【文章內(nèi)容簡介】 起來統(tǒng)一管理，既可用于輸入又可用于輸出的緩沖結(jié)構(gòu)。 緩沖池的管理 ? 1. 緩沖池的結(jié)構(gòu) ? 緩沖池由多個(gè)緩沖區(qū)組成。每個(gè)緩沖區(qū)又由兩部分組成： ? 一部分是用來標(biāo)識(shí)該緩沖區(qū)和管理的緩沖首部； ? 另一部分是用于存放數(shù)據(jù)的緩沖體。這兩部分有一一對應(yīng)的映射關(guān)系。 ? 對于既可用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池，其中至少應(yīng)包含以下三種類型的緩沖區(qū)： ? (1) 空閑緩沖區(qū)； ? (2) 裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)； ? (3) 裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。 緩沖池的管理 ? 為了方便于管理，系統(tǒng)把相同類型的緩沖區(qū)鏈接成一個(gè)隊(duì)列，于是可形成以下三種隊(duì)列： ? (1) 空閑緩沖隊(duì)列 emq。這是由空閑緩沖區(qū)鏈接成的隊(duì)列。其隊(duì)首指針為 F(emq)，隊(duì)尾指針為 L(emq)。 ? (2) 裝滿輸入數(shù)據(jù)的輸入緩沖隊(duì)列 inq。這是由裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)鏈接成的隊(duì)列。其隊(duì)首指針為 F(inq)，隊(duì)尾指針為L(inq)。 ? (3) 裝滿輸出數(shù)據(jù)的輸出緩沖隊(duì)列 outq。這是由裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)鏈接成的隊(duì)列。其隊(duì)首指針為 F(outq)，隊(duì)尾指針為 L(outq)。 F ( e m q )緩 沖 區(qū) 1 緩 沖 區(qū) 2 ?L ( e m q )F ( i n q )緩 沖 區(qū) 1 緩 沖 區(qū) 2 ?L ( i n q )F ( o u t q )緩 沖 區(qū) 1 緩 沖 區(qū) 2 ?L ( o u t q ) 緩沖池的管理 ? 在緩沖池中，有以下 4種工作緩沖區(qū)： ? (1) 用于收容設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的收容輸入緩沖區(qū) hin。 ? (2) 用于提取設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的提取輸入緩沖區(qū) sin。 ? (3) 用于收容 CPU輸出數(shù)據(jù)的收容輸出緩沖區(qū) hout。 ? (4) 用于提取 CPU輸出數(shù)據(jù)的提取輸出緩沖區(qū) sout。 h i n s i ns o u t h o u t緩 沖 池收 容 輸 入收 容 輸 出提 取 輸 出提 取 輸 入C P UI / O 設(shè) 備 緩沖池的管理 ? 2. 緩沖池管理 ? 對緩沖池的管理由如下幾個(gè)操作組成： ? (1) 按一定的規(guī)則從 3種緩沖區(qū)隊(duì)列中取出一個(gè)緩沖區(qū)的過程 take_buf(type)。 ? (2) 按一定的規(guī)則把緩沖區(qū)插入相應(yīng)的緩沖區(qū)隊(duì)列的過程 add_buf(type, number)。 ? (3) 供進(jìn)程申請緩沖區(qū)使用的過程 get_buf(type,number)。 ? (4) 供進(jìn)程將緩沖區(qū)放入相應(yīng)緩沖區(qū)隊(duì)列的過程put_buf(type,work_buf)。 ? 其中，參數(shù) type表示緩沖隊(duì)列類型， number為緩沖區(qū)號，而 work_buf則表示工作緩沖區(qū)類型。 緩沖池的管理 ? 緩沖區(qū)可以工作在收容輸入、提取輸入、收容輸出和提取輸出四種工作方式下 。 ? (1) 收容輸入。 ? (2) 提取輸入。 ? (3) 收容輸出。 ? (4) 提取輸出。 h i n s i ns o u t h o u t緩 沖 池收 容 輸 入收 容 輸 出提 取 輸 出提 取 輸 入C P UI / O 設(shè) 備 設(shè) 備 分 配 ? 在多道程序環(huán)境下，系統(tǒng)中的設(shè)備供所有進(jìn)程共享。為防止諸進(jìn)程對系統(tǒng)設(shè)備資源的無序競爭，操作系統(tǒng)規(guī)定設(shè)備不允許用戶自行使用，必須由系統(tǒng)統(tǒng)一分配。 ? 