計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)5-設(shè)備管理-預(yù)覽頁
【正文】 5) 數(shù)據(jù)緩沖 6) 差錯(cuò)控制 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 設(shè)備控制器的組成 圖 52 設(shè)備控制器的組成 數(shù)據(jù)寄存器控制/ 狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)線I / O 邏輯?控制器與設(shè)備接口1控制器與設(shè)備接口 i數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制?地址線控制線C P U 與控制器接口 控 制 器 與設(shè) 備 接 口第五章 設(shè) 備 管 理 I/O通道 1. I/O通道 (I/O Channel)設(shè)備的引入 實(shí)際上 ， I/O通道是一種特殊的處理機(jī) 。 其基本單位是字符 ， 故稱為字符設(shè)備 。 它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備 。 典型的高速設(shè)備有磁帶機(jī) 、 磁盤機(jī) 、 光盤機(jī)等 。 屬于低速設(shè)備的典型設(shè)備有鍵盤 、 鼠標(biāo)器 、 語音的輸入和輸出等設(shè)備 。 第一類是低速設(shè)備 ， 這是指其傳輸速率僅為每秒鐘幾個(gè)字節(jié)至數(shù)百個(gè)字節(jié)的一類設(shè)備 。 第三類是高速設(shè)備 ， 這是指其傳輸速率在數(shù)百千個(gè)字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類設(shè)備 。 由于信息的存取總是以數(shù)據(jù)塊為單位 ， 故而得名 。 第二類是字符設(shè)備 (Character Device)， 用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出 。 (3) 虛擬設(shè)備。 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 通道類型 1) 字節(jié)多路通道 (Byte Multiplexor Channel) 圖 53 字節(jié)多路通道的工作原理 控制器 A控制器 B控制器 C控制器 D控制器 N?A1A2A3?子通道 AB1B2B3?子通道 BC1C2C3?子通道 CN1N2N3?子通道 NA1B1C1? A2B2C2…設(shè)備第五章 設(shè) 備 管 理 2) 數(shù)組選擇通道 (Block Selector Channel) 字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備 ， 這推動(dòng)了按數(shù)組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成 。 數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道 (設(shè)備 )分時(shí)并行操作的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而形成的一種新通道 。 其總線的帶寬為 8位 ， 最高傳輸速率為 2 Mb/s。 在該方式中 ，CPU之所以要不斷地測試 I/O設(shè)備的狀態(tài) ， 就是因?yàn)樵?CPU中無中斷機(jī)構(gòu) ， 使 I/O設(shè)備無法向 CPU報(bào)告它已完成了一個(gè)字符的輸入操作 。 例如 ， 從終端輸入一個(gè)字符的時(shí)間約為 100 ms， 而將字符送入終端緩沖區(qū)的時(shí)間小于 ms。 第五章 設(shè) 備 管 理 直接存儲(chǔ)器訪問 DMA I/O控制方式 1. DMA(Direct Memory Access)控制方式的引入 該方式的特點(diǎn)是： ① 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊 ， 即在CPU與 I/O設(shè)備之間 ， 每次傳送至少一個(gè)數(shù)據(jù)塊； ② 所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的 ， 或者相反； ③ 僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時(shí) ， 才需 CPU干預(yù) ， 整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的 。 (2) 內(nèi)存地址寄存器 MAR。 (4) 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器 DC。 例如 ， 當(dāng) CPU要完成一組相關(guān)的讀 (或?qū)?)操作及有關(guān)控制時(shí) ， 只需向 I/O通道發(fā)送一條 I/O指令 ， 以給出其所要執(zhí)行的通道程序的首址和要訪問的 I/O設(shè)備 ， 通道接到該指令后 ， 通過執(zhí)行通道程序便可完成 CPU指定的 I/O任務(wù) 。 (4) 通道程序結(jié)束位 P。 (3) 提高 CPU和 I/O設(shè)備之間的并行性。 (2) Nextg指針追趕上 Nexti指針。 (3) 輸出隊(duì)列 outq。 Signal(MS(type))。 Signal(RS(type))。 第五章 設(shè) 備 管 理 2. (1) 先來先服務(wù)。 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性而引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備這兩個(gè)概念 。 1) 設(shè)備分配時(shí)的靈活性 2) 易于實(shí)現(xiàn) I/O 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 設(shè)備獨(dú)立性軟件 1) 這些公有操作包括： ① 對獨(dú)立設(shè)備的分配與回收； ② 將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名 ， 進(jìn)一步可以找到相應(yīng)物理設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序； ③ 對設(shè)備進(jìn)行保護(hù) ， 禁止用戶直接訪問設(shè)備； ④ 緩沖管理 ， 即對字符設(shè)備和塊設(shè)備的緩沖區(qū)進(jìn)行有效的管理 ， 以提高 I/O的效率； ⑤ 差錯(cuò)控制 。 而對各種設(shè)備的寫操作，也都使用 write。 這樣 ，便可在主機(jī)的直接控制下 ， 實(shí)現(xiàn)脫機(jī)輸入 、 輸出功能 。 第五章 設(shè) 備 管 理 4. SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn) (1) 提高了 I/O的速度。 (2) 檢查用戶 I/O請求的合法性 ， 了解 I/O設(shè)備的狀態(tài) ， 傳遞有關(guān)參數(shù) ， 設(shè)置設(shè)備的工作方式 。 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 設(shè)備處理方式 (1) 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 I/O操作 . (2) 在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè) I/O進(jìn)程，專門用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的 I/O操作。 (3) 驅(qū)動(dòng)程序與 I/O設(shè)備所采用的 I/O控制方式緊密相關(guān) 。 這種結(jié)構(gòu)的磁盤主要用于大容量磁盤上 。 第五章 設(shè) 備 管 理 3. 磁盤訪問時(shí)間 1) 尋道時(shí)間 Ts 這是指把磁臂 (磁頭 )移動(dòng)到指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間 。 對于硬盤 ， 典型的旋轉(zhuǎn)速度大多為 5400 r/min， 每轉(zhuǎn)需時(shí) ms，平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Tτ為 ms；對于軟盤 ， 其旋轉(zhuǎn)速度為300 r/min或 600 r/min， 這樣 ， 平均 Tτ為 50~100 ms。對 SSTF算法略加修改后所形成的 SCAN算法 ， 即可防止老進(jìn)程出現(xiàn) “ 饑餓 ” 現(xiàn)象 。 N步 SCAN算法是將磁盤請求隊(duì)列分成若干個(gè)長度為 N的子隊(duì)列 ， 磁盤調(diào)度將按 FCFS算法依次處理這些子隊(duì)列 。 第五章 設(shè) 備 管 理 2) FSCAN FSCAN算法實(shí)質(zhì)上是 N步 SCAN算法的簡化 ， 即FSCAN只將磁盤請求隊(duì)列分成兩個(gè)子隊(duì)列 。 第五章 設(shè) 備 管 理 磁盤高速緩存 (Disk Cache) 1. 磁盤高速緩存的形式 是指利用內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間 ， 來暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息 。 此時(shí)高速緩存的大小 ， 顯然不再是固定的 。 (2) 指針交付 。 (2) 可預(yù)見性。 一般是把兩次調(diào)用 SYNC的時(shí)間間隔定為 30 s。 第五章 設(shè) 備 管 理 提高磁盤 I/O速度的其它方法 1. 提前讀 (ReadAhead) 2. 延遲寫 3. 優(yōu)化物理塊的分布 4. 虛擬盤 第五章 設(shè) 備 管 理 廉價(jià)磁盤冗余陣列 1. 并行交叉存取 圖 527 磁盤并行交叉存取方式 1 2 3…N第五章 設(shè) 備 管 理 2. RAID (1) RAID 0級(jí)。 (5) RAID 6級(jí)和 RAID 7級(jí)。
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