【文章內(nèi)容簡介】 首指針 控制器等待隊列尾指針 通 道 控 制表（ CHCT） 控制器控制表（ COCT） 圖 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 42 2022年 2月 13日星期日 設(shè)備分配因素和分配技術(shù) ?設(shè)備分配相關(guān)因素 (3點 ) ?設(shè)備固有屬性 —— 物理特性（獨占 /共享） ?分配算法 —— 比較簡單，對象是進程 ?設(shè)備分配安全性 —— 死鎖問題，兩種方式： ?安全分配方式 —— 進程發(fā)出 I/O申請便進入阻塞狀態(tài)直至 I/O完成被喚醒（請求與保持不成立 — 未完成當前 I/O沒有可能新申請 ） ?不安全分配方式 —— 申請 I/O之后可繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的“計算”，不被阻塞，這樣可以并行操作 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 43 2022年 2月 13日星期日 設(shè)備分配因素和分配技術(shù) ?設(shè)備分配原則與分配技術(shù) ?獨占設(shè)備分配 —— 形式為： 申請，使用， ┅ ，使用，釋放（再分配） 為管理上方便，可將多個相同類型 DCT利用表組織在一起，如圖 所示； 174。174。┅Skk繪圖儀┅┅┅┅┅┅Smm打印機┅┅┅┅┅┅Snn磁帶機DCT 首址┅等待隊列數(shù)量設(shè)備類┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅等待隊列DCTn┅┅DCTi┅┅DCT2DCT1┅┅┅┅系統(tǒng)設(shè)備表（ SDT ） 打印機（ DCT ）圖 同一類型設(shè)備表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖 9 . 1 2 同一類型設(shè)備表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 44 2022年 2月 13日星期日 設(shè)備分配因素和分配技術(shù) ?設(shè)備分配原則與分配技術(shù) 獨占設(shè)備申請和釋放利用信號量簡單描述如下： ? 申請 —— 分配設(shè)備（ 3步） ① 根據(jù)申請設(shè)備類型，查 SDT，得到相應(yīng) DCT首址； ② P(Sm)； ③ 查相應(yīng) DCT表，找一個空閑設(shè)備分配給所申請進程； ? 釋放 —— 再分配（ 3步） ① 根據(jù)釋放的設(shè)備類型，查 SDT，得到相應(yīng) DCT首址； ② 查 DCT表，找到對應(yīng)設(shè)備，釋放 (修改占用的進程標志 ) ③ V(Sm)； 軟資源 (省略其互斥操作描述 ) 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 45 2022年 2月 13日星期日 設(shè)備分配因素和分配技術(shù) ?設(shè)備分配原則與分配技術(shù) ?共享設(shè)備分配 —— 一段時間內(nèi)同時可為多個進程所占用的設(shè)備（如磁盤等） 應(yīng)當注意（ 3點）： ?進程對共享設(shè)備 I/O使用（請求和釋放） 通常沒有顯式申請和釋放 ?對 I/O請求通常是來自文件系統(tǒng)、虛擬存儲系統(tǒng)和輸入井 /輸出井管理程序 ?使用共享設(shè)備活動為： 使用， ┅ ，使用 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 46 2022年 2月 13日星期日 設(shè)備分配因素和分配技術(shù) ?設(shè)備分配原則與分配技術(shù) ?虛擬設(shè)備分配（ 3點） ； ?利用共享設(shè)備來模擬獨占設(shè)備的技術(shù) ?獨占設(shè)備是任何用戶所必需（至少需要某種形式結(jié)果輸出；紙、圖、顯示） ?實現(xiàn)虛擬設(shè)備分配典型和成功的技術(shù)是SPOOLING，也稱假脫機系統(tǒng) 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 47 2022年 2月 13日星期日 設(shè)備分配算法 設(shè)備分配算法比較簡單，通常有兩種： ? 先來先服務(wù) 多個進程對同一個設(shè)備提出 I/O請求（無論是顯式，還是隱式的），按照進程提出的先后順序 ? 高優(yōu)先級優(yōu)先 各個進程按進程的優(yōu)先級排成一個設(shè)備申請隊列，優(yōu)先級相同，則再按照先來先服務(wù)的原則 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 48 2022年 2月 13日星期日 SPOOLING 系統(tǒng) 利用常駐內(nèi)存進程模擬外圍機實現(xiàn) I/O過程。