每當(dāng)進(jìn)程向系統(tǒng)提出資源申請時(shí)，由設(shè)備分配程序根據(jù)一定的分配策略為進(jìn)程分配資源。 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 1. 設(shè)備控制表 DCT(Device Control Table) ? 系統(tǒng)為每一個(gè)設(shè)備都配置一張?jiān)O(shè)備控制表，用于記錄本設(shè)備的情況。設(shè)備控制表 DCT反映了設(shè)備的特性、設(shè)備和 I/O控制器的連接情況，包括設(shè)備標(biāo)識(shí)、使用狀態(tài)和等待使用該設(shè)備的進(jìn)程隊(duì)列等。 DCT包括以下內(nèi)容： ? (1) 設(shè)備標(biāo)識(shí)符，設(shè)備標(biāo)識(shí)符用于標(biāo)識(shí)設(shè)備。 ? (2) 設(shè)備類型，反映設(shè)備的特性，例如是終端設(shè)備、塊設(shè)備或是字符設(shè)備等。 ? (3) 設(shè)備地址或設(shè)備號，每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)相應(yīng)的地址或設(shè)備號。這個(gè)地址既可以是和內(nèi)存統(tǒng)一編址的，也可以是單獨(dú)編址的。 ? (4) 設(shè)備狀態(tài)，指設(shè)備是在工作狀態(tài)還是空閑狀態(tài)。 ? (5) 等待隊(duì)列指針，等待使用該設(shè)備的進(jìn)程組成等待隊(duì)列，其隊(duì)首和隊(duì)尾指針存放在 DCT中。 ? (6) I/O控制器指針，該指針指向設(shè)備相連接的 I/O控制器。 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 2. 系統(tǒng)設(shè)備表 SDT(System Device Table) ? 系統(tǒng)設(shè)備表 SDT在整個(gè)系統(tǒng)中只有一張，它記錄已被連接到系統(tǒng)中的所有物理設(shè)備的信息，并為每個(gè)物理設(shè)備設(shè)置一表項(xiàng)。 SDT的每個(gè)表項(xiàng)包括如下內(nèi)容： ? (1) DCT指針，該指針指向有關(guān)設(shè)備的設(shè)備控制表。 ? (2) 正在使用設(shè)備的進(jìn)程標(biāo)識(shí)。 ? (3) 設(shè)備類型和設(shè)備標(biāo)識(shí)符，該項(xiàng)的意義與 DCT中的相同。 ? SDT的主要意義在于反映系統(tǒng)中設(shè)備資源的狀態(tài)，即系統(tǒng)中有多少設(shè)備，有多少是空閑的，又有多少已經(jīng)分配給了哪些進(jìn)程。 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 3. 控制器控制表 COCT(COntroler Control Table) ? 每個(gè)控制器都有一張 COCT表，它反映 I/O控制器的使用狀態(tài)以及和通道的連接情況等 (DMA方式中沒有該項(xiàng) )。 ? 4. 通道控制表 CHCT(CHannel Control Table) ? 該表只在通道控制方式的系統(tǒng)中存在，每個(gè)通道都有一張 CHCT表。 CHCT包括通道標(biāo)識(shí)符、通道忙 /閑標(biāo)識(shí)、等待獲得該通道的進(jìn)程等待隊(duì)列的隊(duì)首指針與隊(duì)尾指針等。 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? SDT， DCT， COCT和 CHCT分別如下圖所示。顯然，一個(gè)進(jìn)程只有獲得了通道、控制器和所需設(shè)備 3者之后，才具備有進(jìn)行 I/O操作的物理?xiàng)l件 表 目 1…表 目 i…設(shè) 備 類 型設(shè) 備 標(biāo) 識(shí)獲 得 設(shè) 備 的 進(jìn) 程D C T 指 針…D C T 1…D C T i…設(shè) 備 類 型設(shè) 備 標(biāo) 識(shí)設(shè) 備 忙 /閑 標(biāo) 記C O C T 指 針控 制 器 等 待 隊(duì) 列 首控 制 器 等 待 隊(duì) 列 尾…控 制 器 標(biāo) 識(shí)控 制 器 忙 /閑 標(biāo) 記C H C T 指 針控 制 器 等 待 隊(duì) 列 首控 制 器 等 待 隊(duì) 列 尾…S D TD C TC O C T通 道 標(biāo) 識(shí)通 道 忙 /閑 標(biāo) 記通 道 等 待 隊(duì) 列 首通 道 等 待 隊(duì) 列 尾…C H C T 設(shè)備分配的原則 ? 