第4章_io設(shè)備管理(文件)
【正文】 序： 上層函數(shù) ，負(fù)責(zé)管理請(qǐng)求隊(duì)列； 底層函數(shù) ，負(fù)責(zé)與硬件打交道，完成真正的 I/O；170。能對(duì)各 I/O請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)化，如數(shù)據(jù)塊重組。 與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的統(tǒng)一接口；216。Application AApplication BSPOOLingProgram DeviceVirtual I/O Actual I/O打印機(jī) ... 進(jìn) 程管理 63 磁盤 磁盤硬件 w磁盤的硬件結(jié)構(gòu)：磁盤（軟盤和硬盤）由一個(gè)或多個(gè)金屬盤片組成，這些盤片組合固定在一根旋轉(zhuǎn)軸上，由同一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 進(jìn) 程管理 64磁道扇區(qū)柱面讀寫磁頭磁頭臂盤片傳動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)方向 進(jìn) 程管理 65w磁道 ：當(dāng)傳動(dòng)裝置固定在某個(gè)位置時(shí)，若盤面旋轉(zhuǎn)一圈，磁頭所能訪問的圓環(huán)區(qū)域；w柱面 ：在所有盤面上，半徑相同的所有磁道即組成一個(gè)柱面；w扇區(qū) ：每一個(gè)磁道被劃分為若干個(gè)扇區(qū)；w磁盤的訪問過程 ：以扇區(qū)作為最小的尋址和存取單位。 讀入包含該字節(jié)的扇區(qū)；252。一個(gè)扇區(qū)的格式是：相位編碼（ preamble）＋數(shù)據(jù)區(qū)＋糾錯(cuò)碼（ ECC）。在多數(shù)計(jì)算機(jī)上，用第 0個(gè)扇區(qū)來存放一些系統(tǒng)啟動(dòng)代碼和一個(gè)分區(qū)表，記錄了每個(gè)分區(qū)的起始扇區(qū)和大小。 柱面定位時(shí)間：磁頭在磁頭臂牽引下，移動(dòng)到指定柱面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間；254。例子：磁盤轉(zhuǎn)速為 10,000rpm，每個(gè)磁道有 300個(gè)扇區(qū) ,每個(gè)扇區(qū)有 512字節(jié)，現(xiàn)要讀一個(gè) 150KB的文件。 進(jìn) 程管理 72如何提高磁盤訪問速度？ 方法 2：磁盤調(diào)度。w磁盤調(diào)度算法：磁盤調(diào)度程序所采用的算法。w舉例：假設(shè)一個(gè)磁盤總共有 200個(gè)柱面，它們的編號(hào)為 0－ 199，訪問請(qǐng)求的到達(dá)順序?yàn)椋ㄖ嫣?hào)）：98， 183， 37， 122， 14， 124， 65， 67，磁頭的起始位置在 53，計(jì)算磁頭移動(dòng)總距離。它不一定是最短平均柱面定位時(shí)間，但比 FCFS算法有更好的性能。122302384242 59 進(jìn) 程管理 77w電梯算法（ elevator algorithm），也叫掃描算法（SCAN）：磁頭從當(dāng)前的位置開始，往一個(gè)方向移動(dòng)，依次執(zhí)行這條路徑上的所有訪問請(qǐng)求，直到前面已無任何訪問請(qǐng)求，然后反轉(zhuǎn)方向繼續(xù)進(jìn)行。162351231242 59 進(jìn) 程管理 79下 課 啦 !。3. 電梯算法 進(jìn) 程管理 78在電梯算法下，訪問請(qǐng)求的執(zhí)行順序是： 3 16 6 9 12 12 進(jìn) 程管理 76在 SSTF算法下，訪問請(qǐng)求的執(zhí)行順序是： 6 63 1 9 12 12 進(jìn) 程管理 752. 最短定位時(shí)間優(yōu)先w最短定位時(shí)間優(yōu)先 (Shortest Seek Time First, SSTF)：從訪問請(qǐng)求隊(duì)列當(dāng)中，選擇從當(dāng)前磁頭位置出發(fā)，移動(dòng)最少的訪問請(qǐng)求去執(zhí)行。w優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、公平；w缺點(diǎn)：效率不高。w基本思路：來自 不同進(jìn)程 的磁盤訪問請(qǐng)求構(gòu)成一個(gè)隨機(jī)分布的請(qǐng)求隊(duì)列。如何提高磁盤訪問速度？ + 3ms + 6ms = 。 數(shù)據(jù)傳送時(shí)間：從指定扇區(qū)讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)間。