè)通道一個(gè)系統(tǒng)設(shè)備表（）系統(tǒng)設(shè)備表（）整個(gè)系統(tǒng)一個(gè)整個(gè)系統(tǒng)一個(gè)設(shè)備類型 type設(shè)備標(biāo)識(shí)符：deviceid設(shè)備狀態(tài)：等待/不等待 忙/閑指向控制器表的指針重復(fù)執(zhí)行次數(shù)或時(shí)間設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針DCT1DCT2DCTn設(shè)備控制表集合圖5-14設(shè)備控制表1.設(shè)備控制表DCT 2.控制器控制表、控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)

19、設(shè)備表通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表 圖5-15COCT、CHCT和SDT表(c)系統(tǒng)設(shè)備表SDT控制器標(biāo)識(shí)符：controllerid控制器狀態(tài)：忙/閑與控制器連接的通道表指針控制器隊(duì)列的隊(duì)首指針控制器隊(duì)列的隊(duì)尾指針通道標(biāo)識(shí)符：channelid通道狀態(tài)：忙/閑與通道連接的控制器表首址通道隊(duì)列的隊(duì)首指針通道隊(duì)列的隊(duì)尾指針(a)控制器表COCT(b)通道表CHCT表目1表目i設(shè)備類設(shè)備標(biāo)識(shí)符DCT驅(qū)動(dòng)程序入口設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備3設(shè)備4設(shè)備5設(shè)備6設(shè)備7控制器1控制器2控制器3控制器4通道1通道2存儲(chǔ)器5.5.2 設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素 1.設(shè)備的固有屬性設(shè)備的固有屬性(1)獨(dú)享設(shè)備

20、。(2)(2)共享設(shè)備。(3)虛擬設(shè)備。2.設(shè)備分配算法設(shè)備分配算法(1)先來(lái)先服務(wù)。(2)(2)優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先。3.設(shè)備分配中的安全性設(shè)備分配中的安全性 1)安全分配方式2)2)不安全分配方式5.5.3 獨(dú)占設(shè)備的分配程序獨(dú)占設(shè)備的分配程序 1.基本的設(shè)備分配程序基本的設(shè)備分配程序 2.對(duì)于具有通道的系統(tǒng)對(duì)于具有通道的系統(tǒng):根據(jù)用戶請(qǐng)求的I/O設(shè)備的邏輯名，查找邏輯設(shè)備和物理設(shè)備的映射表；以物理設(shè)備為索引，查找SDT，找到該設(shè)備所連接的DCT；繼續(xù)查找與該設(shè)備連接的COCT和CHCT，就找到了一條通路。即：分配設(shè)備分配控制器-分配通道為進(jìn)程為進(jìn)程P P分配所需的分配所需的I/OI/O設(shè)備設(shè)備

21、從從SDTSDT表查該類設(shè)備的控制表表查該類設(shè)備的控制表DCTDCT由由DCTDCT檢查該設(shè)備忙否檢查該設(shè)備忙否?不忙不忙檢查分配此設(shè)備的安全性檢查分配此設(shè)備的安全性?不安全不安全分配此設(shè)備給進(jìn)程分配此設(shè)備給進(jìn)程P P查此設(shè)備連接的查此設(shè)備連接的COCTCOCT忙否忙否?不忙不忙不忙不忙分配此控制器給進(jìn)程分配此控制器給進(jìn)程P P查此控制器連接的查此控制器連接的CHCTCHCT忙否忙否?最后一個(gè)最后一個(gè)DCT?DCT?分配此通道給進(jìn)程分配此通道給進(jìn)程P P啟動(dòng)啟動(dòng)I/O,I/O,進(jìn)行具體的進(jìn)行具體的I/OI/O操作操作忙忙進(jìn)程進(jìn)程P的的PCB放入放入此設(shè)備的等待隊(duì)列此設(shè)備的等待隊(duì)列YN忙忙最后一

