【正文】 成若干個長度為 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 。 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。 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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 設(shè)備處理方式 (1) 為每一類設(shè)備設(shè)置一個進(jìn)程，專門用于執(zhí)行這類設(shè)備的 I/O操作 . (2) 在整個系統(tǒng)中設(shè)置一個 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。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 設(shè)備驅(qū)動程序的功能和特點(diǎn) (1) 包括操作系統(tǒng)中所有設(shè)備驅(qū)動程序 由操作系統(tǒng)提供，也可以由廠家提供。 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 。 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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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 差錯控制 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. (1) 先來先服務(wù)。 Signal(MS(type))。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 緩沖池 (Buffer Pool) 1. 緩沖池的組成 1. 緩沖池的組成 對于既可用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池 ， 其中至少應(yīng)含有以下三種類型的緩沖區(qū)： ① 空 (閑 )緩沖區(qū)； ② 裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)； ③ 裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) 。 – 速度匹配技術(shù) – 快方的快是陣發(fā)性 (包括突發(fā)性與間歇性 )的快，而不是持續(xù)性的快 – 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有哪些類型緩沖區(qū)呢？（討論） 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 五種緩沖區(qū) (1) 在 CPU和內(nèi)存間的 CACHE (2) 設(shè)在 I/O設(shè)備或控制器內(nèi)部的純硬件緩沖區(qū)， 如打印機(jī)內(nèi)部的硬緩沖區(qū) (3) 操作系統(tǒng)的內(nèi)存緩沖區(qū)，主要是 I/O緩沖 (4) 用戶程序內(nèi)自設(shè)的緩沖區(qū) (5) 脫機(jī)與假脫機(jī)技術(shù)本質(zhì)上也屬緩沖技術(shù)，即 為慢速 I/O設(shè)備在外存開設(shè)的緩沖區(qū) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 (1) 緩和 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。 同時(shí) ， 又可實(shí)現(xiàn) CPU、 通道和 I/O設(shè)備三者的并行操作 ，從而更有效地提高整個系統(tǒng)的資源利用率 。 用于接收從 CPU發(fā)來的 I/O命令或有關(guān)控制信息 ， 或設(shè)備的狀態(tài) 。 可見 ， 這樣可使CPU和 I/O設(shè)備都處于忙碌狀態(tài) ， 從而提高了整個系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量 。當(dāng)操作系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，它重復(fù)地從控制器緩沖區(qū)中一次一個字節(jié)或一個字地讀這個磁盤塊的信息，并將其送入內(nèi)存中 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 控制器按照指定存儲器地址，把第一個字節(jié)送入主存 然后，按指定字節(jié)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 每當(dāng)傳送一個字節(jié)后，字節(jié)計(jì)數(shù)器值減 1，直到字節(jié)計(jì)數(shù)器等于 0 此時(shí)，控制器引發(fā)中斷，通知操作系統(tǒng)，操作完成 CPU提供 被讀取塊磁盤地址 目標(biāo)存儲地址 待讀取字節(jié)數(shù) 整塊數(shù)據(jù)讀進(jìn)緩沖區(qū) 核準(zhǔn)校驗(yàn) DMA工作示例 （以硬盤為例） 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 DMA工作原理 ——竊取總線控制權(quán) ? 存放輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存起始地址、要傳送的字節(jié)數(shù) 送入 DMA控制器的內(nèi)存地址寄存器和傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器 中斷允許位和啟動位置成 1，啟動設(shè)備 ? 發(fā)出傳輸要求的進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài) 執(zhí)行指令被暫時(shí)掛起，進(jìn)程調(diào)度其他進(jìn)程占據(jù) CPU ? 輸入設(shè)備不斷竊取 CPU工作周期，數(shù)據(jù)不斷寫入內(nèi)存 ? 傳送完畢，發(fā)出中斷信號 ? CPU接到中斷信號轉(zhuǎn)入中斷處理程序處理 ? 中斷處理結(jié)束， CPU返回原進(jìn)程或切換到新的進(jìn)程 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 CPU向控制器發(fā)出啟動 DMA通知和有關(guān)參數(shù) 控制器向內(nèi)存發(fā)出詢問請求 訪問內(nèi)存（讀、寫） 計(jì)數(shù)器減 1 結(jié)束否 發(fā)中斷 N Y DMA的實(shí)現(xiàn)流程 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3. “瓶頸”問題 圖 54 單通路 I/O系統(tǒng) 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控制器 1控制器 2控制器 3控制器 4通道 1通道 2存儲器第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 圖 55 多通路 I/O系統(tǒng) I / O 設(shè)備控制器 1控制器 2通道 1通道 2存儲器I / O 設(shè)備I / O 設(shè)備I / O 設(shè)備第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 總線系統(tǒng) (自學(xué)） 圖 56 總線型 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) C P U 存儲器磁盤控制器打印機(jī)控制器?