【正文】 d 設(shè)備狀態(tài)：等待 /不等待 忙 /閑 指向控制器表的指針 重復(fù)執(zhí)行次數(shù)或時間 設(shè)備隊列的隊首指針 DCT 1 DCT 2 DCT n 設(shè)備控制表集合 指向因請求該設(shè)備而阻塞的 進(jìn)程的 PCB組 成的隊列。 2/8/2023 61 引入兩個概念： ? 邏輯設(shè)備：用戶應(yīng)用程序中請求的設(shè)備 ? 物理設(shè)備：系統(tǒng)實際執(zhí)行時使用的設(shè)備 設(shè)備分配時需實現(xiàn)： 邏輯設(shè)備地址映射到物理設(shè)備地址 設(shè) 備 設(shè)備驅(qū)動程序 設(shè)備獨(dú)立性軟件 用戶層程序： ? read,write 基本硬件控制 ： ? 獨(dú)立設(shè)備的分配與回收 ? 邏輯設(shè)備映射為物理設(shè)備 ? 設(shè)備保護(hù) ? 緩沖管理 ? 差錯控制 2/8/2023 62 邏輯 設(shè)備名 物理 設(shè)備名 驅(qū)動程序 入口地址 / dev / tty 2 1024 / dev / printer 5 2046 … 邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名的映射 ① 邏輯設(shè)備表 LUT（ Logical Unit Table） ② LUT的設(shè)置問題 ? 整個系統(tǒng)設(shè)置一張 LUT（設(shè)備重名問題） ? 為每個用戶設(shè)置一張 LUT，記入各自 PCB。 2/8/2023 67 SPOOLing系統(tǒng)的組成 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 輸入井 輸出井 磁盤 輸入進(jìn)程 SPi 輸出進(jìn)程 SP0 CPU 輸入緩沖區(qū) Bi 輸入緩沖區(qū) B0 模擬的外圍機(jī) （軟防硬） 以 CPU的視角， 就把磁盤當(dāng)設(shè)備 2/8/2023 68 ?SPOOLing系統(tǒng)的組成 主要有三大部分（如下頁圖） 1. 輸入井和輸出井： 磁盤上開辟兩大存儲空間 。 ? 數(shù)據(jù)虛擬打印到“輸出井” ? Spooling程序再按“請求表隊列”分配真正的打印機(jī)打印數(shù)據(jù)。 I/O設(shè)備與控制器間的通信程序。 2/8/2023 75 2）磁盤調(diào)度方法 ? 對所有請求訪問磁盤的進(jìn)程進(jìn)行合理調(diào)度，使對磁盤的平均訪問時間最小。 ?改進(jìn)： ?考慮距離的同時，更優(yōu)先考慮方向 ?SCAN算法 ?規(guī)定磁頭移動方向：自里向外，再自外向里移動。 ?處理子隊列過程中產(chǎn)生的新 I/O請求放入其他隊列。 2/8/2023 84 5. 從資源分配的角度看，操作系統(tǒng)將外部設(shè)備分為： 獨(dú)占型設(shè)備、共享型設(shè)備、虛擬設(shè)備。 12. 大多數(shù)低速設(shè)備都屬于： 獨(dú)享設(shè)備。由預(yù)輸入程序?qū)⒆鳂I(yè)執(zhí)行中需訪問的數(shù)據(jù)預(yù)先讀入到輸入井中，緩輸出程序則負(fù)責(zé)將輸出井中的信息在輸出設(shè)備上輸出。 ? 尋道結(jié)束后，等待相應(yīng)的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下面，將數(shù)據(jù)寫入扇區(qū)中。 ? 得到授權(quán)后，將數(shù)據(jù)通過總線送到內(nèi)存。 ? 然后，磁盤識別地址，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的地址段。應(yīng)該如何進(jìn)行呢？ 2/8/2023 90 ? 操作系統(tǒng)從主存中選擇一頁準(zhǔn)備換出，為調(diào)入的頁安排存放空間； ? 若被換出的頁是“臟”頁，需要將其寫回磁盤存儲； ? 操作系統(tǒng)申請 I/O總線； ? 獲得批準(zhǔn)后，發(fā)送寫命令給 I/O 設(shè)備（磁盤）。 16. 引起中斷發(fā)生的事件稱為： 中斷源。 2/8/2023 85 9. 進(jìn)行設(shè)備分配時所需要的數(shù)據(jù)表格主要有： 設(shè)備控制表、設(shè)備控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表。 4）其他提速方法 ? 提前讀 ? 延遲寫 ? 優(yōu)化物理塊分布 ? 虛擬盤 ? 磁盤冗余陣列（高速、大容量磁盤系統(tǒng)） 自學(xué) 2/8/2023 83 要點 1. 虛擬設(shè)備是指： 通過虛擬技術(shù)將一臺獨(dú)占設(shè)備改造成若干臺邏輯設(shè)備，供若干個用戶進(jìn)程同時使用。 ? 修改：將 SCAN規(guī)定的移動方向改為“單向移動” ?由里向外后，再由里向外。 設(shè)開始位置為 53 2/8/2023 77 ②最短尋道時間優(yōu)先 SSTF ? 