操作系統(tǒng)設(shè)備管理培訓(xùn)教材(ppt79頁(yè))(編輯修改稿)
2025-02-08 06:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， 系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)備分配時(shí) ，應(yīng)考慮這樣幾個(gè)因素： （ 1） 設(shè)備的固有屬性； （ 2） 設(shè)備分配算法； （ 3） 設(shè)備分配的安全性； （ 4） 設(shè)備獨(dú)立性 。 1/18/2023 32 Operating System 設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素 ?設(shè)備的固有屬性 ?獨(dú)占性 ? 一段時(shí)間內(nèi)，只允許一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占，大多數(shù)低度速Ｉ /Ｏ設(shè)備都屬于獨(dú)享設(shè)備 ?共享性 ? 允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)共享，如磁盤(pán)、磁鼓之類的外存儲(chǔ)器，既具有很能大的存儲(chǔ)容量，其定位操作的時(shí)間又短 ?可虛擬性 ? 獨(dú)占設(shè)備經(jīng)某種技術(shù)處理，改造成虛擬設(shè)備，把一臺(tái)輸入機(jī)虛擬為幾臺(tái)“虛擬”的輸入機(jī)。例如：為了提高設(shè)備利用率引入了脫機(jī)輸入輸出或采用SPOOLing技術(shù)，變一臺(tái)為“多臺(tái)設(shè)備” 缺點(diǎn)：設(shè)備得不到充分利用，可能產(chǎn)生死鎖 1/18/2023 33 Operating System 設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素 ?設(shè)備分配 ?獨(dú)占設(shè)備 ? 防止死鎖 ?共享設(shè)備 ? 由于同時(shí)有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)，且訪問(wèn)頻繁，就會(huì)影響整個(gè)設(shè)備使用效率，影響系統(tǒng)效率。因此要考慮多個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求到達(dá)時(shí)服務(wù)的順序，使平均服務(wù)時(shí)間越短越好。 注意各進(jìn)程的訪問(wèn)次序進(jìn)行合理調(diào)度 ?虛擬設(shè)備 1/18/2023 34 Operating System 設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素 ?設(shè)備分配算法 ?先來(lái)先服務(wù) ?優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先 ?設(shè)備分配中的安全性 ?安全分配方式 ? 每當(dāng)進(jìn)程發(fā)出 I/O請(qǐng)求后，便進(jìn)入阻塞狀態(tài)， I/O操作完成后喚醒 ? 優(yōu)點(diǎn)：摒棄了 “請(qǐng)求和保持”條件，不會(huì)產(chǎn)生死鎖 ?不安全分配方式 ? 進(jìn)程發(fā)出 I/O請(qǐng)求后仍繼續(xù)運(yùn)行，繼續(xù)申請(qǐng) I/O設(shè)備 ? 優(yōu)點(diǎn)：可操作多個(gè)設(shè)備，推進(jìn)迅速 缺點(diǎn)：推進(jìn)速度緩慢 缺點(diǎn)：可能產(chǎn)生死鎖 1/18/2023 35 Operating System 緩沖的引入 ?緩和 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 ?數(shù)據(jù)到達(dá)速率與其離去速率不同 ?減少對(duì) CPU的中斷頻率，放寬對(duì) CPU中斷響應(yīng)時(shí)間的限制 ?提高 CPU和 I/O設(shè)備之間的并行性 ?提高系統(tǒng)的吞吐量和設(shè)備的利用率 1/18/2023 36 Operating System 緩沖 ?無(wú)緩沖時(shí)問(wèn)題分析： 設(shè)備直接向進(jìn)程地址空間傳送數(shù)據(jù) (如用戶從磁帶中讀數(shù)據(jù)塊的操作），則進(jìn)程要么忙等待，要么阻塞。 ?如果用 忙等待方式 ，則浪費(fèi)大量 CPU時(shí)間； ?如果是 阻塞方式 ，則進(jìn)程阻塞在設(shè)備的 I/O請(qǐng)求隊(duì)列中。這時(shí)， 不能將進(jìn)程全部換出，還可能出現(xiàn) 單進(jìn)程死鎖 。 ?進(jìn)程在等待 I/O操作結(jié)果之前被換出，等待I/O事件，而 I/O操作也被阻塞，等待該進(jìn)程被換入。 1/18/2023 37 Operating System 設(shè)備分配 ?設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ?設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素 ?設(shè)備獨(dú)立性 ?獨(dú)占設(shè)備的分配程序 ?SPOOLing技術(shù) 1/18/2023 38 Operating System 設(shè)備獨(dú)立性 ?設(shè)備獨(dú)立性 (Device Independence)的概念 ?為了提高 OS的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，在現(xiàn)代 OS中都毫無(wú)例外地實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性，也稱為設(shè)備無(wú)關(guān)性 ?