操作系統(tǒng)第5章io設備管理(編輯修改稿)
2025-02-06 06:54 本頁面
【文章內容簡介】 一種簡單的共享通道，適用于連接慢速的字符設備，如打印機、終端等設備。字節(jié)多路通道在時間片分時的基礎上為多臺低速和中速設備服務，它的主要特點是：各設備與通道之間的數據傳送是以字節(jié)為單位交替進行的，各設備輪流占用一個很短的時間片，不同的設備在各自的時間片內經過通道執(zhí)行各自的數據傳送操作。 ? ②選擇通道 ? 選擇通道是一種高速通道，適用于連接高速 I/O設備，如磁盤、磁帶等，信息以數據塊為單位高速傳輸。在物理上它可以連接多個設備，但是這些設備不能同時工作。在某一段時間內，通道只能選擇一個設備進行工作，即使暫時出現空閑，也不允許其他設備使用，直到該設備傳送完成后才讓出通道。選擇通道的優(yōu)點是以數據塊為單位進行傳輸，傳輸率高；缺點是通道利用率低。 15 ? ③ 數組多路通道 ? 數組多路通道是對選擇通道的一種改進，綜合了字節(jié)多路通道分時工作和選擇通道傳送速率高的特點。適用于連接高速 I/O設備，如磁盤、磁帶等。數組多路通道的工作原理如下：當某設備進行數據傳送時，通道只為該設備服務；當設備在執(zhí)行尋址等控制性動作時，通道暫時斷開與這個設備的連接，掛起該設備的通道程序，去為其他設備服務，即執(zhí)行其他設備的通道程序。其優(yōu)點是同選擇通道一樣，以數據塊為單位進行傳輸，傳輸率高。同時又具有多路并行操作的能力，通道利用率高。缺點是控制復雜。 ? 通道是一個特殊功能的處理機，它有自己的指令和程序，可以實現對外圍設備的統(tǒng)一管理和外圍設備與內存之間的數據傳送。通道的工作過程為： ? ①根據 CAW，從內存取出通道指令，送入通道控制字寄存器（ CCW），并修改 CAW，使其指向下一條通道指令。 ? ②執(zhí)行 CCW中的通道指令，進行實際的 I/O操作，執(zhí)行完畢后，如果還有下一條指令，則返回前一步，否則轉下一步。 ? ③發(fā)出中斷信號通知 CPU通道程序已執(zhí)行完成。 16 ? 在現代操作系統(tǒng)中，幾乎所有的 I/O設備在與內存交換數據時，都使用緩沖區(qū)。緩沖是用來平滑I/O請求的峰值的一種技術，引入緩沖的主要原因是： ? ①改善 CPU與 I/O設備之間速度不匹配和負荷不均衡的矛盾。 ? ②減少對 CPU的中斷頻率，放寬對中斷響應時間的限制。 ? ③以空間換取時間，提高 CPU和 I/O設備之間的并行性。 ? ④在設備使用不均衡時緩沖區(qū)起到平滑作用。 17 ? ? 單緩沖是操作系統(tǒng)提供的最簡單的緩沖區(qū)形式，單緩沖（ single buffering）是 I/O設備與內存之間共用一個緩沖區(qū)的緩沖技術。如圖所示，給出了使用單緩沖和不使用緩沖之間的性能比較。假設 T是輸入一塊所需要的時間， C是輸入請求之間的計算時間。如果沒有緩沖，每塊的執(zhí)行時間為 T+C。如果有一個緩沖區(qū)執(zhí)行時間為 max[T,C]+M，其中 M是把數據從系統(tǒng)緩沖區(qū)移到用戶存儲空間所需要的時間。我們可以得出結論使用單緩沖系統(tǒng)比不使用緩沖系統(tǒng)的效率高。單緩沖（ Single Buffer）是 I/O設備與內存之間共用一個緩沖區(qū)的緩沖技術。它適用于數據的到達率與離去率相差很大的情況下。緩沖區(qū)被看作臨界資源，對緩沖區(qū)的讀 /寫操作要互斥進行。 18 ? ? 對于面向塊的傳送，我們可以粗略地估計執(zhí)行時間為 max[T,C]。因此，如果 C≤T，就有可能使面向塊的設備全速進行；另一方面，如果 CT，雙緩沖能確保該進程不需要等待 I/O。在任何一種情況下，比單緩沖都有所提高。兩個緩沖區(qū)交替使用，使 CPU與 I/O設備并行性進一步提高。 ? 雙緩沖（ Double Buffer）是為 I/O設備與內存之間分配兩個緩沖區(qū)的緩沖技術。在輸入數據時，輸入設備先填滿緩沖區(qū) 1，進程從緩沖區(qū) 1取走數據的同時，輸入設備繼續(xù)填充緩沖區(qū) 2。當緩沖區(qū) 1空出來時，進程又可以從緩沖區(qū) 2得到數據。兩個緩沖區(qū)交替使用，使 CPU與 I/O設備并行性進一步提高。如果數據的到達率和離去率相差不太大時，利用雙緩沖技術效果非常好。 19 ? ? 雙緩沖方案可以平滑 I/O設備和進程之間的數據流。如果某個特定進程的性能是關注的焦點，常常會希望相關I/O操作能夠跟得上這個進程。如果進程突然快速執(zhí)行大量的 I/O，僅有雙緩沖就不夠了，在這種情況下，如圖 57所示 ,通常使用多個緩沖區(qū)來解決這個問題。這組緩沖區(qū)自身被稱作循環(huán)緩沖區(qū)（ circular buffering），其中的每一個緩沖區(qū)是這個循環(huán)緩沖區(qū)的一個單元。 ? 通常系統(tǒng)輸入輸出數據的特征為陣發(fā)性和隨機性。在這種情況下，雙緩沖的效果則不夠理想，但可以增加緩沖區(qū)數量而使情況有所改善。因此，引入了多緩沖，并將多緩沖組織成循環(huán)緩沖
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