【正文】 時(shí)間的變化幅度較小。n 其缺點(diǎn)是對用戶的服務(wù)請求的響應(yīng)機(jī)會不是均等的， 對中間磁道的訪問請求得到最好的服務(wù)，對內(nèi)、外兩側(cè)磁道的服務(wù)隨偏離中心磁道的距離愈遠(yuǎn)而愈差，因而導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間的變化幅度很大，在服務(wù)請求很多的情況下，對內(nèi)、外邊緣磁道的請求將會無限期地被延遲。如下頁圖所示。2023/1/28115現(xiàn)對需要存取得磁筒進(jìn)行排序： 14， 37， 65， 67 98， 122， 124， 對于最短查找時(shí)間優(yōu)先策略來說，只要某訪問請求所在的柱面離磁頭當(dāng)前位置最近，而不管該柱面是在磁臂地前進(jìn)方向上，還是相反。2023/1/28118對相同的例子采用單向掃描調(diào)度算法的執(zhí)行次序?yàn)椋?5， 67 98， 122， 124， 183 ，此時(shí)移動臂繼續(xù)向里移動，直到最內(nèi)的柱面（圖中為 199號柱面）后，再返回到 0號柱面，重新掃描時(shí)依次為 14， 37柱面的訪問者服務(wù)。當(dāng)磁臂向內(nèi)移動時(shí)，它對本次移動開始前到達(dá)的各訪問請求，自外向內(nèi)地依次給予服務(wù)，直到對最內(nèi)柱面上的訪問請求滿足后，磁臂直接向外移動，使磁頭停在所有新的訪問請求的最外邊的柱面上，然后再對本次移動前到達(dá)的各訪問要求依次給予服務(wù)。2023/1/281235）電梯調(diào)度算法 ●“電梯調(diào)度 ”算法總是從移動臂當(dāng)前位置開始沿著臂的移動方向去選擇離當(dāng)前移動臂最近的那個住面的訪問者，如果沿臂的移動方向無請求訪問時(shí)，就改變臂的移動方向再選擇。2023/1/28124●我們?nèi)杂猛焕觼碛懻摬捎?“電梯調(diào)度 ”算法的情況，由于該算法是與移動臂的方向有關(guān)，所以，應(yīng)分兩種情況來討論。 當(dāng)前正在 53號柱面 ，在這種情況下為等待訪問者服務(wù)的次序是：65， 67， 98， 122， 124， 183， 37， 14。2023/1/28127●對于這些調(diào)度算法的優(yōu)劣比較：（ FIFS）： 算法簡單，但效率差。但還是有一個空行程。因?yàn)榇蓬^是旋轉(zhuǎn)的，這樣按離磁頭由近到遠(yuǎn)的訪問，可以減少磁頭的旋轉(zhuǎn)時(shí)間，降低磁頭旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。實(shí)現(xiàn)這一功能的技術(shù)稱為 Spooling技術(shù)。由于預(yù)輸入程序和緩輸出程序的執(zhí)行是在主機(jī)控制下進(jìn)行的，所以也稱作外圍設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)操作。2023/1/28135n 目前不但在大、中型計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中廣泛使用 Spooling技術(shù)，而且微機(jī)上也使用了Spooling技術(shù)。n 若使用選擇型通道，則設(shè)備應(yīng)獨(dú)占該通道與控制器，若是其它兩種類型的通道，則通道無需獨(dú)占，但要防止通道程序過長，以免影響中斷響應(yīng)時(shí)間。其具體內(nèi)容如圖 48所示。（ 2）設(shè)備控制表2023/1/28142 表目 i ┊ 設(shè)備類型 設(shè)備標(biāo)識符 設(shè)備狀態(tài) 控制器表指針 重復(fù)執(zhí)行次數(shù)和時(shí)間 設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針 設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)尾指針 表目 1 ┊設(shè)備控制表集合 設(shè)備控制表 圖 49 系統(tǒng)設(shè)備表 2023/1/28143n 設(shè)備控制表包括：設(shè)備類型、設(shè)備標(biāo)識符、設(shè)備狀態(tài)、控制器表指針、重復(fù)執(zhí)行次數(shù)和時(shí)間、設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針和設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)尾指針等七項(xiàng)。