【文章內容簡介】 交換出去，但該頁面仍被鎖在主存不會被交換出去。 進程可以完成 I/O,而重新被交換進主存；如果進程被交換出去時，設備還沒有為進程開始傳輸數(shù)據(jù)，于是整個進程地址空間全交換出主存。 這樣 發(fā)生死鎖 。因為進程被阻塞于設備 I/o隊列，而設備有要為它開始的 I/O請求服務，互相等待。 如果有緩沖區(qū) 進程在那個設備提出 I/O請求前，先請求分配 一個緩沖區(qū)，然在再在設備 I/O請求隊列中排 隊；當設備為該進程的 I/O請求服務時，設備 并不需要進程一定在主存中，因為只向該進 程的緩沖區(qū)中傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送完成后， 中斷處理程序喚醒該進程，將緩沖區(qū)中的數(shù) 據(jù)讀入進程在主存的地址空間中進行處理。 緩沖的種類 單緩沖 (single buffer)：一個緩沖區(qū)， CPU和外設輪流使用，一方處理完之后接著等待對方處理。 雙緩沖 (double buffer)：兩個緩沖區(qū)， CPU和外設都可以連續(xù)處理而無需等待對方。要求 CPU和外設的速度相近。 多緩沖 (circular buffer)：多個緩沖區(qū)， CPU和外設的處理速度可以相差較大。將多個緩沖區(qū)連接起來組成兩部分，一部分專門由于輸入，另一部分專門用于輸出 緩沖池 ：把多個緩沖區(qū)連接起來統(tǒng)一管理，該緩沖區(qū)既可以用于輸入也可用以輸出。 緩沖池管理 (buffer pool) 三種緩沖區(qū)隊列： 空閑緩沖區(qū)， 輸入緩沖區(qū)， 輸出緩沖區(qū) 四種操作： 設備輸入， CPU讀入， 設備輸出， CPU寫出。 上述操作訪問各個緩沖區(qū)隊列時，需要進行相應的互斥操作。 是一種雙方向緩沖技術；緩沖區(qū)整體利用率高。 i n queueem pt y queueout queueBu ff er P o olD evi ce C P U緩沖池的結構 ? 緩沖池由多個緩沖區(qū)組成；一個緩沖區(qū)由兩部分組成： ? 緩沖首部：用來標識該緩沖器和用于管理的緩沖首部，設備管理通過其管理緩沖區(qū)； ? 緩沖體：用于存放數(shù)據(jù)。 緩沖區(qū)首部組成 緩沖池中緩沖區(qū)隊列類型 ? 按其使用情況進行劃分為如下： 緩沖池中緩沖區(qū)分類 三種緩沖區(qū)隊列： 空閑緩沖區(qū)， 輸入緩沖區(qū)， 輸出緩沖區(qū) ? 空白緩沖區(qū)：可以使用的沒有數(shù)據(jù)的 ? 輸入緩沖區(qū)：裝滿輸入數(shù)據(jù)的 ? 輸出緩沖區(qū)：裝滿輸出數(shù)據(jù)的 ? 工作緩沖區(qū)：系統(tǒng)或用戶進程從以上三種緩沖區(qū)隊列中取出緩沖區(qū)進行操作 工作緩沖區(qū)分類（來自緩沖池） ? 用于收容設備輸入數(shù)據(jù)的收容輸入緩沖區(qū) hin ? 用于提取設備輸入數(shù)據(jù)的提取輸入緩沖區(qū) sin ? 用于收容 CPU輸出數(shù)據(jù)的收容輸出緩沖區(qū) hout ? 用戶提取 CPU輸出數(shù)據(jù)的提取輸出緩沖區(qū) sout 圖 緩沖池管理 緩沖池管理的操作 ? 取緩沖區(qū) take_buf(type)：從緩沖隊列中按一定選取原則取出一個緩沖區(qū)； ? 插入 add_buf(type,number):把緩沖區(qū)按一定的選取原則插入到相應的緩沖區(qū)隊列 ? 申請緩沖區(qū) get_buf(type,work_buf)：進程申請緩沖區(qū) ? 緩沖區(qū)放入緩沖隊列 put_buf(type,work_buf)： 緩沖池工作過程 ? 詳細內容見書本 P238頁 偽碼描述管理緩沖池 設備分配 由于外設資源的有限，需解決進程間的外設共享問題，以提高外設資源的利用率。設備分配是對進程使用外設過程的管理。有兩種作法： 在進程間切換使用外設，如鍵盤和鼠標； 通過一個虛擬設備把外設與應用進程隔開，只由虛擬設備來使用設備。 設備分配 設備分配數(shù)據(jù)結構 設備分配原則 設備分配方式 假脫機技術 設備分配數(shù)據(jù)結構 設備控制表 系統(tǒng)設備表 控制器控制表 通道控制表 設備控制表 (DCT, Device Control Table) ? 概念：每個設備一張，描述設備特性和狀態(tài)。反映設備的特性、設備和控制器的連接情況。 ? 組成內容： ? 設備標識符，用來區(qū)別不同設備 ? 設備類型。反映設備的特性 ? 設備地址或設備號。既可以和內存統(tǒng)一編址，也可單獨編址。 ? 設備狀態(tài)。指設備是出于工作狀態(tài)還是空閑 ? 等待隊列指針。等待使用該設備的進程組成的隊列 ? I/O控制器指針。指向該設備相連接的 I/O控制器 系統(tǒng)設備表 (SDT, System Device Table) ? 