輸入 /輸出過程大致為： ?輸入數(shù)據(jù) —— 利用 輸入進程 輸入到磁盤專用存儲區(qū)；調(diào)入作業(yè)或取數(shù)據(jù)時，從專用存儲區(qū)讀入 ?輸出數(shù)據(jù) —— 利用 輸出進程 輸出到專用存儲區(qū)上，待輸出設(shè)備空閑時，再將存儲在專用存儲區(qū)上的數(shù)據(jù)送往低速輸出設(shè)備上 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 49 2022年 2月 13日星期日 SPOOLING 系統(tǒng) SPOOLING（ Simultaneous Peripheral Operation OnLine） 的 5個特征： ?提高了 I/O速度 —— 將低速 I/O變成高速磁盤訪問 ?實現(xiàn)了主機與外部低速設(shè)備的并行操作 ?利用共享設(shè)備模擬獨占設(shè)備 ，邏輯上為每個用戶都配備了一臺高速的獨占設(shè)備 ?SPOOLING 需要高速、大容量存儲設(shè)備支持 ?假脫機 I/O系統(tǒng) —— 操作系統(tǒng)需建立 I/O模塊，構(gòu)成 I/O進程， CPU執(zhí)行系統(tǒng) I/O進程模擬外圍處理機 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 50 2022年 2月 13日星期日 SPOOLING 系統(tǒng) ?SPOOLING 系統(tǒng)的構(gòu)成（基本 3個部分） ? 輸入井和輸出井 —— 在磁盤空間開辟兩個大專用區(qū) ——輸入輸出井分別模擬脫機輸入輸出 ? 輸入和輸出緩沖區(qū) —— 緩沖低速設(shè)備與高速度設(shè)備間的差異（高速磁盤 低速字符設(shè)備） ? 系統(tǒng)輸入 (收容 )進程 SPi 和系統(tǒng)輸出 (/提取 )進程 SPo ；各自模擬脫機輸入的外圍處理機 ? SPOOLING 系統(tǒng)將輸入輸出進程分為 4個部分： ① 存輸入 —— 完成從輸入機到輸入井數(shù)據(jù)傳輸 ② 取輸入 —— 完成從輸入井數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存 ③ 存輸出 —— 完成從內(nèi)存結(jié)果數(shù)據(jù)到輸出井傳 ④ 取輸出 —— 完成從輸出井數(shù)據(jù)到輸出設(shè)備上 外存空間做存貯 內(nèi)存空間做緩沖 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 51 2022年 2月 13日星期日 SPOOLING 系統(tǒng) ? SPOOLING 系統(tǒng)的工作過程 這里要強調(diào)三點 ： ?SPOOLING系統(tǒng)涉及 存儲管理、設(shè)備管理、處理機管理及文件系統(tǒng)，因此系統(tǒng)也比較復雜 ?輸入 /輸出進程（ spi/spo）也要取得 CPU控制權(quán)后才可以運行，要花費一定主機時間進行輸入輸出控制，因此稱為假脫機 ?只是主機與外設(shè)的 I/O可以并行操作 輸出井 ：取輸入 存輸出 取輸出作業(yè) 2作業(yè) 4作業(yè) 3內(nèi)存輸入機 輸出機CP U作業(yè) 4作業(yè) 2作業(yè) 1輸入井 ：作業(yè) 5作業(yè) 3作業(yè) 2作業(yè) 4圖 SPOOLING 系統(tǒng)（ 5個作業(yè)情況）磁盤磁盤存輸入當前系統(tǒng)有3個用戶進程， 4個系統(tǒng)進程作業(yè) 5正在提交系統(tǒng)下一步下一步2,3,4 正在讀取數(shù)據(jù) ,同時 2,3在輸出下一步進程 1已運行完 ,系統(tǒng)正在輸出其結(jié)果?SPOOLING 系統(tǒng)的工作過程下一步下一步下一步? W ind ows 系統(tǒng)中的 Spooling 概念Win dows 中關(guān)于假脫機 —— 假脫機文件W O RDEXCELN O TE其它應(yīng)用軟件OS┇┇數(shù)據(jù)要求打印? 創(chuàng)建臨時 (假脫機 )文件名 1? n數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)? 拷貝數(shù)據(jù)到文件名 1? n? CPU 轉(zhuǎn)給應(yīng)用，后臺打印控制面板 → 性能和維護 → 管理工具 → 服務(wù) → print s pooler174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 52 2022年 2月 13日星期日 SPOOLING 系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的 SPOOLing值班進程 SPOOLing技術(shù)今天仍被廣泛使用 ? 