若此時(shí)與設(shè)備相連的所有控制器和通道都忙，則把該進(jìn)程插入該控制器或通道隊(duì)列，并置位 “等待 /不等待 ”標(biāo)志位。2023/1/28146n 重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)或時(shí)間：在數(shù)據(jù)傳送中，若發(fā)生信息錯誤， 系統(tǒng)并不立即認(rèn)為傳送失敗，而是重復(fù)執(zhí)行該傳送操作。當(dāng)隊(duì)列不太長時(shí)，隊(duì)尾指針可以省去。2023/1/28149n 系統(tǒng)中設(shè)置一張用以記錄系統(tǒng)中所有通道情況的通道表，該表的具體內(nèi)容如下 411所示。2．設(shè)備分配原則2023/1/28152n 我們主要來研究以下設(shè)備分配的安全性以及與設(shè)備的無關(guān)性。n 為了加速進(jìn)程的推進(jìn)，使 CPU和 I/O設(shè)備并行工作的情況下，進(jìn)程可以同時(shí)操作多個設(shè)備，即某進(jìn)程可以以命令形式發(fā)出I/O請求后仍可繼續(xù)運(yùn)行，需要時(shí)又可發(fā)出第二個 I/O請求，第三個 I/O請求，僅當(dāng)進(jìn)程所請求的設(shè)備以被另一進(jìn)程占用時(shí)才進(jìn)入阻塞狀態(tài)。 因此，在多請求方式中，設(shè)備的分配程序應(yīng)保證不發(fā)生進(jìn)程死鎖。 （ 2）與設(shè)備無關(guān)性2023/1/28155n 例如一臺名為 LST的具有打印機(jī)屬性的邏輯設(shè)備，它可能是 0號打印機(jī)或 1號打印機(jī)，在某些情況下，也可能是顯示終端，甚至是一臺磁盤的某部分空間（虛擬打印機(jī)）。使用邏輯設(shè)備名能保證設(shè)備的獨(dú)立性。2023/1/28158n 上面的設(shè)備分配流程只是面向單通路的 I/O系統(tǒng)，即每個 I/O設(shè)備只有一條通路與內(nèi)存連接，實(shí)際上，為了可靠性和靈活性，往往采用多通路的I/O系統(tǒng)，這樣，一個 I/O設(shè)備可連至幾個控制器，每個控制器又連接幾個通道，使得設(shè)備分配更為復(fù)雜化。n 設(shè)備驅(qū)動程序與物理設(shè)備有關(guān)，針對具體的 I/O設(shè)備控制器進(jìn)行編碼和操作。 Microsoft Windows 2023 I/O系統(tǒng)2023/1/28162n Windows 2023 I/O系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：1）加快系統(tǒng)的 I/O處理。2023/1/281635）允許在系統(tǒng)中動態(tài)地添加或刪除設(shè)備驅(qū)動程序。2023/1/28164n Windows 2023 的 I/O系統(tǒng)是由一些執(zhí)行體組件和設(shè)備驅(qū)動程序組成，包括： I/O子系統(tǒng)、 I/O管理器、設(shè)備驅(qū)動程序、 PnP管理器、電源管理器、 WMI支持例程、注冊表、硬件抽象層 I/O訪問例程等。n I/O管理器：它負(fù)責(zé)驅(qū)動 I/O請求的處理。n WMI支持例程：也稱為 Windows驅(qū)動程序模型（ WDM） WMI提供者，允許驅(qū)動程序使用這些支持例程作為媒介，與用戶模式下運(yùn)行的 WMI服務(wù)通信。一個典型的 I/O請求流程的結(jié)構(gòu)如圖 414所示。1． I/O管理器2023/1/28171n I/O管理器創(chuàng)建代表每個 I/O操作的 IRP， 傳遞 IRP給正確的設(shè)備驅(qū)動程序，并且當(dāng)此 I/O操作完成后，處理這個數(shù)據(jù)包，最后撤消這個 IRP。例如， I/O管理器提供一個允許某個驅(qū)動程序調(diào)用其它驅(qū)動程序的函數(shù)。2023/1/28172n 除了創(chuàng)建并處理 IRP外， I/O管理器還為不同的驅(qū)動程序提供了公共的代碼，驅(qū)動程序調(diào)用這些代碼執(zhí)行它們的 I/O處理。在該模型里， I/O請求被提交給設(shè)備驅(qū)動程序。n 硬件抽象層 I/O訪問例程：負(fù)責(zé)把驅(qū)動程序與多種多樣的硬件平臺隔離開來，使它們在給定的體系中是可移植的，并保證在 Windows 2023支持的硬件體系結(jié)構(gòu)中的源代碼是可移植的。