第7章-設備管理-文庫吧
2025-02-12 20:48 本頁面
【正文】 PU與外設之間交換的數據，從而緩和 CPU與外設速度不匹配所產生的矛盾。 其實，凡是數據到達和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術。 I/O緩沖 引入 I/O緩沖的目的： (1) 改善 CPU與 I/O設備之間速度不匹配的矛盾 (2) 減少對 CPU的中斷頻率 ， 放寬對中斷響應時間的限制 (3) 減少訪問 I/O設備 （ 如磁盤 ） 的次數 (4) 提高 CPU與 I/O設備之間的并行性 I/O緩沖 I/O緩沖的實現方式： (1) 硬件緩沖 I/O設備或控制器內部設置的純硬件緩沖區(qū) (2) 軟件緩沖 為 I/O在內存開辟的緩沖區(qū)，由軟件來管理 容量大，使用靈活 下面要講的是 OS采用的 I/O緩沖技術。 I/O緩沖 二、 OS為什么要引入 I/O緩沖？ 【例】應用程序要從磁盤中讀一塊數據（ 512B）到自己的地址空間 10001511(虛擬地址 )。在執(zhí)行 I/O命令后阻塞，等待數據變成可用的。 存在的問題： 該進程的虛擬地址單元 10001511必須鎖定在內存中，不能換出，干擾了 OS的交換決策； 否則有可能造成單進程死鎖。即進程發(fā)出 I/O命令后阻塞，若在開始 I/O操作之前被換出，則 I/O操作也會阻塞，以等待該進程被換入。 I/O緩沖 三、 I/O緩沖的種類 1. 單緩沖 當用戶進程發(fā)出 I/O請求時，操作系統在內存的系統空間為該操作分配一個緩沖區(qū) 輸入：數據輸入到系統緩沖區(qū)，傳送完成時，用戶進程將其復制到用戶空間 輸出：用戶進程將數據復制到系統緩沖區(qū)，然后由 OS輸出。 如果連續(xù)輸入 /輸出多個數據塊呢？ I/O緩沖的種類 2. 雙緩沖 由 OS指定 2個緩沖區(qū) 當用戶進程從一個緩沖區(qū)取數據（或向一個緩沖區(qū)寫數據）時， OS可以向另一個緩沖區(qū)輸入數據（或輸出另一個緩沖區(qū)的數據）。 I/O緩沖的種類 3. 緩沖池 又稱 循環(huán)緩沖 多個緩沖區(qū)構成循環(huán)隊列 類似于生產者 /消費者問題 設備分配與設備處理 一、設備分配 當某進程向系統提出 I/O請求時，設備分配程序按一定策略分配設備、控制器和通道，形成一條數據傳輸通路，以供主機和設備間信息交換。 設備分配 1. 與設備分配有關的數據結構 ? 設備類表 系統中擁有 1張設備類表 每類設備對應于表中一欄 ， 包括內容有：設備類 、 總臺數 、空閑臺數 、 設備驅動程序入口和設備表起始地址等 。 ? 設備表 每一類設備都有各自的設備表 ， 用來登記這類設備中每一臺設備的狀態(tài) ， 包含的內容有：物理設備名 、 邏輯設備名 、占有設備的進程號 、 已分配 /未分配 、 好 /壞等 。 與設備分配有關的數據結構 采用通道結構的系統中設備分配采用的數據結構： 系統設備表、通道控制表、控制器控制表和設備控制表 ? 系統建立 1張系統設備表 ， 記錄配置在系統中的所有物理設備的情況 。 ? 每個通道 、 控制器 、 設備各設置一張表 ， 記錄各自的地址 (標識符 )、 狀態(tài) (忙 /閑 )、 等待獲得此部件的進程隊列指針 、 及一次分配后相互鏈接的指針 ， 以備分配和執(zhí)行I/O時使用 。 具體內容如下： 與設備分配有關的數據結構 ? 設備控制塊 DCB（設備控制表 DCT） 記錄本設備的使用情況。主要內容：設備類型、設備標識符、設備狀態(tài)、與此設備相連的 COCT、重復執(zhí)行的次數或時間、等待隊列的隊首和隊尾指針 ? 控制器控制塊 COCB（控制器控制表 COCT） ? 通道控制塊 CHCB（通道控制表 CHCT） ? 系統設備表 SDT 整個系統一張表，記錄系統中所有 I/O設備的信息，表目包括：設備類型、設備標識符、設備驅動程序入口、 DCT表指針等，是分配程序首先查找的數據結構。 設備分配 2. 設備分配策略 由于在多道程序系統中，進程數多于資源數，引起資源的競爭。因此，要有一套合理的分配策略。 考慮的因素： ? I/O設備的固有屬性 ? I/O設備 的分配算法 ? 設備分配的安全性 ? 與設備的無關性 設備分配策略 （ 1）獨占設備的分配 所謂獨占式共享使用設備是以一次設備使用過程（包含多次 I/O操作）為單位使用設備 在申請設備時，如果設備空閑，就將其獨占，不再允許其他進程申請使用，一直等到該設備被釋放，才允許被其他進程申請使用 考慮效率問題，并且避免由于不合理的分配策略造成死鎖 靜態(tài)分配： 在進程運行前 , 完成設備分配；運行結束時，收回設備 缺點：設備利用率低 動態(tài)分配： 在進程運行過程中，當用戶提出設備要求時，進行分配，一旦停止使用立即收回 優(yōu)點：設備利用率高；缺點：分配策略不好時 , 產生死鎖 設備分配策略 （ 2）分時式共享設備的分配 所謂分時式共享就是以一次 I/O操作為單位分時使用設備，不同進程的 I/O操作請求以排隊方式分時地占用設備進行 I/O 由于同時有多個進程同時訪問，且訪問頻繁，因此要考慮多個訪問請求到達時服務的順序，使平均服務時間越短越好 （ 3）以 SPOOLing方式使用外設 SPOOLing 技術是在批處理操作系統時代引入的，即所謂假脫機輸入 /輸出技術。 例如：所有輸出數據已經寫到文件當中，并排到打印輸出隊列，打印進程申請占用打印機后，成批讀出文件中數據，并送打印機打印出去 打印請求隊列 （ 含要打印文件 ） 打印daemon 進程 打印機 設備分配策略 設備分配策略 常用的 I/O設備分配算法： ? 先來先服務 ? 優(yōu)先級高者優(yōu)先 設備請求隊列： 當多個進程對同一設備提出 I/O請求時，系統響應后，為它們分別建立 I/O請求包，按先來先服務或者優(yōu)先級高者優(yōu)先的原則組織成設備請求隊列。 設備分配程序總是把設備首先分配給隊首進程。具體分配是從設備類表或者系統設備表開始順序查找相應的數據結
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