定義：是指用戶在編制程序時(shí)所使用的設(shè)備與實(shí)際使用的設(shè)備無(wú)關(guān)。即 應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備 ?為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性而引入了 邏輯設(shè)備 和 物理設(shè)備這兩個(gè)概念 ?在應(yīng)用程序中， 使用 邏輯設(shè)備 名稱來(lái)請(qǐng)求使用某類設(shè)備；而系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)， 還必須使用 物理設(shè)備名稱 ?系統(tǒng)須具有將邏輯設(shè)備名稱轉(zhuǎn)換為某物理設(shè)備名稱的功能，這非常類似于存儲(chǔ)器管理中所介紹的 邏輯地址 和 物理地址 的概念 1/18/2023 39 Operating System 設(shè)備獨(dú)立性 ?設(shè)備獨(dú)立性的優(yōu)點(diǎn) ?設(shè)備分配時(shí)的靈活性 ? 系統(tǒng)可將該邏輯設(shè)備類中的任一臺(tái)分配給進(jìn)程使用 ? 所有設(shè)備均占用時(shí)才阻塞 ?易于實(shí)現(xiàn) I/O重定向 ? 所謂 I/O重定向，指用于 I/O操作的設(shè)備可以更換，而不必改變應(yīng)用程序 ? 如調(diào)試程序時(shí)輸出到屏幕，而實(shí)際應(yīng)用時(shí)改為輸出到打印機(jī) 1/18/2023 40 Operating System 設(shè)備獨(dú)立性 ?設(shè)備獨(dú)立性軟件 ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)與硬件（或設(shè)備）緊密相關(guān)的軟件。 ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一方面可以定制以適合各種設(shè)備，另一方面也提供了一組標(biāo)準(zhǔn)接口。 ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的作用是為內(nèi)核 I/O子系統(tǒng)隱藏設(shè)備控制器之間的差異 ?為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性，必須在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序上設(shè)置一層軟件，稱為設(shè)備獨(dú)立性軟件 1/18/2023 41 Operating System 2. 設(shè)備獨(dú)立性軟件 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性，必須再將驅(qū)動(dòng)程序之上設(shè)備一層軟件，稱為設(shè)備獨(dú)立性軟件，其主要功能可分為以下兩個(gè)方面： （ 1）執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作 （ 2）向用戶層（或文件層）軟件提供統(tǒng)一接口。 1/18/2023 42 Operating System 2. 設(shè)備獨(dú)立性軟件 1) ① 對(duì)獨(dú)立設(shè)備的 分配與回收 ； ② 將邏輯 設(shè)備名映射 為物理設(shè)備名 ， 進(jìn)一步可以找到相應(yīng)物理設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序； ③ 對(duì) 設(shè)備進(jìn)行保護(hù) ， 禁止用戶直接訪問(wèn)設(shè)備； ④ 緩沖管理 ， 即對(duì)字符設(shè)備和塊設(shè)備的緩沖區(qū)進(jìn)行有效的管理 ， 以提高 I/O的效率； ⑤ 差錯(cuò)控制 。 由于在 I/O操作中的絕大多數(shù)錯(cuò)誤都與設(shè)備無(wú)關(guān) ， 故主要由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序處理 ， 而設(shè)備獨(dú)立性軟件只處理那些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序無(wú)法處理的錯(cuò)誤 。 1/18/2023 43 Operating System 2) 向用戶層 (或文件層 ) 無(wú)論何種設(shè)備， 它們向用戶所提供的接口應(yīng)該是相同的。 例如， 對(duì)各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用 read；而對(duì)各種設(shè)備的寫(xiě)操作，也都使用write。 1/18/2023 44 Operating System 設(shè)備獨(dú)立性 ?邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn) ?邏輯設(shè)備表（ Lgical Unit Table） ? 用于實(shí)現(xiàn)將應(yīng)用程序中的邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名 邏輯設(shè)備名 物理設(shè)備名 驅(qū)動(dòng)程序 入口地址 /dev/tty /dev/printer 3 5 1024 2046 ? ? ? 邏輯設(shè)備名 /dev/tty /dev/printer ? 系統(tǒng)設(shè)備表指針 3 5 ( a ) ( b ) LUT的設(shè)置可采取兩種方式： ①整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置一張 LUT。不允許在 LUT中具有相同的邏
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