【文章內容簡介】 通道傳輸完成最后一條指令時 ，向 CPU發(fā) I/O中斷 ， 并且通道停止工作 。 CPU接收中斷信號 ， 從 CSW中取得有關信息 ， 決定下一步做什么 。 72 5. 通道與 CPU的關系 ? 主從關系 ? 可并行工作 ? 有通信方式 ? 作用不同 （ 通道－－Ｉ /Ｏ； ＣＰＵ－－計算 ） 73 ? 新的通道思想綜合了許多新的技術 ? 在個人計算機中，芯片組中專門 I/O處理的芯片，稱為 IOP（ IO Processor），發(fā)揮通道的作用 ? IBM 390 中，沿用了輸入輸出通道概念 IBM于 1998年推出光纖通道技術（稱為FICON），可通過 FICON 連接多達 127個大容量 I/O設備。傳輸速度是 333MHz／ s，未來將達到 1GHz／ s。 光纖通道技術具有數據傳輸速率高、傳輸距離遠，可簡化大型存儲系統設計的優(yōu)點 在大容量高速存儲，如大型數據庫、多媒體、數字影像等應用領域，有廣泛前景。 74 匯編格式通道程序例子 ? P155 75 通道啟動和 I/O操作過程 ? CPU是主設備，通道是從設備， CPU和設備之間是主從關系，需要相互配合協調才能完成 I/O操作。 ? 那么 CPU如何通知通道做什么？通道又如何告知 CPU其狀態(tài)和工作情況呢？ 76 通道方式 I/O過程三個階段 l I/O啟動階段 2 I/O操作階段 3 I/O結束階段 77 (1) ?改善中央處理器與外圍設備之間速度不配的矛盾 ， ?減少對 CPU的中斷頻率 ， ?提高 CPU和 I/O設備的并行性 。 78 1. 緩沖技術的引入 ? 凡是數據到達和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術。 ? 緩沖區(qū)：有一定容量、暫存信息的存貯裝置。 ? 在操作系統中采用緩沖是為了實現數據的 I/O操作，以緩解 CPU與外部設備之間速度不匹配的矛盾，提高資源利用率 79 2. 引入緩沖區(qū)的好處 ? 提高硬件的并行操作能力； ? 減少了 I/O設備對處理器的中斷請求次數 ? 簡化了中斷機制 ? 節(jié)省了系統開銷 80 3. 引入緩沖區(qū)的缺點 ? 在系統區(qū)要設置相當大的緩沖池才能滿足所有的Ｉ／Ｏ請求 。 ? 從系統緩沖區(qū)傳送數據到調用進程緩沖區(qū)要花費額外的時間 ， 增加了系統的總開銷 。 81 硬緩沖： 在設備中設置緩沖區(qū)，由硬件實現 軟緩沖： 在內存中開辟一個空間，用作緩沖區(qū) 4. 緩沖區(qū)設置 82 5. 幾種緩沖技術 1)單緩沖 2)雙緩沖 3)多緩沖：多個緩沖按順序構成環(huán)形 ， 先進先出隊列的形式 ， 設頭尾 、 指針指向同一個緩沖區(qū) 。 頭 、 尾指針讀寫時不能相互超越 。 4)緩沖池 。 緩沖池為多個設備共享 ， 設備需要時才接上 ， 用完歸還 。 83 單緩沖 ?對于塊設備 ,單緩沖機制如下工作： 數據處理過程 數據處理時間約為 max[C， T]+M， ?對于字符設備 ,單緩沖機制如下工作： 數據處理過程 84 雙緩沖 (1) ? 輸入數據時，首先填滿緩沖區(qū) 1,操作系統可從緩沖區(qū) 1把數據送到用戶進程區(qū) ,用戶進程便可對數據進行加工計算 。與此同時，輸入設備填充緩沖區(qū) 2 ? 當緩沖區(qū) 1空出后，輸入設備再次向緩沖區(qū) 1輸入。操作系統又可把緩沖區(qū) 2的數據傳送到用戶進程區(qū) ,用戶進程開始加工緩沖 2的數據。 