【文章內容簡介】 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。緩沖池的結構n 緩沖池由多個緩沖區(qū)組成；一個緩沖區(qū)由兩部分組成：n 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)；n 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n 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)n 空白緩沖區(qū)：可以使用的沒有數(shù)據(jù)的n 輸入緩沖區(qū)：裝滿輸入數(shù)據(jù)的n 輸出緩沖區(qū)：裝滿輸出數(shù)據(jù)的n 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）n 用于收容設備輸入數(shù)據(jù)的收容輸入緩沖區(qū) hinn 用于提取設備輸入數(shù)據(jù)的提取輸入緩沖區(qū) sinn 用于收容 CPU輸出數(shù)據(jù)的收容輸出緩沖區(qū) houtn 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n 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)；n 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n 申請緩沖區(qū) get_buf(type,work_buf)：進程申請緩沖區(qū)n 緩沖區(qū)放入緩沖隊列 put_buf(type,work_buf)：緩沖池工作過程n 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)n 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。n 組成內容：n 設備標識符，用來區(qū)別不同設備n 設備類型。反映設備的特性n 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。n 設備狀態(tài)。指設備是出于工作狀態(tài)還是空閑n 等待隊列指針。等待使用該設備的進程組成的隊列n 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)n 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。n 組成內容n DCT指針。指向有關設備的設備控制表n 正在使用設備的進程n 設備類型和設備標識符n 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控制器的配置和狀態(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(wǎng)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n 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。n 優(yōu)勢：不會出現(xiàn)死鎖n 缺點：設備利用率低2）動態(tài)分配n 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。n 優(yōu)勢：有利于提高設備的利用率n 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(jīng)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(jīng)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 AApplication BSPOOLingProgramDeviceVirtual I/O Actual I/O 假脫機原理n 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）n 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)。n 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，可以對獨享設備 依次共享使用。舉例打印機設備和可由打印機管理器管理的打印作業(yè)隊列。如： Windows NT中，應用程序直接向針式打印機輸出需要 15分鐘，而向打印作業(yè)隊列輸出只需要 1分鐘，此后用戶可以關閉應用程序而轉入其他工作，在以后適當?shù)臅r候由打印機管理器完成15分鐘的打印輸出而無需用戶干預。 I/O控制I/O控制的引入I/O控制功能I/O控制的實現(xiàn)設備的控制過程設備控制過程的實現(xiàn)方式I/O軟件的組成 I/O控制的引入n 引入目的（見教材 P242）n 概念：從用戶進程的輸入輸出請求開始，給用戶進程分配設備和啟動有關設備進行 I/O操作，以及在 I/O操作完成之后響應中斷，進行善后處理位置的整個系統(tǒng)控制過程 I/O控制功能圖 I/O控制的功能I/O控制功能子模塊介紹n I/O請求處理模塊：n 設備分配處理模塊n 緩沖區(qū)管理模塊n 中斷原因分析n 喚醒中斷處理程序 設備的控制過程轉換：將抽象的命令轉換為具體的一定次序的指令合法性檢查：檢查 I/O操作請求的合法性可用性檢查：檢查控制器和設備的狀態(tài)，判斷是否可用參數(shù)設置：設置控制器和設備的參數(shù)，包括構造必要的通道程序啟動 I/O：向控制器或設備發(fā)起 I/O操作中斷處理：提供必要的中斷處理例程，以便 I/O完成時調用依據(jù)用戶的控制命令對外設進行控制，并返回結果?？刂七^程可分為以下 6步：2 、 設備控制過程的實現(xiàn)方式作為應用進程的一部分執(zhí)行：與程序控制I/O相對應，難以對外設發(fā)出的中斷作實時響應作為系統(tǒng)進程執(zhí)行：每類設備一個進程，或整個系統(tǒng)一個進程處理各類設備不設進程，作為 OS核心中的設備驅動程序 I/O軟件的設計目標有效性： I/O操作一般是系統(tǒng)瓶頸，很大程度上影響系統(tǒng)的性能和吞吐量。因此要改善I/O的有效性，最為重要的是磁盤的 I/O性能（如：進程等待 I/O操作－ 等待－ 交換新進程）通用性：設備種類、特點和性能千差萬別；要求能夠以一種一致的方式來管理所有設備－一致的外部接口 I/O軟件的設計目標在設計 I／ O軟件時的一個關鍵概念是設備獨立性。用戶在編寫使用軟盤或硬盤上文件的程序時，無需為不同的設備類型而修改程序就可以使用與設備獨立性密切相關的是統(tǒng)一命名這一目標。一個文件或一個設備的名字只應是一個簡單的字符串或一個整數(shù)，不應依賴于設備出錯處理是 I／ O軟件的另一個目標。一般來說