概念 ：系統(tǒng)內一張，反映系統(tǒng)中設備資源的狀態(tài)，記錄所有設備的狀態(tài)及其設備控制表的入口。 ? 組成內容 ? DCT指針。指向有關設備的設備控制表 ? 正在使用設備的進程 ? 設備類型和設備標識符 ? 設立的意義：能夠反映系統(tǒng)中設備資源的狀態(tài) 控制器控制表和通道控制表 控制器控制表 (COCT, COntroller Control Table)：每個設備控制器一張，描述 I/O控制器的配臵和狀態(tài)。如 DMA控制器所占用的中斷號、 DMA數(shù)據(jù)通道的分配。 通道控制表 (CHCT, CHannel Control Table)：每個通道一張，描述通道工作狀態(tài)。 各表間的關系 系統(tǒng)設備表 表項 1 …… 表項 i …… 設備類型 設備標識 獲得設備的進程號 DCT指針 設備控制表（ DCT） 設備類型 設備標識 設備忙 /閑標記 COCT指針 設備等待隊列首指針 設備等待隊列尾指針 控制器控制表 COCT 控制器標識 控制器忙 /閑標記 CHCT指針 控制器 等待隊列首指針 控制器 等待隊列尾指針 通道控制表 CHCT 通道標識 通道忙 /閑標記 COCT指針 通道 等待隊列首指針 通道 等待隊列尾指針 設備分配原則 與設備分配有關的設備屬性： 獨享設備：打印機等； 共享設備：磁盤、網卡等； 合理使用外設 (公平和避免死鎖 ) 提高設備利用率。 應用程序與設備無關（詳見書本 P241） 設備分配方式 靜態(tài)分配 不會出現(xiàn)死鎖； 設備利用率不高； 動態(tài)分配 有利于提高設備利用率 需要考慮死鎖問題 兩種分配方式各有優(yōu)缺點 1）靜態(tài)分配 ? 特點：在用戶作業(yè)開始執(zhí)行之前，由系統(tǒng)一次分配該作業(yè)所要求的全部設備、控制器和通道。這些設備一直為該作業(yè)所占用，直到該作業(yè)被撤銷。 ? 優(yōu)勢：不會出現(xiàn)死鎖 ? 缺點：設備利用率低 2）動態(tài)分配 ? 特點：在進程執(zhí)行過程中根據(jù)執(zhí)行需要進行分配設備。進程需要設備，通過系統(tǒng)調用命令項系統(tǒng)提出設備請求，由系統(tǒng)按照事先規(guī)定的策略給進程分配所需要的設備，一旦用完立即釋放。 ? 優(yōu)勢：有利于提高設備的利用率 ? 缺點：容易造成死鎖 設備動態(tài)分配策略 針對特定的設備采用特定的分配策略 先來先服務 (FCFS)：按 I/O請求的先后順序，排成 I/O請求命令隊列，隊首指向被請求設備的DCT；按 FCFS分配設備； 基于優(yōu)先級：依據(jù)進程的優(yōu)先級，指定 I/O請求的優(yōu)先級，排成不同優(yōu)先級隊列；按優(yōu)先級高低分配設備； 設備分配算法 設備分配算法 假脫機技術 利用假脫機技術 (SPOOLing, Simultaneous Peripheral Operation On Line, 也稱為虛擬設備技術 )可把獨享設備轉變成具有共享特征的虛擬設備，從而提高設備利用率。 獨享設備經常會成為系統(tǒng)中的“瓶頸”資源 進程在占用設備的整個期間，并不經常使用該設備 引入：在多道批處理系統(tǒng)中，專門利用一道程序（ SPOOLing程序）來完成對設備的 I/O操作。無需使用外圍 I/O處理機。 Application A Application B SPOOLing Program Device Virtual I/O Actual I/O 假脫機原理 ? SPOOLing程序和外設進行數(shù)據(jù)交換，可以稱為“實際 I/O”。一方面， SPOOLing程序預先從外設輸入數(shù)據(jù)并加以緩沖，在以后需要的時候輸入到應用程序；另一方面， SPOOLing程序接受應用程序的輸出數(shù)據(jù)并加以緩沖，在以后適當?shù)臅r候輸出到外設。（輸入 spool和輸出 spool） ? 在 SPOOLing程序中，需要管理兩級緩沖區(qū)：內存緩沖區(qū)和快速外存上的緩沖池，后者可以暫存多批 I/O操作的較多數(shù)據(jù)。 ? 應用程序進行 I/O操作時，只是和 SPOOLing程序交換數(shù)據(jù)，可以稱為 虛擬 I/O。這時虛擬 I/O實際上是從 SPOOLing程序的緩沖池中讀出數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)送入緩沖池，而不是跟實際的外設進行 I/O操作。 優(yōu)點 高速虛擬 I/O操作：應用程序的虛擬 I/O比實際 I/O速度提高，縮短應用程序的執(zhí)行時間。另一方面，程序的虛擬 I/O操作時間和實際 I/O操作時間分離開來。 實現(xiàn)對獨享設備的共享：由 SPOOLing 程序提供虛擬設備，可以對