選擇從當(dāng)前磁頭位置出發(fā)移動最少的磁盤 I/O請求 ? 使每次磁頭移動時間最少。 512字節(jié)用于存放數(shù)據(jù)，其余存放控制信息。 并沒有為進(jìn)程分配設(shè)備，而是為進(jìn)程分配一存儲區(qū)和建立一張 I/O請求表。 ? 用一進(jìn)程模擬脫機(jī)輸入時外圍設(shè)備控制器的功能，把低速輸入設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上； ? 用另一進(jìn)程模擬脫機(jī)輸出時外圍設(shè)備控制器的功能，把數(shù)據(jù)從磁盤上傳送到低速輸出設(shè)備上。 2. 考慮多通路情況 ? 控制器、通道也是反復(fù)查找，直到找到一條通路。 ? 設(shè)備分配算法，常采用兩種： ?FCFS ?優(yōu)先級高者優(yōu)先 ? 設(shè)備分配的安全性：進(jìn)程開始 I/O后就阻塞直到 I/O完成。要 防止無序競爭 ，提高外設(shè)資源的利用率。 2/8/2023 49 3）緩沖池（ Buffer Pool） ? 上述的緩沖區(qū)僅適用于某特定的 I/O進(jìn)程和計算進(jìn)程，因而它們屬于 專用緩沖 。 ? 指示 計算進(jìn)程 正在使用的緩沖區(qū) C的指針 Current ? 指示 計算進(jìn)程 下一個可取的緩沖區(qū) G的指針 Nextg ? 指示 輸入進(jìn)程 下次可放的緩沖區(qū) R的指針 Nexti 2/8/2023 46 循環(huán)緩沖的組成示意圖 1 6 2 5 3 4 R R G G C G Nexti Nextg current 2/8/2023 47 ②循環(huán)緩沖區(qū)的使用 ? 計算進(jìn)程 (CPU)和輸入進(jìn)程 (I/O操作 )可利用兩個過程來使用循環(huán)緩沖區(qū)。 ? 為實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，必須在兩臺機(jī)器中都設(shè)置兩個緩沖區(qū)，一個用作發(fā)送緩沖區(qū)，另一個用作接受緩沖區(qū)。所以輸入用時： max（ T、 C ） +M OS在主存中為之分配一個緩沖區(qū)。 ? 解決： CPU進(jìn)行當(dāng)前計算時，進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)的輸入（先不需 CPU干預(yù)的存在一個地方 —— 緩沖區(qū)）。表示本指令所要操作的字節(jié)數(shù)。進(jìn)一步減少 CPU的干預(yù) ? 此時， CPU只需發(fā)一條 I/O指令，通道程序的首地址及要訪問設(shè)備即可。 3. 數(shù)據(jù)計數(shù)器 DC： 存放本次 CPU要讀或?qū)懙淖郑ü?jié)）數(shù)。 ? DMA（ Direct Memory Access）控制方式的引入 ?直接存儲器訪問方式。 注：程序 I/O方式也稱作程序查詢方式或輪詢方式。如下例所示： 存儲器 通道 1 通道 2 控制器 1 控制器 2 控制器 3 控制器 4 設(shè)備 1 設(shè)備 2 設(shè)備 3 設(shè)備 4 設(shè)備 5 設(shè)備 6 設(shè)備 7 2/8/2023 19 ? 解決“瓶頸”問題最有效的辦法便是增加設(shè)備到主機(jī)間的 通路 而不增加通道，如下圖所示： 存儲器 通道 1 通道 2 控制器 1 控制器 2 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 2/8/2023 20 ? 如圖所示，計算機(jī)系統(tǒng)中的各部件，如 CPU、存儲器以及各種 I/O設(shè)備之間的聯(lián)系，都是通過總線來實現(xiàn)的。 ? 多個設(shè)備以字節(jié)為單位 交叉輪流 使用主通道傳輸自己的數(shù)據(jù)。 ? 共有三類信號線： ?數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線通常與兩類寄存器相連接，第一類是數(shù)據(jù)寄存器；第二類是控制 /狀態(tài)寄存器。 2/8/2023 9 ?基本功能 CPU命令（控制 寄存器 ：存放命令和參數(shù)） （狀態(tài) 寄存器 ） （數(shù)據(jù) 寄存器 ） （控制器識別設(shè)備地址、寄存器地址。 2/8/2023 2 I/O系統(tǒng)的組成 總的來說： 需要用于輸入、輸出和存儲信息的 設(shè)備； 需要有相應(yīng)的設(shè)備 控制器 和 高速總線； 有的大中型計算機(jī)系統(tǒng)，配置 I/O通道 等； ? I/O設(shè)備 ? 設(shè)備控制器 ? I/O通道 2/8/2023 3 1） I/O設(shè)備的類型 I/O設(shè)備的類型繁多，從 OS的觀點，按其重要的性能指標(biāo)進(jìn)行分類如下： ? 按傳輸速率分類： ? 低速、中速、高速（鍵盤、打印機(jī)、磁盤） ? 按信息交換的單位分類： ? 塊設(shè)備：有結(jié)構(gòu)、速率高、可尋址、 DMA方式控制 ? 字符設(shè)備