【正文】 時間的變化幅度較小。n 其缺點是對用戶的服務請求的響應機會不是均等的， 對中間磁道的訪問請求得到最好的服務，對內(nèi)、外兩側磁道的服務隨偏離中心磁道的距離愈遠而愈差，因而導致響應時間的變化幅度很大，在服務請求很多的情況下，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行排序： 14， 37， 65， 67 98， 122， 124， 對于最短查找時間優(yōu)先策略來說，只要某訪問請求所在的柱面離磁頭當前位置最近，而不管該柱面是在磁臂地前進方向上，還是相反。2023/1/28118對相同的例子采用單向掃描調度算法的執(zhí)行次序為：65， 67 98， 122， 124， 183 ，此時移動臂繼續(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，重新掃描時依次為 14， 37柱面的訪問者服務。當磁臂向內(nèi)移動時，它對本次移動開始前到達的各訪問請求，自外向內(nèi)地依次給予服務，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的各訪問要求依次給予服務。2023/1/281235）電梯調度算法 ●“電梯調度 ”算法總是從移動臂當前位置開始沿著臂的移動方向去選擇離當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，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?“電梯調度 ”算法的情況，由于該算法是與移動臂的方向有關，所以，應分兩種情況來討論。 當前正在 53號柱面 ，在這種情況下為等待訪問者服務的次序是：65， 67， 98， 122， 124， 183， 37， 14。2023/1/28127●對于這些調度算法的優(yōu)劣比較：（ FIFS）： 算法簡單，但效率差。但還是有一個空行程。因為磁頭是旋轉的，這樣按離磁頭由近到遠的訪問，可以減少磁頭的旋轉時間，降低磁頭旋轉的圈數(shù)。實現(xiàn)這一功能的技術稱為 Spooling技術。由于預輸入程序和緩輸出程序的執(zhí)行是在主機控制下進行的，所以也稱作外圍設備同時聯(lián)機操作。2023/1/28135n 目前不但在大、中型計算機的操作系統(tǒng)中廣泛使用 Spooling技術，而且微機上也使用了Spooling技術。n 若使用選擇型通道，則設備應獨占該通道與控制器，若是其它兩種類型的通道，則通道無需獨占，但要防止通道程序過長，以免影響中斷響應時間。其具體內(nèi)容如圖 48所示。（ 2）設備控制表2023/1/28142 表目 i ┊ 設備類型 設備標識符 設備狀態(tài) 控制器表指針 重復執(zhí)行次數(shù)和時間 設備隊列的隊首指針 設備隊列的隊尾指針 表目 1 ┊設備控制表集合 設備控制表 圖 49 系統(tǒng)設備表 2023/1/28143n 設備控制表包括：設備類型、設備標識符、設備狀態(tài)、控制器表指針、重復執(zhí)行次數(shù)和時間、設備隊列的隊首指針和設備隊列的隊尾指針等七項。若此時與設備相連的所有控制器和通道都忙，則把該進程插入該控制器或通道隊列，并置位 “等待 /不等待 ”標志位。2023/1/28146n 重復執(zhí)行的次數(shù)或時間：在數(shù)據(jù)傳送中，若發(fā)生信息錯誤， 系統(tǒng)并不立即認為傳送失敗，而是重復執(zhí)行該傳送操作。當隊列不太長時，隊尾指針可以省去。2023/1/28149n 系統(tǒng)中設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．設備分配原則2023/1/28152n 我們主要來研究以下設備分配的安全性以及與設備的無關性。n 為了加速進程的推進，使 CPU和 I/O設備并行工作的情況下，進程可以同時操作多個設備，即某進程可以以命令形式發(fā)出I/O請求后仍可繼續(xù)運行，需要時又可發(fā)出第二個 I/O請求，第三個 I/O請求，僅當進程所請求的設備以被另一進程占用時才進入阻塞狀態(tài)。 因此，在多請求方式中，設備的分配程序應保證不發(fā)生進程死鎖。 （ 2）與設備無關性2023/1/28155n 例如一臺名為 LST的具有打印機屬性的邏輯設備，它可能是 0號打印機或 1號打印機，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）。使用邏輯設備名能保證設備的獨立性。2023/1/28158n 上面的設備分配流程只是面向單通路的 I/O系統(tǒng)，即每個 I/O設備只有一條通路與內(nèi)存連接，實際上，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設備可連至幾個控制器，每個控制器又連接幾個通道，使得設備分配更為復雜化。n 設備驅動程序與物理設備有關，針對具體的 I/O設備控制器進行編碼和操作。 Microsoft Windows 2023 I/O系統(tǒng)2023/1/28162n Windows 2023 I/O系統(tǒng)的設計目標是：1）加快系統(tǒng)的 I/O處理。2023/1/281635）允許在系統(tǒng)中動態(tài)地添加或刪除設備驅動程序。2023/1/28164n Windows 2023 的 I/O系統(tǒng)是由一些執(zhí)行體組件和設備驅動程序組成，包括： I/O子系統(tǒng)、 I/O管理器、設備驅動程序、 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：它負責驅動 I/O請求的處理。n WMI支持例程：也稱為 Windows驅動程序模型（ WDM） WMI提供者，允許驅動程序使用這些支持例程作為媒介，與用戶模式下運行的 WMI服務通信。一個典型的 I/O請求流程的結構如圖 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給正確的設備驅動程序，并且當此 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動程序調用其它驅動程序的函數(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動程序提供了公共的代碼，驅動程序調用這些代碼執(zhí)行它們的 I/O處理。