n PnP管理器：通過與 I/O管理器和總線驅(qū)動程序的協(xié)同工作來檢測硬件資源的分配，并且檢測相應(yīng)硬件設(shè)備的添加和刪除。 4． 5． 1. I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2023/1/28165圖 413 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) WDM WMI例程 應(yīng)用程序 WIN32系統(tǒng)服務(wù) WMI服務(wù) 用戶模式的即插即用管理器 安裝組件 .inf文件 .cat文件 .注冊表 即插即用管理器 電源管理器 I/O管理器 硬件抽象層（ HAL)……驅(qū)動程序 核心模式 用戶模式 I/O系統(tǒng) 2023/1/28166在 I/O系統(tǒng)中，各個組件的作用如下：n I/O子系統(tǒng)：它是內(nèi)部的執(zhí)行體系統(tǒng)服務(wù)，系統(tǒng)調(diào)用它們實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的文檔化的 I/O函數(shù)。7）為多種可安裝的文件系統(tǒng)提供支持，如 FAT、CDROM文件系統(tǒng)（ CDFS）、 統(tǒng)一磁盤格式（UDF） 文件系統(tǒng)和 Windows 2023 文件系統(tǒng)（NTFS） 。3）滿足各種環(huán)境子系統(tǒng)指定的 I/O服務(wù)的需要。它接受 I/O請求，并且以不同的形式把它們傳送到 I/O設(shè)備。對于設(shè)置有通道的系統(tǒng)， CPU啟動 I/O就是調(diào)用相應(yīng)的通道程序，由通道專用處理機(jī)執(zhí)行通道程序完成I/O操作。 設(shè)備分配包括分配設(shè)備、分配控制器和分配通道。2023/1/28156n 用戶程序使用邏輯設(shè)備名，而不直接使用物理設(shè)備名有以下優(yōu)點(diǎn)：1）當(dāng)物理設(shè)備發(fā)生意外情況無法工作或設(shè)備型號發(fā)生變動時(shí)，用戶程序無須修改也不用重新編譯，只需更換控制卡或用命令重新修改邏輯設(shè)備名和物理設(shè)備名之間的連接即可。n 為此使用邏輯設(shè)備名和物理設(shè)備名，實(shí)現(xiàn)用戶程序與物理設(shè)備的無關(guān)性。n 例如，進(jìn)程 A和進(jìn)程 B都需要使用卡片輸入機(jī)和打印機(jī)，進(jìn)程 A先提出使用卡片輸入機(jī)并已獲得，進(jìn)程 B要求打印機(jī)且已分到，因此進(jìn)程 A、 B都將繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)程 A又需要打印機(jī)時(shí)，由于進(jìn)程 B已占用打印機(jī)，進(jìn)程 A因此阻塞。n 在 CPU和 I/O設(shè)備之間串行工作時(shí)，不會發(fā)生死鎖現(xiàn)象，因?yàn)槊慨?dāng)進(jìn)程以命令形式發(fā)出 I/O請求后，便立即進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到所提出的 I/O請求完成才被喚醒。與設(shè)備控制表的表目類似，不再重復(fù)。（ 3）控制器表2023/1/28148 表目 i ┊ 控制器標(biāo)識符 控制器狀態(tài) 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 表目 1 ┊ 控制器表 圖 410 控制器表 n其中控制器表中包括：控制器標(biāo)識符、控制器狀態(tài)、與控制器連接的通道表指針、控制器隊(duì)列的隊(duì)首指針和隊(duì)尾指針。n 設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針和隊(duì)尾指針：凡因請求本設(shè)備未得到滿足的進(jìn)程，將其按一定的策略排成一個隊(duì)列，該隊(duì)列稱為設(shè)備請求隊(duì)列或簡稱設(shè)備隊(duì)列。2023/1/28145n 控制器表指針：若 I/O設(shè)備與內(nèi)存之間僅有一條通道，此時(shí)設(shè)備僅連向一個控制器，該表目便填上該控制器表的首址。2023/1/28144n 設(shè)備狀態(tài)：有四種狀態(tài)： 等待、不等待、忙、閑，等待和不等待用一個 “等待 /不等待 ”標(biāo)志位表示，忙和閑用一個 “忙 /閑 ”標(biāo)志位表示。