對(duì)不同的分區(qū)，可以使用不同的文件系統(tǒng)，如 FAT1 FAT3 NTFS等。還包括柱面號(hào)、扇區(qū)號(hào)、扇區(qū)大小等類似信息；F 數(shù)據(jù)區(qū)：由格式化程序確定其大小，一般 512；F 糾錯(cuò)碼：包含冗余信息，用來糾正讀取錯(cuò)誤。 把整個(gè)扇區(qū)寫回到磁盤； 進(jìn) 程管理 67參數(shù) IBM 360KB軟盤 Barracuda 180硬盤柱面數(shù) 40 24247磁道數(shù) ∕ 柱面 2 24扇區(qū) ∕ 磁道 9 609(平均 )扇區(qū) ∕ 磁盤 720 35742023字節(jié)數(shù) ∕ 扇區(qū) 512 512磁盤容量 360KB 181GB柱面定位 (相鄰 ) 6毫秒 柱面定位 (平均 ) 77毫秒 旋轉(zhuǎn)時(shí)間 200毫秒 扇區(qū)傳送時(shí)間 22毫秒 17微秒 進(jìn) 程管理 68w硬盤的格式化可分為三個(gè)步驟，即低級(jí)格式化、分區(qū)和高級(jí)格式化。然后選中相應(yīng)的磁頭，等我們想要的扇區(qū)正好路過這個(gè)磁頭正下方的時(shí)候，就可以對(duì)它進(jìn)行訪問了。在每個(gè)盤面上方，都有一個(gè)磁頭，它固定在一個(gè)磁頭臂上，而磁頭臂又固定在一個(gè)傳動(dòng)裝置上。 緩沖 技術(shù)（ 36M、 1）；設(shè)備獨(dú)立的 I/O軟件 進(jìn) 程管理 61v 庫(kù)函數(shù)：如 C語(yǔ)言里與 I/O有關(guān)的庫(kù)函數(shù) write、read等，它們實(shí)質(zhì)上只是將它們的參數(shù)再傳遞給系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，并由后者來完成實(shí)際的 I/O操作；v Spooling技術(shù)：在多道系統(tǒng)中，一種處理獨(dú)占設(shè)備的方法。實(shí)現(xiàn)的主要功能：216。各個(gè)用戶進(jìn)程（通過內(nèi)核）調(diào)用上層函數(shù)，提交 I/O請(qǐng)求 (mak_request)，然后阻塞；底層函數(shù)則從隊(duì)列中取出每個(gè) I/O請(qǐng)求，并完成之。塊設(shè)備如何處理？例如： A進(jìn)程訪問磁盤的第 i個(gè)數(shù)據(jù)塊， B進(jìn)程也要訪問第 i個(gè)數(shù)據(jù)塊，如何優(yōu)化，減少 I/O操作？ 進(jìn) 程管理 58170。 wake_up_interruptible(foowait)。 up(foo_devsem)。 foo_devintr = 0。252。當(dāng)用戶進(jìn)程需要 I/O操作時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng) 系統(tǒng)調(diào)用 ，最終執(zhí)行各種設(shè)備統(tǒng)一的對(duì)外接口函數(shù) read(devID, buf, size)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與中斷處理程序（兩個(gè) 進(jìn)程間）如何同步？170。I/O操作完成后，將產(chǎn)生一個(gè)中斷，然后中斷處理程序?qū)⒔庸?CPU，并喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)程序。 進(jìn) 程管理 50Device DriversRest of theoperatingsystemDevicedriverDevicedriver...DevicedriverI/O SystemDevicecontrollerDevicecontroller...DevicecontrollerDeviceDeviceDeviceDevice 進(jìn) 程管理 51設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與中斷處理程序如何協(xié)調(diào)工作，共同完成 I/O操作？ 如 scanf(…) 。?低層與硬件特性相關(guān)，它把硬件和較高層的軟件隔離開來。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口（續(xù)） 進(jìn) 程管理 47w塊設(shè)備接口252。 關(guān)閉設(shè)備，釋放資源w字符設(shè)備接口252。w這個(gè)接口供上層的 OS軟件使用，它由一些抽象的函數(shù)組成，該接口是設(shè)備獨(dú)立的。if(r == WAIT_OBJECT_0) //有數(shù)據(jù)到達(dá){非阻塞 I/O示例
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