操作系統(tǒng)設備管理培訓教材(ppt79頁)(編輯修改稿)
2025-02-08 06:38 本頁面
【文章內容簡介】 ， 系統(tǒng)在進行設備分配時 ，應考慮這樣幾個因素： （ 1） 設備的固有屬性； （ 2） 設備分配算法； （ 3） 設備分配的安全性； （ 4） 設備獨立性 。 1/18/2023 32 Operating System 設備分配時應考慮的因素 ?設備的固有屬性 ?獨占性 ? 一段時間內，只允許一個進程獨占，大多數(shù)低度速Ｉ /Ｏ設備都屬于獨享設備 ?共享性 ? 允許多個進程同時共享，如磁盤、磁鼓之類的外存儲器，既具有很能大的存儲容量，其定位操作的時間又短 ?可虛擬性 ? 獨占設備經某種技術處理，改造成虛擬設備，把一臺輸入機虛擬為幾臺“虛擬”的輸入機。例如：為了提高設備利用率引入了脫機輸入輸出或采用SPOOLing技術，變一臺為“多臺設備” 缺點：設備得不到充分利用，可能產生死鎖 1/18/2023 33 Operating System 設備分配時應考慮的因素 ?設備分配 ?獨占設備 ? 防止死鎖 ?共享設備 ? 由于同時有多個進程同時訪問，且訪問頻繁，就會影響整個設備使用效率，影響系統(tǒng)效率。因此要考慮多個訪問請求到達時服務的順序，使平均服務時間越短越好。 注意各進程的訪問次序進行合理調度 ?虛擬設備 1/18/2023 34 Operating System 設備分配時應考慮的因素 ?設備分配算法 ?先來先服務 ?優(yōu)先級高者優(yōu)先 ?設備分配中的安全性 ?安全分配方式 ? 每當進程發(fā)出 I/O請求后，便進入阻塞狀態(tài)， I/O操作完成后喚醒 ? 優(yōu)點：摒棄了 “請求和保持”條件，不會產生死鎖 ?不安全分配方式 ? 進程發(fā)出 I/O請求后仍繼續(xù)運行，繼續(xù)申請 I/O設備 ? 優(yōu)點：可操作多個設備，推進迅速 缺點：推進速度緩慢 缺點：可能產生死鎖 1/18/2023 35 Operating System 緩沖的引入 ?緩和 CPU與 I/O設備間速度不匹配的矛盾 ?數(shù)據(jù)到達速率與其離去速率不同 ?減少對 CPU的中斷頻率，放寬對 CPU中斷響應時間的限制 ?提高 CPU和 I/O設備之間的并行性 ?提高系統(tǒng)的吞吐量和設備的利用率 1/18/2023 36 Operating System 緩沖 ?無緩沖時問題分析： 設備直接向進程地址空間傳送數(shù)據(jù) (如用戶從磁帶中讀數(shù)據(jù)塊的操作），則進程要么忙等待，要么阻塞。 ?如果用 忙等待方式 ，則浪費大量 CPU時間； ?如果是 阻塞方式 ，則進程阻塞在設備的 I/O請求隊列中。這時， 不能將進程全部換出，還可能出現(xiàn) 單進程死鎖 。 ?進程在等待 I/O操作結果之前被換出，等待I/O事件，而 I/O操作也被阻塞，等待該進程被換入。 1/18/2023 37 Operating System 設備分配 ?設備分配中的數(shù)據(jù)結構 ?設備分配時應考慮的因素 ?設備獨立性 ?獨占設備的分配程序 ?SPOOLing技術 1/18/2023 38 Operating System 設備獨立性 ?設備獨立性 (Device Independence)的概念 ?為了提高 OS的可適應性和可擴展性，在現(xiàn)代 OS中都毫無例外地實現(xiàn)了設備獨立性，也稱為設備無關性 ?定義：是指用戶在編制程序時所使用的設備與實際使用的設備無關。即 應用程序獨立于具體使用的物理設備 ?為了實現(xiàn)設備獨立性而引入了 邏輯設備 和 物理設備這兩個概念 ?在應用程序中， 使用 邏輯設備 名稱來請求使用某類設備；而系統(tǒng)在實際執(zhí)行時， 還必須使用 物理設備名稱 ?系統(tǒng)須具有將邏輯設備名稱轉換為某物理設備名稱的功能，這非常類似于存儲器管理中所介紹的 邏輯地址 和 物理地址 的概念 1/18/2023 39 Operating System 設備獨立性 ?設備獨立性的優(yōu)點 ?設備分配時的靈活性 ? 系統(tǒng)可將該邏輯設備類中的任一臺分配給進程使用 ? 所有設備均占用時才阻塞 ?易于實現(xiàn) I/O重定向 ? 所謂 I/O重定向，指用于 I/O操作的設備可以更換，而不必改變應用程序 ? 如調試程序時輸出到屏幕，而實際應用時改為輸出到打印機 1/18/2023 40 Operating System 設備獨立性 ?設備獨立性軟件 ?設備驅動程序是一個與硬件（或設備）緊密相關的軟件。 ?設備驅動程序一方面可以定制以適合各種設備，另一方面也提供了一組標準接口。 ?設備驅動程序的作用是為內核 I/O子系統(tǒng)隱藏設備控制器之間的差異 ?為了實現(xiàn)設備獨立性，必須在設備驅動程序上設置一層軟件，稱為設備獨立性軟件 1/18/2023 41 Operating System 2. 設備獨立性軟件 為了實現(xiàn)設備獨立性，必須再將驅動程序之上設備一層軟件，稱為設備獨立性軟件，其主要功能可分為以下兩個方面： （ 1）執(zhí)行所有設備的公有操作 （ 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. 設備獨立性軟件 1) ① 對獨立設備的 分配與回收 ； ② 將邏輯 設備名映射 為物理設備名 ， 進一步可以找到相應物理設備的驅動程序； ③ 對 設備進行保護 ， 禁止用戶直接訪問設備； ④ 緩沖管理 ， 即對字符設備和塊設備的緩沖區(qū)進行有效的管理 ， 以提高 I/O的效率； ⑤ 差錯控制 。 由于在 I/O操作中的絕大多數(shù)錯誤都與設備無關 ， 故主要由設備驅動程序處理 ， 而設備獨立性軟件只處理那些設備驅動程序無法處理的錯誤 。 1/18/2023 43 Operating System 2) 向用戶層 (或文件層 ) 無論何種設備， 它們向用戶所提供的接口應該是相同的。 例如， 對各種設備的讀操作，在應用程序中都使用 read；而對各種設備的寫操作，也都使用write。 1/18/2023 44 Operating System 設備獨立性 ?邏輯設備名到物理設備名映射的實現(xiàn) ?邏輯設備表（ Lgical Unit Table） ? 用于實現(xiàn)將應用程序中的邏輯設備名映射為物理設備名 邏輯設備名 物理設備名 驅動程序 入口地址 /dev/tty /dev/printer 3 5 1024 2046 ? ? ? 邏輯設備名 /dev/tty /dev/printer ? 系統(tǒng)設備表指針 3 5 ( a ) ( b ) LUT的設置可采取兩種方式： ①整個系統(tǒng)設置一張 LUT。不允許在 LUT中具有相同的邏
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