【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 首指針 控制器等待隊(duì)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(diǎn) ) ?設(shè)備固有屬性 —— 物理特性（獨(dú)占 /共享） ?分配算法 —— 比較簡(jiǎn)單，對(duì)象是進(jìn)程 ?設(shè)備分配安全性 —— 死鎖問(wèn)題，兩種方式： ?安全分配方式 —— 進(jìn)程發(fā)出 I/O申請(qǐng)便進(jìn)入阻塞狀態(tài)直至 I/O完成被喚醒（請(qǐng)求與保持不成立 — 未完成當(dāng)前 I/O沒(méi)有可能新申請(qǐng) ） ?不安全分配方式 —— 申請(qǐng) I/O之后可繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的“計(jì)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(dú)占設(shè)備分配 —— 形式為： 申請(qǐng)，使用， ┅ ，使用，釋放（再分配） 為管理上方便，可將多個(gè)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(jī)┅┅┅┅┅┅Snn磁帶機(jī)DCT 首址┅等待隊(duì)列數(shù)量設(shè)備類┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅等待隊(duì)列DCTn┅┅DCTi┅┅DCT2DCT1┅┅┅┅系統(tǒng)設(shè)備表（ SDT ） 打印機(jī)（ 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(dú)占設(shè)備申請(qǐng)和釋放利用信號(hào)量簡(jiǎn)單描述如下： ? 申請(qǐng) —— 分配設(shè)備（ 3步） ① 根據(jù)申請(qǐng)?jiān)O(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(gè)空閑設(shè)備分配給所申請(qǐng)進(jìn)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(duì)應(yīng)設(shè)備，釋放 (修改占用的進(jìn)程標(biāo)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(shí)間內(nèi)同時(shí)可為多個(gè)進(jìn)程所占用的設(shè)備（如磁盤等） 應(yīng)當(dāng)注意（ 3點(diǎn)）： ?進(jìn)程對(duì)共享設(shè)備 I/O使用（請(qǐng)求和釋放） 通常沒(méi)有顯式申請(qǐng)和釋放 ?對(duì) I/O請(qǐng)求通常是來(lái)自文件系統(tǒng)、虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)和輸入井 /輸出井管理程序 ?使用共享設(shè)備活動(dòng)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(diǎn)） ； ?利用共享設(shè)備來(lái)模擬獨(dú)占設(shè)備的技術(shù) ?獨(dú)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(shí)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(jī)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(jiǎn)單，通常有兩種： ? 先來(lái)先服務(wù) 多個(gè)進(jìn)程對(duì)同一個(gè)設(shè)備提出 I/O請(qǐng)求（無(wú)論是顯式，還是隱式的），按照進(jìn)程提出的先后順序 ? 高優(yōu)先級(jí)優(yōu)先 各個(gè)進(jìn)程按進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)排成一個(gè)設(shè)備申請(qǐng)隊(duì)列，優(yōu)先級(jí)相同，則再按照先來(lái)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(jìn)程模擬外圍機(jī)實(shí)現(xiàn) I/O過(guò)程。輸入 /輸出過(guò)程大致為： ?輸入數(shù)據(jù) —— 利用 輸入進(jìn)程 輸入到磁盤專用存儲(chǔ)區(qū)；調(diào)入作業(yè)或取數(shù)據(jù)時(shí)，從專用存儲(chǔ)區(qū)讀入 ?輸出數(shù)據(jù) —— 利用 輸出進(jìn)程 輸出到專用存儲(chǔ)區(qū)上，待輸出設(shè)備空閑時(shí)，再將存儲(chǔ)在專用存儲(chǔ)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(gè)特征： ?提高了 I/O速度 —— 將低速 I/O變成高速磁盤訪問(wèn) ?實(shí)現(xiàn)了主機(jī)與外部低速設(shè)備的并行操作 ?利用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備 ，邏輯上為每個(gè)用戶都配備了一臺(tái)高速的獨(dú)占設(shè)備 ?SPOOLING 需要高速、大容量存儲(chǔ)設(shè)備支持 ?假脫機(jī) I/O系統(tǒng) —— 操作系統(tǒng)需建立 I/O模塊，構(gòu)成 I/O進(jìn)程， CPU執(zhí)行系統(tǒng) I/O進(jìn)程模擬外圍處理機(jī) 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(gè)部分） ? 輸入井和輸出井 —— 在磁盤空間開(kāi)辟兩個(gè)大專用區(qū) ——輸入輸出井分別模擬脫機(jī)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(jìn)程 SPi 和系統(tǒng)輸出 (/提取 )進(jìn)程 SPo ；各自模擬脫機(jī)輸入的外圍處理機(jī) ? SPOOLING 系統(tǒng)將輸入輸出進(jìn)程分為 4個(gè)部分： ① 存輸入 —— 完成從輸入機(jī)到輸入井?dāng)?shù)據(jù)傳輸 ② 取輸入 —— 完成從輸入井?dāng)?