n 設(shè)備接口模塊標(biāo)識符：指出負(fù)責(zé)該設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作的軟件的標(biāo)識符。其中基本的表有：系統(tǒng)設(shè)備表、設(shè)備控制表、控制器表和通道表。2023/1/28136n 設(shè)備分配程序的功能是當(dāng)某進(jìn)程向系統(tǒng)提出 I/O請求后，設(shè)備分配程序按照一定的策略，把所要求的設(shè)備分配給它。2023/1/28134n 由此可以看出，虛擬設(shè)備分配的特點(diǎn)：（ 1）用戶進(jìn)程并未真正分得打印機(jī)，即打印機(jī)并未被某各進(jìn)程所獨(dú)占；（ 2）用戶進(jìn)程時(shí)間被分給的不是打印設(shè)備，而是共享設(shè)備中的一個存儲區(qū)或文件，即虛擬設(shè)備，實(shí)際的打印機(jī)由 Spooling調(diào)度依次按某一策略逐個地打印存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)。假脫機(jī)系統(tǒng)輸入輸出的工作原理如圖 47所示。n 對于磁盤的查找優(yōu)化和旋轉(zhuǎn)優(yōu)化都可以采用硬件的方法來實(shí)現(xiàn)。2023/1/28128n 為了減少旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間，對同一柱面上各磁道的扇區(qū)的對個訪問請求也需重新排隊(duì)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)優(yōu)化，通常使用的優(yōu)化策略是最短延遲時(shí)間優(yōu)化策略。：效率比較高，但有一個空行程?！裨谡{(diào)度過程中可能有新的請求訪問者加入，這些新的請求訪問者加入時(shí)，如果讀寫磁頭已經(jīng)超過了它們所要訪問的柱面位置，則只能在以后的調(diào)度中被選擇執(zhí)行。 當(dāng)前正在 53號柱面 ，在這種情況下為等待訪問者服務(wù)的次序是：37， 14， 65， 67， 98， 122， 124， 電梯管理員不是按照乘客來到的先后次序服務(wù)，而是考慮電梯的效率。根據(jù)模擬研究表明，再訪問負(fù)荷較小的情況下，掃描策略是最好的。 N步掃描策略基本上與掃描策略相同，只是當(dāng)它在磁臂向內(nèi)或向外移動過程中，只服務(wù)于在磁臂改變方向前到達(dá)的訪問請求，而不理會在磁臂單向移動過程中到達(dá)的那些新的訪問請求。3）掃描策略2023/1/28117n 此策略基本上克服了最短查找時(shí)間優(yōu)先策略的服務(wù)集中于中間磁道和響應(yīng)時(shí)間變化比較大的缺點(diǎn)。余下的問題是在到達(dá) 67后，下一個目標(biāo)是？37， 67， 98其差為 30與 31，所以下一個目標(biāo)為 37。與先來先服務(wù)算法比較，大幅度地減少了尋找時(shí)間。2023/1/28114 ●我們還是用同一個例子來討論，現(xiàn)在當(dāng) 53號柱面的操作結(jié)束后，應(yīng)該先處理 65號柱面的請求，然后到達(dá) 67號柱面執(zhí)行操作。2023/1/281132）最短查找時(shí)間優(yōu)先的策略n 是選擇請求隊(duì)列中柱面號最接近于磁頭當(dāng)前所在的柱面的訪問要求，作為下一個服務(wù)對象。那么，當(dāng) 53號柱面上的操作結(jié)束后，移動臂將按請求的先后次序先移到 98號往面，最后到達(dá)67號柱面，如下頁圖所示。 第 P塊在磁盤上的位置為： 柱面號 = M 磁頭號 = [ N／ S] 扇區(qū)號 = N mod S2023/1/28108n 磁盤的調(diào)度策略有很多，在制訂調(diào)度策略時(shí)，主要考慮三個方面：吞吐量、平均響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間的變化幅度等。是訪問磁盤的操作時(shí)間示意。因此，執(zhí)行一次輸入輸出所花的時(shí)間有： 尋找時(shí)間 —— 磁頭在移動臂帶動下移動到指定柱面所花的時(shí)間?！衩總€扇區(qū)的各磁道上均可存放相等數(shù)量的字符，我們稱它為 “塊 ”，塊是信息讀寫的最小單位。2023/1/28101 ●每個盤面有一個讀寫磁頭，所有的讀寫磁頭被固定在惟一的移動臂上同時(shí)移動，把