22、個(gè)最后一個(gè)COCT?COCT?最后一個(gè)最后一個(gè)DCT?DCT?進(jìn)程進(jìn)程 P 的的 PCB 放入放入此控制器的等待隊(duì)列此控制器的等待隊(duì)列YNY忙忙最后一個(gè)最后一個(gè)CHCT?CHCT?Y最后一個(gè)最后一個(gè)COCT?COCT?進(jìn)程進(jìn)程 P 的的 PCB 放入放入此通道的等待隊(duì)列此通道的等待隊(duì)列NYNN多通路設(shè)備分配流程示意圖多通路設(shè)備分配流程示意圖2.設(shè)備分配程序的改進(jìn)設(shè)備分配程序的改進(jìn) 1)增加設(shè)備的獨(dú)立性2)3)2)考慮多通路情況5.6 5.6 設(shè)備處理設(shè)備處理 (1)(1)接收由接收由I/OI/O進(jìn)程發(fā)來(lái)的命令和參數(shù)，并進(jìn)程發(fā)來(lái)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，將命令中的抽

23、象要求轉(zhuǎn)換為具體要求，例如，將磁盤塊號(hào)轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面、將磁盤塊號(hào)轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面、磁道號(hào)及磁道號(hào)及扇區(qū)號(hào)。扇區(qū)號(hào)。(2)(2)檢查用戶檢查用戶I/OI/O請(qǐng)求的合法性，了解請(qǐng)求的合法性，了解I/OI/O設(shè)設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。方式。1.1.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)1)1)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 (3)(3)發(fā)出發(fā)出I/OI/O命令，如果設(shè)備空閑，便立即啟命令，如果設(shè)備空閑，便立即啟動(dòng)動(dòng)I/OI/O設(shè)備去完成指定的設(shè)備去完成指定的I/OI/O操作；如果設(shè)備操作；如果設(shè)備處于忙碌狀態(tài)，則將請(qǐng)求者的

24、請(qǐng)求塊掛在設(shè)處于忙碌狀態(tài)，則將請(qǐng)求者的請(qǐng)求塊掛在設(shè)備隊(duì)列上等待。備隊(duì)列上等待。(4)(4)及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。程序進(jìn)行處理。(5)(5)對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的I/OI/O請(qǐng)求，自動(dòng)地構(gòu)成請(qǐng)求，自動(dòng)地構(gòu)成通道程序。通道程序。2)2)設(shè)備處理方式設(shè)備處理方式 (1)(1)為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，專門用于為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，專門用于執(zhí)行這類設(shè)備的執(zhí)行這類設(shè)備的I/OI/O

25、操作。操作。(2)(2)在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)I/OI/O進(jìn)程，專門進(jìn)程，專門用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的I/OI/O操作。操作。(3)(3)不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程，而只為各不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程，而只為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序(模塊模塊)，供，供用戶進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用。用戶進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用。3)3)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn) (1)(1)驅(qū)動(dòng)程序主要是指在請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)程序主要是指在請(qǐng)求I/OI/O的進(jìn)程與設(shè)備控制的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信和轉(zhuǎn)換程序。器之間的一個(gè)通信和轉(zhuǎn)換程序。(2)(2)驅(qū)動(dòng)程

26、序與設(shè)備控制器和驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備控制器和I/OI/O設(shè)備的硬件特性緊設(shè)備的硬件特性緊密相關(guān)，因而對(duì)不同類型的設(shè)備應(yīng)配置不同的驅(qū)動(dòng)密相關(guān)，因而對(duì)不同類型的設(shè)備應(yīng)配置不同的驅(qū)動(dòng)程序。程序。(3)(3)驅(qū)動(dòng)程序與驅(qū)動(dòng)程序與I/OI/O設(shè)備所采用的設(shè)備所采用的I/OI/O控制方式緊密控制方式緊密相關(guān)。相關(guān)。(4)(4)由于驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān)，因而其中的一由于驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān)，因而其中的一部分必須用匯編語(yǔ)言書寫。部分必須用匯編語(yǔ)言書寫。2.2.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程1.1.將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 2.2.2.2.檢查檢查I/OI/O請(qǐng)求的合法性請(qǐng)求

