【文章內(nèi)容簡介】 POOLing方式使用外設(shè)：216。 SPOOLing 技術(shù)是在批處理操作系統(tǒng)時代引入的，即所謂假脫機(jī)輸入輸出技術(shù)。原來這種技術(shù)輸入、輸出是針對磁盤上的輸入、輸出，現(xiàn)在是針對磁盤上的文件。216。 例如 :同一進(jìn)程所有輸出數(shù)據(jù)在進(jìn)程運(yùn)行時被寫到同一文件當(dāng)中，文件排到打印輸出隊(duì)列，打印進(jìn)程申請占用打印機(jī)后，成批讀出文件中數(shù)據(jù)，并送打印機(jī)打印出去。 l什么是 Spooling? 在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時外圍操作稱為 Spooling，或稱為假脫機(jī)操作。lSpooling系統(tǒng)的組成： 輸入井和輸出井，磁盤上開辟的兩個 大存儲空間； 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)； 輸入進(jìn)程 SPi和輸出進(jìn)程 SPo ； 請求打印隊(duì)列。 設(shè)備的使用與管理輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入進(jìn)程 SPi 輸出進(jìn)程 SPo輸入緩沖區(qū) Bi輸出緩沖區(qū) Bo輸入井輸出井磁盤Spooling系統(tǒng)的組成 設(shè)備的使用與管理 設(shè)備的使用與管理l Spooling系統(tǒng)的特點(diǎn)： 提高了 I/O速度； 設(shè)備并沒有分配給任何進(jìn)程 .在輸入 井或輸出井中 ,分配給進(jìn)程的是一存 儲區(qū)和建立一張 I/O請求表 ； 實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。 設(shè)備的使用與管理l 共享打印機(jī)：216。 系統(tǒng)對于用戶的打印輸出，但并不真正把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程，而是先在輸出井中申請一個空閑盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；然后為用戶申請并填寫請求打印表，將該表掛到請求打印隊(duì)列上。若打印機(jī)空閑，輸出程序從請求打印隊(duì)首取表，將要打印的數(shù)據(jù)從輸出井傳送到內(nèi)存緩沖區(qū)，再進(jìn)行打印，直到打印隊(duì)列為空。 設(shè)備的使用與管理打印請求隊(duì)列（含要打印文件）打印daemon 進(jìn)程打印機(jī)以 SPOOLing方式使用外設(shè) I/O軟件層次結(jié)構(gòu)用戶層 I/O設(shè)備驅(qū)動及中斷處理硬件系統(tǒng)調(diào)用接口，設(shè)備無關(guān)的操作系統(tǒng)軟件l 通常，操作系統(tǒng)將設(shè)備管理系統(tǒng)劃分并組織成三個層次：u 用戶層 I/Ou 與設(shè)備無關(guān)的 I/Ou 設(shè)備驅(qū)動及中斷處理 I/O軟件層次結(jié)構(gòu)l 用戶層 I/O：216。 用戶層與設(shè)備的控制細(xì)節(jié)無關(guān)，不直接與設(shè)備打交道。216。 它將所有的設(shè)備看作邏輯資源，為用戶進(jìn)程提供各類 I/O函數(shù)。用戶以設(shè)備標(biāo)識符和一些簡單的函數(shù)來使用設(shè)備，如打開、關(guān)閉、讀、寫等。如 C庫中的函數(shù) fopen()。 fread()。 fwrite()。 fclose()。printf()等 。 I/O軟件層次結(jié)構(gòu)l 與設(shè)備無關(guān)的 I/O軟件層： 　　 為了提高系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，我們希望所編制的用戶程序與實(shí)際使用的物理設(shè)備無關(guān)，這就是所謂與設(shè)備無關(guān)性?！?　 為此，我們將邏輯設(shè)備與物理設(shè)備區(qū)分，并引入邏輯設(shè)備名稱和物理設(shè)備名稱的概念。為了實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的無關(guān)性，系統(tǒng)中必須有一張聯(lián)系邏輯設(shè)備名稱和物理設(shè)備名稱的映射表（ＬＵＴ表）。 I/O軟件層次結(jié)構(gòu)邏輯設(shè)備號 物理設(shè)備號 驅(qū)動程序地址1 7 204202 7 204203 2 20E004 4 1FC106 1 20D027 7 2042015 10 1FC1016 11 1FC120… … …… I/O軟件層次結(jié)構(gòu) 這個ＬＵＴ中為三個不同的邏輯設(shè)備號列出了同樣的物理設(shè)備和驅(qū)動程序的地址。這說明邏輯設(shè)備１，２，７目前均得到同一個物理設(shè)備７的服務(wù)（這或許是因?yàn)榧す獯蛴C(jī)及字母型打印機(jī)正在被修理，因此本來輸出到這些設(shè)備上的請求都移到行式打印機(jī)）。在這個映射表中我們還可以看到物理設(shè)備４和１０都是由同一個驅(qū)動程序服務(wù)的。這是假定它們是同一類型的終端。 I/O軟件層次結(jié)構(gòu)l 與設(shè)備無關(guān)的 I/O軟件層：216。 