其它控制器磁盤驅(qū) 動器打印機(jī)系統(tǒng)總 線第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 1. ISA和 EISA總線 1) ISA(Industry Standard Architecture) 這是為了 1984年推出的 80286型微機(jī)而設(shè)計(jì)的總線結(jié)構(gòu) 。 以字節(jié)為單位交叉?zhèn)鬏?，?dāng)一臺傳送一個字節(jié)后，立即轉(zhuǎn)去為另一臺傳送字節(jié) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2)數(shù)組選擇通道 選擇通道是以成組方式工作的，即每次傳送一批數(shù)據(jù)，故傳送速度很高。 在一段時(shí)間內(nèi)可有多個進(jìn)程共同使用的設(shè)備，多個進(jìn)程以交叉的方式來使用設(shè)備，其資源利用率高。 它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備 。 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 。 第三類是 高速設(shè)備 ， 這是指其傳輸速率在數(shù)百千個字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類設(shè)備 。 第二類是 字符設(shè)備 (Character Device)， 用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出 。 在小型和微型機(jī)中，它常采用印刷電路卡插入計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)多路通道實(shí)際上是對通道程序采用多道程序設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 通道： 執(zhí)行通道程序，向控制器發(fā)出命令，并具有向 CPU發(fā)中斷信號的功能。 2) EISA(Extended ISA) 到 80年代末期 ， ISA總線已難于滿足帶寬和傳輸速率的要求 ， 于是人們又開發(fā)出擴(kuò)展 ISA(EISA)總線 ， 其帶寬為 32位 ，總線的傳輸速率高達(dá) 32 Mb/s， 同樣可以連接 12臺外部設(shè)備 。 采用中斷驅(qū)動方式后 ， CPU可利用這 ms的時(shí)間去做其它事情 ，而僅用 ms的時(shí)間來處理由控制器發(fā)來的中斷請求 。 (3) 數(shù)據(jù)寄存器 DR。 (2) 內(nèi)存地址。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 圖 510 利用緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)緩沖 1 位緩沖9 . 6 K b / s8 位緩沖 寄存器送內(nèi)存9 . 6 K b / s8 位緩沖 寄存器9 . 6 K b / s送內(nèi)存( b )( a )( c )第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 單緩沖和雙緩沖 1. 單緩沖 (Single Buffer) 工作區(qū)處理 ( C )緩沖區(qū)傳送 ( M ) 輸入 ( T )I / O 設(shè)備( a )T1M1C1T2M2C2T3M3C3T4t( b )用戶進(jìn) 程圖 511 單緩沖工作示意圖 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 單緩沖區(qū)討論 ? 系統(tǒng)傳送一塊數(shù)據(jù)的時(shí)間為MAX(C,T)+M ? 如果輸入數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)串行地進(jìn)行呢？ 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 雙緩沖 (Double Buffer) 工作區(qū)用戶進(jìn) 程緩沖區(qū) 1緩沖區(qū) 2I / O 設(shè)備T1( 緩沖 1)M1C1M2C2M3C3T2( 緩沖 2) T3( 緩沖 3)M4C4T4( 緩沖 4)( a )( b )圖 512 雙緩沖工作示意圖 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 雙緩沖區(qū)討論 ? 系統(tǒng)處理一塊數(shù)據(jù)的時(shí)間為多少呢？ ? 鞏固：假定 T=100us,M=50us,C=50us,計(jì)算分別采用單緩沖和雙緩沖的情況下，系統(tǒng)處理一塊數(shù)據(jù)的時(shí)間。 (2) 輸入隊(duì)列 inq。 Signal(MS(type))。 其基本含義是： 應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備 。 例如， 對各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用 read。 當(dāng)用戶進(jìn)程請求打印輸出時(shí) ， SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出 ， 但并不真正立即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程 ， 而只為它做兩件事： ① 由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請一個空閑磁盤塊區(qū) ， 并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中； ② 輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請一張空白的用戶請求打印表 ， 并將用戶的打印要求填入其中 ， 再將該表掛到請求打印隊(duì)列上 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 1. 設(shè)備驅(qū)動程序的功能 (1) 接收由 I/O進(jìn)程發(fā)來的命令和參數(shù) ， 并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 ， 例如 ， 將磁盤塊號轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面 、 磁道號及扇區(qū)號 。 (2) 驅(qū)動程序與設(shè)備控制器和 I/O設(shè)備的硬件特性緊密相關(guān) ， 因而對不同類型的設(shè)備應(yīng)配置不同的驅(qū)動程序 。 可見 ， 移動磁頭僅能以串行方式讀 /寫 ， 致使其 I/O速度較慢；但由于其結(jié)構(gòu)簡單 ， 故仍廣泛應(yīng)用于中小型磁盤設(shè)備中 。 因?yàn)橹灰粩嘤行逻M(jìn)程的請求到達(dá) ， 且其所要訪問的磁道與磁頭當(dāng)前所在磁道的距離較近 ， 這種新進(jìn)程的 I/O請求必須優(yōu)先滿足 。 當(dāng) N值取得很大時(shí) ， 會使 N步掃描法的性能接近于 SCAN算法的性能； 當(dāng) N=1時(shí) ， N步 SCAN算法便蛻化為FCFS算法 。 第一種是在內(nèi)存中開辟一個單獨(dú)的存儲空間來作為磁盤高速緩存 ， 其大小是固定的 ， 不會受應(yīng)用程序多少的影響；第二種是把所有未利用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€緩沖池 ， 供請求分頁系統(tǒng)和磁盤 I/O時(shí) (作為磁盤高速緩存 )共享 。 因此 ， 現(xiàn)在不少系統(tǒng)在設(shè)計(jì)其高速緩存的置換算法時(shí) ， 除了考慮到最近最久未使用這一原則外 ， 還考 (1) 訪問頻率。 MSDOS所采用的寫回方式 ， 幾乎不會造成數(shù)據(jù)的丟失 ， 但須頻繁地啟動磁盤 。 (3) RAID 3級。