27、的合法性 3.3.3.3.讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài) 4.4.4.4.傳送必要的參數(shù)傳送必要的參數(shù) 5.5.5.5.工作方式的設(shè)置工作方式的設(shè)置 6.6.6.6.啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O設(shè)備設(shè)備 中斷處理流程（1 1）用戶進(jìn)程層執(zhí)行輸入輸出系統(tǒng)調(diào)用，）用戶進(jìn)程層執(zhí)行輸入輸出系統(tǒng)調(diào)用，對(duì)對(duì)I IO O數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化，為假脫機(jī)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化，為假脫機(jī)輸入輸出作準(zhǔn)備輸出作準(zhǔn)備（2 2）獨(dú)立于設(shè)備的軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的命名、）獨(dú)立于設(shè)備的軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的命名、設(shè)備的保護(hù)、成塊處理、緩沖技術(shù)和設(shè)設(shè)備的保護(hù)、成塊處理、緩沖技術(shù)和設(shè)備分配備分配（3 3）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置設(shè)備寄存器、檢）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置

28、設(shè)備寄存器、檢查設(shè)備的執(zhí)行狀態(tài)查設(shè)備的執(zhí)行狀態(tài)（4 4）中斷處理程序負(fù)責(zé)）中斷處理程序負(fù)責(zé)I IO O完成時(shí)，喚完成時(shí)，喚醒設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程，進(jìn)行中斷處理醒設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程，進(jìn)行中斷處理（5 5）硬件層實(shí)現(xiàn)物理）硬件層實(shí)現(xiàn)物理I IO O的操作的操作5.7 SPOOLing 技術(shù)技術(shù)虛擬性是虛擬性是OS的四大特征之一。的四大特征之一。在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱為SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，或稱為假脫機(jī)操作。是對(duì)脫機(jī)輸入、輸出系統(tǒng)的模擬。SPOOLing系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 圖5-19SPOOLing系統(tǒng)的組成輸

29、入進(jìn)程SPi輸入進(jìn)程SPo輸入緩沖區(qū)Bi輸出緩沖區(qū)Bo輸入井輸出井磁盤輸入設(shè)備輸出設(shè)備 共享打印機(jī)共享打印機(jī) 當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)求打印輸出時(shí)，SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出，但并不真正立即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程，而只為它做兩件事：由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請(qǐng)一個(gè)空閑磁盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請(qǐng)一張空白的用戶請(qǐng)求打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列上。SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)提高了I/O的速度。(2)(2)將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備。(3)(3)實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。小結(jié)小結(jié):n1.掌握設(shè)備的類型；設(shè)備控制器是掌握設(shè)備的類型

30、；設(shè)備控制器是CPU與與I/O設(shè)備之間的接口，設(shè)備控制器的作用。設(shè)備之間的接口，設(shè)備控制器的作用。n2、掌握、掌握I/O控制方式：程序控制方式：程序I/O、中斷驅(qū)動(dòng)、中斷驅(qū)動(dòng)控制、控制、DMA、通道控制。、通道控制。n3、了解引入緩沖技術(shù)的原因，常用的緩沖技、了解引入緩沖技術(shù)的原因，常用的緩沖技術(shù)，重點(diǎn)掌握緩沖池。術(shù)，重點(diǎn)掌握緩沖池。n4、設(shè)備分配的過程、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和、設(shè)備分配的過程、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和處理過程，處理過程，SPOOLing技術(shù)。技術(shù)。練習(xí)：練習(xí)：n1。利用通道實(shí)現(xiàn)（。利用通道實(shí)現(xiàn)（）之間數(shù)據(jù)的快速）之間數(shù)據(jù)的快速傳輸：傳輸：A。CPU和外設(shè)和外設(shè) B。內(nèi)存和。內(nèi)存和C

31、PUC。內(nèi)存和外設(shè)。內(nèi)存和外設(shè) D。外設(shè)和外設(shè)。外設(shè)和外設(shè)5.6磁盤調(diào)度算法磁盤調(diào)度算法n當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤時(shí)當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤時(shí),采用一種采用一種合適的磁盤調(diào)度算法合適的磁盤調(diào)度算法,使各進(jìn)程對(duì)磁盤的使各進(jìn)程對(duì)磁盤的平均訪問平均訪問(主要是主要是尋道尋道)時(shí)間最小。時(shí)間最小。1）先來(lái)先服務(wù)（FCFS）先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法是按請(qǐng)求訪問者先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法是按請(qǐng)求訪問者的先后次序啟動(dòng)磁盤驅(qū)動(dòng)器，而不考慮的先后次序啟動(dòng)磁盤驅(qū)動(dòng)器，而不考慮它們要訪問的物理位置。它們要訪問的物理位置。被訪問的下一被訪問的下一個(gè)磁道號(hào)個(gè)磁道號(hào) 移動(dòng)距離移動(dòng)距離555839189016015038184平均尋道