85 雙緩沖 (2) 傳輸和處理一塊的時間 (1) ? 如果 CT，由于 M遠小于 T，在將磁盤上的一塊數據傳送到緩沖區(qū)其間，計算機已完成將另一個緩沖區(qū)中的數據傳送到用戶區(qū)并對這塊數據進行計算的工作，一塊數據的傳輸和處理時間為 T、即 max(C,T)，顯然，這種情況下可保證塊設備連續(xù)工作； 86 雙緩沖 (3) 傳輸和處理一塊的時間 (2) ? 如果 CT，當上一塊數據計算完畢后，需把一個緩沖區(qū)中的數據傳送到用戶區(qū)，花費時間為 M，再對這塊數據進行計算，花費時間為 C，所以，一塊數據的傳輸和處理時間為 C+M、即max(C,T)+M，這種情況下進程不必要等待 I/O。 87 雙緩沖（ a） 88 雙緩沖（ b） 89 緩沖 ?操作系統從自由主存區(qū)域中分配一組緩沖區(qū)組成循環(huán)緩沖，每個緩沖區(qū)的大小等于物理記錄的大小。 循環(huán) 緩沖的緩沖區(qū)是系統的公共資源，可供各個進程共享，并由系統統一分配和管理。 ?緩沖區(qū)可用途分為：輸入緩沖區(qū)，處理緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。 90 設備分配 91 設備分配 I/O設備分配的實現 ? 設備分配的數據結構：設備類表和設備表 。 ? 系統中擁有一張設備類表 ， 每類設備對應于表中一欄 ， 包括內容有：設備類 、 總臺數 、空閑臺數和設備表起始地址等 。 ? 每一類設備都有各自的設備表 ， 用來登記這類設備中每一臺設備的狀態(tài) ， 包含的內容有：物理設備名 、 邏輯設備名 、 占有設備的進程號 、 已分配 /未分配 、 好 /壞等 。 92 1. 設備管理中的數據結構 ? 在多通路的ＩＯ系統中 ， 為了滿足一個ＩＯ請求 ， 不僅僅是分配一個ＩＯ設備的問題 ， 還應分配相應的控制器和通道 ， 以確保ＣＰＵ與ＩＯ設備之間能進行通信 ， 在存儲器與Ｉ /Ｏ設備之間能進行數據的直接存取 。 ? 設備管理程序對ＩＯ設備進行分配和控制是借助于一些表格；表格中記錄了對ＩＯ設備控制所需之信息 。 它們是設備管理程序實現管理功能的數據結構 。 93 數據結構（續(xù)） ? 控制所需之信息 。 它們是設備管理程序實現管理功能的數據結構 。 如下表： 設備控制表（ＤＣＴ） 每個設備一個 控制器表（ＣＯＣＴ） 每個控制器一個 通道表（ＣＭＣＴ） 每個通道一個 系統設備表（ＳＤＴ） 整個系統一個 94 整個系統一張表，記錄系統中所有 I/O設備的信息，表目包括： 設備類型、設備標識符、進程標識符、 DCT表指針等 1) 系統設備表 SDT 95 主要內容：設備類型、設備標識符、設備狀態(tài)、與此設備相連的 COCT、重復執(zhí)行的次數或時間、等待隊列的隊首和隊尾指針、 I/O程序地址 3)COCT 4)CHCT COCT和 CHCT與 DCT類似 2) 設備控制表 DCT 96 設備控制 通道控制 控制器控制 塊 (DCB) 塊（ CHCB) 塊（ COCB） 設備標示符 通道標示符 控制器標示符 設備狀態(tài) 通道狀態(tài) 控制器狀態(tài) 與設備相連的控制器表 與通道相連的控制器表 與控制器相連的通道表 等待此設備的進程表 等待此通道的進程表 等待控制器的進程表 三種控制塊 97 設備分配 (1) ?從設備的特性來看，可以把設備分成獨占設備、共享設備和虛擬設備三類： ?