在該模型里， I/O請求被提交給設備驅動程序。n 硬件抽象層 I/O訪問例程：負責把驅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支持的硬件體系結構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，并且檢測相應硬件設備的添加和刪除。 4． 5． 1. I/O系統(tǒng)的結構2023/1/28165圖 413 I/O系統(tǒng)結構 WDM WMI例程 應用程序 WIN32系統(tǒng)服務 WMI服務 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，系統(tǒng)調用它們實現(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設備。對于設置有通道的系統(tǒng)， CPU啟動 I/O就是調用相應的通道程序，由通道專用處理機執(zhí)行通道程序完成I/O操作。 設備分配包括分配設備、分配控制器和分配通道。2023/1/28156n 用戶程序使用邏輯設備名，而不直接使用物理設備名有以下優(yōu)點：1）當物理設備發(fā)生意外情況無法工作或設備型號發(fā)生變動時，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備名和物理設備名之間的連接即可。n 為此使用邏輯設備名和物理設備名，實現(xiàn)用戶程序與物理設備的無關性。n 例如，進程 A和進程 B都需要使用卡片輸入機和打印機，進程 A先提出使用卡片輸入機并已獲得，進程 B要求打印機且已分到，因此進程 A、 B都將繼續(xù)運行，當進程 A又需要打印機時，由于進程 B已占用打印機，進程 A因此阻塞。n 在 CPU和 I/O設備之間串行工作時，不會發(fā)生死鎖現(xiàn)象，因為每當進程以命令形式發(fā)出 I/O請求后，便立即進入阻塞狀態(tài)，直到所提出的 I/O請求完成才被喚醒。與設備控制表的表目類似，不再重復。（ 3）控制器表2023/1/28148 表目 i ┊ 控制器標識符 控制器狀態(tài) 與控制器連接的通道表指針 控制器隊列的隊首指針 控制器隊列的隊尾指針 表目 1 ┊ 控制器表 圖 410 控制器表 n其中控制器表中包括：控制器標識符、控制器狀態(tài)、與控制器連接的通道表指針、控制器隊列的隊首指針和隊尾指針。n 設備隊列的隊首指針和隊尾指針：凡因請求本設備未得到滿足的進程，將其按一定的策略排成一個隊列，該隊列稱為設備請求隊列或簡稱設備隊列。2023/1/28145n 控制器表指針：若 I/O設備與內(nèi)存之間僅有一條通道，此時設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 ”標志位表示，忙和閑用一個 “忙 /閑 ”標志位表示。n 設備接口模塊標識符：指出負責該設備進行實際操作的軟件的標識符。其中基本的表有：系統(tǒng)設備表、設備控制表、控制器表和通道表。2023/1/28136n 設備分配程序的功能是當某進程向系統(tǒng)提出 I/O請求后，設備分配程序按照一定的策略，把所要求的設備分配給它。2023/1/28134n 由此可以看出，虛擬設備分配的特點：（ 1）用戶進程并未真正分得打印機，即打印機并未被某各進程所獨占；（ 2）用戶進程時間被分給的不是打印設備，而是共享設備中的一個存儲區(qū)或文件，即虛擬設備，實際的打印機由 Spooling調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)化和旋轉優(yōu)化都可以采用硬件的方法來實現(xiàn)。2023/1/28128n 為了減少旋轉延遲時間，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，進行旋轉優(yōu)化，通常使用的優(yōu)化策略是最短延遲時間優(yōu)化策略。：效率比較高，但有一個空行程?！裨谡{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，如果讀寫磁頭已經(jīng)超過了它們所要訪問的柱面位置，則只能在以后的調度中被選擇執(zhí)行。 當前正在 53號柱面 ，在這種情況下為等待訪問者服務的次序是：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，而是考慮電梯的效率。根據(jù)模擬研究表明，再訪問負荷較小的情況下，掃描策略是最好的。 N步掃描策略基本上與掃描策略相同，只是當它在磁臂向內(nèi)或向外移動過程中，只服務于在磁臂改變方向前到達的訪問請求，而不理會在磁臂單向移動過程中到達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間優(yōu)先策略的服務集中于中間磁道和響應時間變化比較大的缺點。余下的問題是在到達 67后，下一個目標是？37， 67， 98其差為 30與 31，所以下一個目標為 37。與先來先服務算法比較，大幅度地減少了尋找時間。2023/1/28114 ●我們還是用同一個例子來討論，現(xiàn)在當 53號柱面的操作結束后，應該先處理 65號柱面的請求，然后到達 67號柱面執(zhí)行操作。2023/1/281132）最短查找時間優(yōu)先的策略n 是選擇請求隊列中柱面號最接近于磁頭當前所在的柱面的訪問要求，作為下一個服務對象。那么，當 53號柱面上的操作結束后，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 磁盤的調度策略有很多，在制訂調度策略時，主要考慮三個方面：吞吐量、平均響應時間和響應時間的變化幅度等。是訪問磁盤的操作時間示意。因此，執(zhí)行一次輸入輸出所花的時間有： 尋找時間 —— 磁頭在移動臂帶動下移動到指定柱面所花的時間?！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移動，把