32、時(shí)間：平均尋道時(shí)間：55.3從100#磁道開始FCFS調(diào)度算法示例：進(jìn)程訪問磁道的順序：55，58，39，18，90，160，150，38，184（2）最短尋道時(shí)間優(yōu)先）最短尋道時(shí)間優(yōu)先（SSTF）n最短尋道時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法總是讓離當(dāng)最短尋道時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法總是讓離當(dāng)前磁道最近的請(qǐng)求訪問者啟動(dòng)磁盤驅(qū)動(dòng)前磁道最近的請(qǐng)求訪問者啟動(dòng)磁盤驅(qū)動(dòng)器，即是讓查找時(shí)間最短的那個(gè)作業(yè)先器，即是讓查找時(shí)間最短的那個(gè)作業(yè)先執(zhí)行，而不考慮請(qǐng)求訪問者到來(lái)的先后執(zhí)行，而不考慮請(qǐng)求訪問者到來(lái)的先后次序，這樣就克服了先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算次序，這樣就克服了先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法中磁臂移動(dòng)過大的問題。法中磁臂移動(dòng)過大的問題。被訪問的下一

33、被訪問的下一個(gè)磁道號(hào)個(gè)磁道號(hào) 移動(dòng)距移動(dòng)距離離平均尋道時(shí)間：平均尋道時(shí)間：27.5從100#磁道開始SSTF調(diào)度算法示例：進(jìn)程請(qǐng)求磁道的順序：55，58，39，18，90，160，150，38，184（3）掃描算法（）掃描算法（SCAN）或電）或電梯調(diào)度算法梯調(diào)度算法 n掃描調(diào)度算法總是從磁臂當(dāng)前位置開始，掃描調(diào)度算法總是從磁臂當(dāng)前位置開始，沿磁臂的移動(dòng)方向去選擇離當(dāng)前磁臂最沿磁臂的移動(dòng)方向去選擇離當(dāng)前磁臂最近的那個(gè)柱面的訪問者。如果沿磁臂的近的那個(gè)柱面的訪問者。如果沿磁臂的方向無(wú)請(qǐng)求訪問時(shí)，就改變磁臂的移動(dòng)方向無(wú)請(qǐng)求訪問時(shí)，就改變磁臂的移動(dòng)方向。在這種調(diào)度方法下磁臂的移動(dòng)類方向。在這種調(diào)度方

34、法下磁臂的移動(dòng)類似于電梯的調(diào)度，所以它也稱為電梯調(diào)似于電梯的調(diào)度，所以它也稱為電梯調(diào)度算法。度算法。n訪問次序訪問次序:n55,58,39,18,90,160,150,38,184當(dāng)前位置當(dāng)前位置:100磁道磁道 方向：磁道號(hào)增加的方向方向：磁道號(hào)增加的方向被訪問的下一被訪問的下一個(gè)磁道號(hào)個(gè)磁道號(hào) 移動(dòng)距移動(dòng)距離離平均尋道時(shí)間：平均尋道時(shí)間：27.8SCAN調(diào)度算法示例：磁盤的調(diào)度算法舉例磁盤的調(diào)度算法舉例 n若磁頭的當(dāng)前位置為若磁頭的當(dāng)前位置為100磁道，磁頭正向磁道號(hào)增加磁道，磁頭正向磁道號(hào)增加的方向移動(dòng)?，F(xiàn)有一磁盤讀寫請(qǐng)求隊(duì)列：的方向移動(dòng)?，F(xiàn)有一磁盤讀寫請(qǐng)求隊(duì)列：23、376、205、132、19、61、190、398、29、4、18、40。若采用先來(lái)先服務(wù)、最短尋道時(shí)間優(yōu)先和掃描（電梯若采用先來(lái)先服務(wù)、最短尋道時(shí)間優(yōu)先和掃描（電梯調(diào)度）算法，試計(jì)算平均尋道長(zhǎng)度各為多少？調(diào)度）算法，試計(jì)算平均尋道長(zhǎng)度各為多少？演講完畢，謝謝觀看！