它對上層提供系統(tǒng)調(diào)用的接口，對下通過設(shè)備驅(qū)動程序接口調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序。 I/O軟件層次結(jié)構(gòu)l 該層軟件的基本功能包括：216。 （ 1）設(shè)備名與設(shè)備驅(qū)動程序的映射 216。 （ 2）設(shè)備保護(hù) 216。 （ 3）邏輯塊216。 （ 4）緩沖 216。 （ 5）設(shè)備空閑空間管理與分配。216。 （ 6）錯誤報告216。 （ 7）分配及設(shè)備釋放 I/O軟件層次結(jié)構(gòu)l 設(shè)備驅(qū)動與中斷處理： 216。 設(shè)備驅(qū)動程序包括了所有與設(shè)備相關(guān)的代碼，其功能是將設(shè)備無關(guān)層中的抽象請求轉(zhuǎn)換成對底層設(shè)備的具體操作。216。 當(dāng)進(jìn)程進(jìn)行 I/O操作時，將其阻塞至 I/O操作結(jié)束并發(fā)生中斷。中斷發(fā)生時，由中斷處理程序啟動請求排隊(duì)的下一請求并解除等 I/O進(jìn)程的阻塞狀態(tài)，使其能夠繼續(xù)執(zhí)行。 緩沖管理l 引入緩沖的主要原因有以下幾個方面：216。 緩解 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。216。 減少對 CPU的中斷頻率，放寬對中斷處理時間的限制。216。 提高 CPU和 I/O設(shè)備之間的并行性。 緩沖管理 緩沖區(qū) 用戶區(qū)I/O設(shè)備 輸入 T操作系統(tǒng)傳送 M用戶進(jìn)程 計(jì)算 Cl 單緩沖（ Single Buffer）：216。 是操作系統(tǒng)緩沖支持中最為簡單的一種形式，每當(dāng)用戶進(jìn)程發(fā)出一個 I/O請求時，操作系統(tǒng)便在內(nèi)核區(qū)域?yàn)橹峙湟粋€緩沖區(qū)。 緩沖管理l 例如， CPU從磁盤上讀入 N個數(shù)據(jù)塊，然后對這些數(shù)據(jù)塊進(jìn)行計(jì)算，采用單緩沖機(jī)制的工作過程為：先從磁盤把一塊數(shù)據(jù)讀入到緩沖區(qū)中，所花時間為T；在讀取一塊以后由操作系統(tǒng)將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)，所花時間為 M；最后由 CPU對這一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，所花費(fèi)的時間為 C。如果 不采用緩沖 ，將數(shù)據(jù)直接從磁盤讀入用戶區(qū)，每批數(shù)據(jù)的處理時間為 （ T+C） N。 采用單緩沖技術(shù) 時，數(shù)據(jù)讀入緩沖與計(jì)算 C是可以并發(fā)執(zhí)行的（第一和最后一塊除外，采用前面講到的預(yù)先讀取方式），這樣，每批數(shù)據(jù)的最大處理時間為 MAX（ C， T）N+MN。通常 M遠(yuǎn)小于 T或 C，這樣就提高了CPU和外設(shè)的利用率。 緩沖管理緩沖區(qū) A緩沖區(qū) B用戶區(qū)用戶進(jìn)程 計(jì)算 C操作系統(tǒng)I/O設(shè)備輸入 T 傳送 Ml 雙緩沖（ Double Buffer）：216。 是對單緩沖方式的改進(jìn)?？梢詫?shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)區(qū) — 緩沖區(qū)之間交換數(shù)據(jù)和緩沖區(qū) — 外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)并行。 緩沖管理l 雙緩沖工作方式的基本方法是：在設(shè)備進(jìn)行輸入時，先將數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū) A，裝滿后轉(zhuǎn)向緩沖區(qū) B。此時操作系統(tǒng)可以從緩沖區(qū)A中提取數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)，最后由 CPU對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算或其他處理。 l 系統(tǒng)處理一塊數(shù)據(jù)的處理時間可粗略地認(rèn)為是 MAX（ C， T） 。若 CT，可使塊設(shè)備連續(xù)輸入；若 CT，可使 CPU不必等待設(shè)備輸入。 緩沖管理l 循環(huán)緩沖（ Circular Buffer）：216。 指采用有限緩沖區(qū)的生產(chǎn)者 /消費(fèi)者模型對緩沖池中的緩沖區(qū)進(jìn)行循環(huán)使用 。216。 緩沖區(qū)結(jié)合預(yù)讀和滯后寫技術(shù)對具有重復(fù)性及陣發(fā)性I/O進(jìn)程提高 I/O速度很有幫助。..用戶區(qū)操作系統(tǒng)用戶進(jìn)程 計(jì)算 CI/O設(shè)備輸入 T 傳送 M緩沖區(qū) 1緩沖區(qū) 2緩沖區(qū) N 設(shè)備驅(qū)動程序l 設(shè)備驅(qū)動程序的功能：216。 向有關(guān) I/O設(shè)備的各種控制器發(fā)出控制命令，并且監(jiān)督它們的正確執(zhí)行