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?dāng)?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(guò)程 這里要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn) ： ?SPOOLING系統(tǒng)涉及 存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、處理機(jī)管理及文件系統(tǒng)，因此系統(tǒng)也比較復(fù)雜 ?輸入 /輸出進(jìn)程（ spi/spo）也要取得 CPU控制權(quán)后才可以運(yùn)行，要花費(fèi)一定主機(jī)時(shí)間進(jìn)行輸入輸出控制，因此稱為假脫機(jī) ?只是主機(jī)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(jī) 輸出機(jī)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(gè)作業(yè)情況）磁盤磁盤存輸入當(dāng)前系統(tǒng)有3個(gè)用戶進(jìn)程， 4個(gè)系統(tǒng)進(jìn)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(shí) 2,3在輸出下一步進(jìn)程 1已運(yùn)行完 ,系統(tǒng)正在輸出其結(jié)果?SPOOLING 系統(tǒng)的工作過(guò)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(jī) —— 假脫機(jī)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(shí) (假脫機(jī) )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(tái)打印控制面板 → 性能和維護(hù) → 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(jìn)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(jìn)程把它取出并傳遞到目標(biāo)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(shí)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(gè)現(xiàn)象 ： ?當(dāng)通過(guò)計(jì)算機(jī)上的某種操作在打印機(jī)上進(jìn)行輸出打印時(shí)，“機(jī)器”（ CPU）非?？斓鼐蛯?shù)據(jù)（如文檔）傳送給打印機(jī)，又很快地可以繼續(xù)執(zhí)行其它操作 ?這種現(xiàn)象說(shuō)明了主機(jī)將內(nèi)存的數(shù)據(jù)送往打印機(jī)時(shí)的速度是很快的，要比打印機(jī)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(yuǎn)地終端發(fā)來(lái)數(shù)據(jù)僅用 1個(gè) bit緩沖來(lái)接收，則必須在每收到一位數(shù)據(jù)時(shí)便中斷 CPU一次 ?對(duì)于速率為 kb/s 數(shù)據(jù)通信來(lái)說(shuō)，意味著中斷CPU的頻率也為 無(wú)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(yuǎn)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(gè)引入緩沖原因是在虛擬存儲(chǔ)器管理， 若沒(méi)有緩沖 ? 首先等待設(shè)備 I/O完成，進(jìn)程被阻塞 ? 另一個(gè) 重要的問(wèn)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(jìn)程空間的移動(dòng) 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(jìn)入系統(tǒng)是不可能的 空閑 空閑 空閑 最簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)分區(qū)分配下 進(jìn)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(shí)間 C—— 對(duì)其進(jìn)行計(jì)算 (或加工 )時(shí)間 M—— 從緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)時(shí)間 對(duì)于無(wú)緩沖和設(shè)置單緩沖分析： ? 無(wú)緩沖 —— 數(shù)據(jù)直接進(jìn)入用戶區(qū)，一塊處理時(shí)間顯然 = T+C， 如圖 （ a） ? 設(shè)置單緩沖區(qū) —— 處理一塊時(shí)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(shí)間均為： T+M，或 C+M， 用戶進(jìn)程輸入時(shí)間 T 移動(dòng)時(shí)間 M 計(jì)算時(shí)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(jìn)程計(jì)算 ： 空 滿tT=CM圖 滿 滿 滿空對(duì)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(wèn)題（兩個(gè)說(shuō)明） : ?單緩沖屬于臨界資源 —— 不允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)一個(gè)緩沖區(qū)操作，故設(shè)備之間不能達(dá)到并行操作 ?進(jìn)一步說(shuō)明 —— 假定輸入到緩沖塊數(shù)據(jù)被立即打印出去（輸入時(shí)間 =打印時(shí)間），這時(shí)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(tái)外設(shè)之間， I/O與計(jì)算之間并行操作問(wèn)題是設(shè)置雙緩沖，如圖 （ c