網(wǎng)絡(luò)文件傳送 —— 先把文件送到網(wǎng)絡(luò) SPOOLing目錄，然后網(wǎng)絡(luò)值班進程把它取出并傳遞到目標地址 ? Inter電子郵件系統(tǒng) —— 為了寄郵，調(diào)用電子郵件程序待發(fā)信存在 SPOOLing中供以后傳輸 ? 注意： SPOOLing只提高設(shè)備利用率，縮短用戶程序執(zhí)行時間，并不提高 CPU利用率 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 53 2022年 2月 13日星期日 緩沖技術(shù) 首先討論一個現(xiàn)象 ： ?當通過計算機上的某種操作在打印機上進行輸出打印時，“機器”（ CPU）非常快地就將數(shù)據(jù)（如文檔）傳送給打印機，又很快地可以繼續(xù)執(zhí)行其它操作 ?這種現(xiàn)象說明了主機將內(nèi)存的數(shù)據(jù)送往打印機時的速度是很快的，要比打印機本身的速度快的多，這里就涉及到了 緩沖的概念 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 54 2022年 2月 13日星期日 緩沖技術(shù) 緩沖的引入 單緩沖 雙緩沖 循環(huán)緩沖 緩沖池 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 55 2022年 2月 13日星期日 緩沖的引入 ?引入緩沖的必要性 再以網(wǎng)絡(luò)通信為例； ?若遠地終端發(fā)來數(shù)據(jù)僅用 1個 bit緩沖來接收，則必須在每收到一位數(shù)據(jù)時便中斷 CPU一次 ?對于速率為 kb/s 數(shù)據(jù)通信來說，意味著中斷CPU的頻率也為 無緩沖情況下的數(shù)據(jù)輸出??????Dat a 1Dat a 2┇Dat a nM等待處理1bi t / 100 μ s8 位緩沖 中斷通知 CPUCPU 響應(yīng)取走處理圖 遠地通信的緩沖處理1b it /100 μ s 1 位緩沖中斷通知 CPUCPU 響應(yīng)取走處理端口(1 位緩沖 )(8 位緩沖 )下一步下一步? 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 56 2022年 2月 13日星期日 緩沖的引入 ?引入緩沖的必要性 另外一個引入緩沖原因是在虛擬存儲器管理， 若沒有緩沖 ? 首先等待設(shè)備 I/O完成，進程被阻塞 ? 另一個 重要的問題 ；在數(shù)據(jù)傳輸期間，用戶地址空間 10000—10511必須保持不變，即禁止用戶進程空間的移動 內(nèi)存 10000 10511 磁帶 程序 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 20K 如果有作業(yè) J(55K)進入系統(tǒng)是不可能的 空閑 空閑 空閑 最簡單的動態(tài)分區(qū)分配下 進程讀磁帶數(shù)據(jù)塊 下一步 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 57 2022年 2月 13日星期日 單緩沖 *以塊傳輸為例 假定： T—— 從塊設(shè)備傳輸一塊到緩沖區(qū)的時間 C—— 對其進行計算 (或加工 )時間 M—— 從緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)時間 對于無緩沖和設(shè)置單緩沖分析： ? 無緩沖 —— 數(shù)據(jù)直接進入用戶區(qū)，一塊處理時間顯然 = T+C， 如圖 （ a） ? 設(shè)置單緩沖區(qū) —— 處理一塊時間 = max(T， C)+M 假定，連續(xù)輸入 n 塊數(shù)據(jù)， 且 T=C，中間任何一塊處理時間均為： T+M，或 C+M， 用戶進程輸入時間 T 移動時間 M 計算時間 C┇設(shè)備輸入 ：緩沖區(qū)：拷貝到用戶區(qū) ：用戶區(qū)數(shù)據(jù)：用戶進程計算 ： 空 滿tT=CM圖 滿 滿 滿空對于 TC ， C T ?下一步系統(tǒng)緩沖區(qū)174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 58 2022年 2月 13日星期日 單緩沖 單緩沖下設(shè)備并行問題（兩個說明） : ?單緩沖屬于臨界資源 —— 不允許多個進程同時對一個緩沖區(qū)操作，故設(shè)備之間不能達到并行操作 ?進一步說明 —— 假定輸入到緩沖塊數(shù)據(jù)被立即打印出去（輸入時間 =打印時間），這時輸入與輸出是串行操作的。為使設(shè)備之間能夠并行操作，就必須引入 雙緩沖 174。 NOTE BOOK Operating System 第 9 章 59 2022年 2月 13日星期日 雙緩沖 解決兩 臺外設(shè)之間， I/O與計算之間并行操作問題是設(shè)置雙緩沖，如圖 （ c