操作系統(tǒng)原理課件-第八章-i-o管理(完整版)
【正文】 息或輸出經(jīng) CPU加工處理的信息的設(shè)備。 ? I/O管理就是設(shè)備管理 ， 它是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分 ， 負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中所有的外部設(shè)備 。 I/O管理的概念 引言 ? 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備種類(lèi)繁多 ， 特性各異 。如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)等 I/O管理的概念 引言 ? （ 3）按資源分配的角度 ? 獨(dú)享設(shè)備 —— 是指在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶進(jìn)程使用的設(shè)備。 ? ? 在多用戶環(huán)境中 ， 系統(tǒng)必須決定一種策略 ， 以確定誰(shuí)將取得一臺(tái)設(shè)備 、 使用多長(zhǎng)時(shí)間 ， 何時(shí)存取設(shè)備 。 ? 2. 程序要盡可能地與它使用的設(shè)備類(lèi)型無(wú)關(guān) 。 ? 緩沖技術(shù)是用來(lái)匹配 CPU與設(shè)備之間速度差異和負(fù)荷的不均勻 。 設(shè)備分配 分配原則 ? 一 、 靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配 ? 靜態(tài)分配 ? 當(dāng)一個(gè)作業(yè) （ 或進(jìn)程 ）運(yùn)行時(shí) ， 根據(jù)作業(yè)要求的設(shè)備 ， 系統(tǒng)如果能滿足 ， 則將其要求的設(shè)備全部分配給它 ，然后開(kāi)始運(yùn)行 ， 運(yùn)行完成釋放其占用的所有設(shè)備 。 設(shè)備分配 虛擬設(shè)備技術(shù) ? 虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)： ? SPOOLING系統(tǒng)：操作系統(tǒng)提供的外部設(shè)備聯(lián)機(jī)同時(shí)操作的功能 。 I/O控制 I/O控制方式 ? 在 I/O中斷方式下 ， 數(shù)據(jù)的輸入 （ 或輸出 ） 步驟如下： ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序工作： ? 要求輸入數(shù)據(jù)的進(jìn)程把一個(gè)啟動(dòng)命令和允許中斷位 “ 1” 寫(xiě)入相應(yīng)設(shè)備的控制狀態(tài)寄存器中 ， 從而啟動(dòng)了該設(shè)備； ? 該進(jìn)程因等待輸入的完成進(jìn)入睡眠狀態(tài) 。 因此通道可看作是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中專門(mén)用于 I/O的處理機(jī) 。 ? 在系統(tǒng)初啟時(shí) ， 系統(tǒng)為每類(lèi)設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程 ， 執(zhí)行程序就是該設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 。 ? 硬盤(pán)盤(pán)片數(shù) =（磁頭數(shù) +2） /2 ? 例如： ? 16磁頭的硬盤(pán)，通常有（ 16+2） /2=9個(gè)存儲(chǔ)盤(pán)片 （ 2） Cylinder（柱面） 我們把軟盤(pán)存儲(chǔ)面上的存儲(chǔ)介質(zhì)同心圓圓環(huán)稱做磁道。 為了隱藏每個(gè)磁道有多少扇區(qū)的細(xì)節(jié)，現(xiàn)代磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器提供給操作系統(tǒng)的是虛擬的幾何參數(shù)，如有 x個(gè)柱面， y個(gè)磁頭，每個(gè)道 z個(gè)扇區(qū)。 磁盤(pán)調(diào)度和管理 磁盤(pán)調(diào)度 2．磁盤(pán)調(diào)度算法 （ 1）先來(lái)先服務(wù)法 （ FirstCome,FirstServed,FCFS） ? 先來(lái)先服務(wù)算法就是按照提出請(qǐng)求的順序來(lái)進(jìn)行服務(wù)，算法最簡(jiǎn)單，最容易實(shí)現(xiàn)。 ? SSTF算法中選擇的下一個(gè)請(qǐng)求距當(dāng)前磁頭所在位置有最小的尋道時(shí)間。 上例中若磁頭正在向 0道方向移動(dòng)，則先為 37道和 14道服務(wù)。 磁盤(pán)調(diào)度和管理 磁盤(pán)調(diào)度 ? （ 6）循環(huán)尋查法（ CLOOK）， SCAN算法和 CSCAN算法總是把磁頭從盤(pán)的一端移到另一端，更通用的方法是，磁頭僅移到每個(gè)方向上有請(qǐng)求服務(wù)的最遠(yuǎn)的道上，一旦在當(dāng)前方向上沒(méi)有請(qǐng)求了，磁頭的移動(dòng)方向就反過(guò)來(lái)。 對(duì)于串聯(lián)文件和索引文件來(lái)說(shuō)，所包含的盤(pán)塊可能散布在磁盤(pán)各處，執(zhí)行 I/O操作時(shí)磁頭移動(dòng)的距離會(huì)較大。試問(wèn)： 1）處理完這 5個(gè)記錄所需的總時(shí)間是多少？ 2）為減少磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)的周數(shù)，應(yīng)如何安排這 5個(gè)記錄，并計(jì)算所需的時(shí)間。如果尋道請(qǐng)求隊(duì)列的順序是： 8 14 9 17 9 150、 10 17130 問(wèn)：下列算法各自磁頭移動(dòng)總量是多少？ （ 1） FCFS；（ 2） SSTF；（ 3） SCAN； （ 4） CSCAN；（ 5） LOOK。 習(xí)題二 ： 有 10個(gè)記錄 A、 B， …… ， J存放在某磁盤(pán)的某磁道上。 因每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)記錄需 20ms/5=4ms，每讀出一個(gè)記錄后需要 6ms的處理時(shí)間，等處理完再讀下一個(gè)記錄時(shí)，只能等到下一周，所以每旋轉(zhuǎn)一周讀出一個(gè)記錄。 讀寫(xiě)文件時(shí)要檢索目錄結(jié)構(gòu)，若文件數(shù)據(jù)和它的目錄項(xiàng)在盤(pán)上的位置相距很遠(yuǎn)，那么磁頭的移動(dòng)幅度將會(huì)很大。 循環(huán)尋查法（ CLOOK） 循環(huán)尋查調(diào)度算法示例 3．磁盤(pán)調(diào)度算法的選擇 ① 任何調(diào)度算法的性能都依賴于 I/O請(qǐng)求的數(shù)量和類(lèi)型。 （ 3）掃描法（ SCAN） 掃描調(diào)度算法示例 磁盤(pán)調(diào)度和管理 磁盤(pán)調(diào)度 （ 3）巡回掃描法（ CSCAN） CSCAN算法是 SCAN算法的變種，可使等待時(shí)間變得更均勻。 ? 上例采用該算法，磁頭共移動(dòng)了 236道。設(shè)磁頭最初在 53道上。 ? 磁盤(pán)的邏輯地址是由邏輯塊構(gòu)成的一維數(shù)組，邏輯塊是傳送的最小單位，大小一般為 512B。 多個(gè)盤(pán)片上的同一磁道稱做柱面 。
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