相應的管理和分配外圍設備的技術可分成：獨占方式、共享方式和虛擬方式 。 98 Ｉ /Ｏ設備的分配算法 Ｉ /Ｏ設備的分配機制 ， 除了與ＩＯ設備的固有屬性有關外 ， 還與系統所采用的分配策略有關 。 Ｉ /Ｏ設備的分配與進程調度很能相似 ，同樣可采用如下的一些算法： ? 先請求先服務：當有多個進程對同一設備提出Ｉ /Ｏ請求時 ， 該算法要求把所有發(fā)出Ｉ /Ｏ請求的進程 ， 按其發(fā)出請求的先后次序排成一個等待該設備的隊列 。 設備分配程序把Ｉ /Ｏ設備分配給隊列中第一個進程 。 ? 優(yōu)先權最高者優(yōu)先 。 對于何必先權相同的ＩＯ請求 ， 則按先請求先分配的原則排隊 。 99 3) 設備分配的安全性 為了能同時操作多個Ｉ /Ｏ設備以加速進程的推進 ， 應使得某進程以命令形式發(fā)出Ｉ /Ｏ請求后 ， 仍可繼續(xù)運行 ， 需要時又可發(fā)出第二個 、 第三個Ｉ /Ｏ請求 。多請求方式的缺點是 ， 設備分配不安全 ，因為它具備請求和保持條件 ， 因而有可能產生死鎖的情況 。 由此可見 ， 在多請求方式中 ， 設備的分配程序應保證不發(fā)生進程死鎖 。 100 設備分配 I/O設備分配的實現 ? 采用通道結構的系統中 ， 設備分配的數據結構設置：系統設備表 、 通道控制表 、控制器控制表和設備控制表 。 ? 系統建立一張系統設備表 ， 記錄配置在系統中的所有物理設備的情況 。 ? 每個通道 、 控制器 、 設備各設置一張表 ，記錄各自的地址 (標識符 )、 狀態(tài) (忙 /閑 )、等待獲得此部件的進程隊列指針 、 及一次分配后相互勾鏈的指針 ， 以備分配和執(zhí)行 I/O時使用 。 101 設備獨立性 ?通常用戶不指定特定的設備 ， 而指定邏輯設備 ， 使得用戶作業(yè)和物理設備獨立開來 ， 再通過其它途徑建立邏輯設備和物理設備之間的對應關系 ， 稱這種特性為“ 設備獨立性 ” 。 102 設備獨立性 設備獨立性帶來的好處 ?用戶與物理的外圍設備無關，系統增減或變更外圍設備時程序不必修改；易于對付輸入輸出設備的故障。 103 與設備無關性 為了提高系統的可適應性和可擴展性 ， 我們希望 所編制的用戶程序與實際使用的物理設備無關 ， 這就是所謂與設備無關性 。 為此 ， 我們將邏輯設備與物理設備區(qū)分 ， 并引入邏輯設備名稱和物理設備名稱的概念 。 為了實現與設備的無關性 ， 系統中必須有一張聯系邏輯設備名稱和物理設備名稱的映射表 ， （ ＬＵＴ表 ） 104 3. 系統的邏輯設備表 邏輯設備號 物理設備號 驅動程序地址 1 7 20420 2 7 20420 3 2 20E00 4 4 1FC10 6 1 20D02 7 7 20420 15 10 1FC10 16 11 1FC120 … … …… 105 邏輯設備與物理設備 這個ＬＵＴ中為三個不同的邏輯設備號列出了同樣的物理設備和驅動程序的地址 。 這說明邏輯設備１ ， ２ ， ７目前均得到同一個物理設備７的服務 （ 這或許是因為激光打印機及字母型打印機正在被修理 ， 因此本來輸出到這些設備上的請求都移到行式打印機 ） 。 在這個映射表中我們還可以看到物理設備４和１０都是由同一個驅動程序服務的 。 這是假定它們是同一類型的終端 。 例如所有的１２８終端均由一個驅動程序服務 。 106 SPOOLING技術 107 問題的提出 ?靜態(tài)分配方式是不利于提高系統效率 ?采用脫機外圍設備操作 ?聯機同