系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)原則：① 設(shè)備的共享屬性；② 設(shè)備分配算法；③ 設(shè)備分配時(shí)的安全性。 ? 1. 設(shè)備的共享屬性 ? 第一種是獨(dú)占性，是指這種設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占，屬于“臨界資源”； ? 第二種是共享性，是指這種設(shè)備允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)共享； ? 第三種是虛擬性，是指設(shè)備本身是獨(dú)占設(shè)備，但經(jīng)過虛擬技術(shù)，可以把它變?yōu)樘摂M設(shè)備。 ? 對上述的獨(dú)占、共享、虛擬三種設(shè)備，系統(tǒng)采取不同的分配策略。 ? (1) 獨(dú)占設(shè)備。對于獨(dú)占設(shè)備，應(yīng)采用獨(dú)享分配策略，即將一個(gè)設(shè)備分配給某進(jìn)程后，便由該進(jìn)程獨(dú)占，直至進(jìn)程完成或釋放該設(shè)備。然后，系統(tǒng)才能再將該設(shè)備分配給其它進(jìn)程使用，這種分配策略的缺點(diǎn)是，設(shè)備不能得到充分的利用，有可能引起死鎖。 ? (2) 共享設(shè)備。對于共享設(shè)備，可同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程使用。此時(shí)需要對多個(gè)進(jìn)程訪問設(shè)備的先后次序進(jìn)行合理的調(diào)度。 ? (3) 虛擬設(shè)備。通過對一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備采用虛擬技術(shù)后，可變成多臺(tái)邏輯上的虛擬設(shè)備，因此，一臺(tái)虛擬設(shè)備是可共享的設(shè)備，可以將它同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程使用，并對訪問該設(shè)備的多個(gè)進(jìn)程進(jìn)行先后次序控制。 設(shè)備分配的原則 ? 2. 設(shè)備分配策略 ? (1) 先請求先分配 ? 當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程對同一設(shè)備提出 I/O請求時(shí)，或者是在同一設(shè)備上進(jìn)行多次 I/O操作時(shí)，系統(tǒng)將按提出 I/O請求的先后順序，將進(jìn)程發(fā)出的 I/O請求命令排成隊(duì)列，其隊(duì)首指向被請求設(shè)備的 DCT。當(dāng)該設(shè)備空閑時(shí)，系統(tǒng)從該設(shè)備的請求隊(duì)列隊(duì)首取出一個(gè) I/O請求消息，將設(shè)備分配給發(fā)出這個(gè)請求的進(jìn)程。 ? (2) 優(yōu)先級高者先分配 ? 這種策略和進(jìn)程調(diào)度的優(yōu)先算法是一致的，即進(jìn)程的優(yōu)先級高，它的 I/O請求也將優(yōu)先予以滿足。 設(shè)備分配的原則 ? 3. 設(shè)備分配的安全性 ? (1) 安全分配方式 ? 在這種分配下，每當(dāng)進(jìn)程發(fā)出 I/O請求后，便進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到其 I/O操作完成時(shí)才被喚醒。采用這種分配方式時(shí)，一旦進(jìn)程已經(jīng)獲得某種設(shè)備 (資源 )后便阻塞，使該進(jìn)程不能再請求任何資源，并且在它運(yùn)行期間也不保持任何資源。這種分配方式摒棄了造成死鎖的四個(gè)必要條件之一的“請求和保持”條件，從而使設(shè)備分配是安全的。其缺點(diǎn)是進(jìn)程進(jìn)展緩慢，即 CPU和 I/O設(shè)備是串行工作。 ? (2) 不安全分配方式 ? 在這種分配方式中，進(jìn)程在發(fā)出 I/O請求后仍繼續(xù)運(yùn)行，需要時(shí)則可以發(fā)出第二個(gè)、第三個(gè) I/O請求等。僅當(dāng)進(jìn)程所請求的設(shè)備已被另一個(gè)進(jìn)程占用時(shí)，請求進(jìn)程才進(jìn)入阻塞狀態(tài)。這種分配方式的優(yōu)點(diǎn)是，一個(gè)進(jìn)程可同時(shí)使用多個(gè)設(shè)備，使進(jìn)程推進(jìn)迅速。其缺點(diǎn)是分配不安全，因?yàn)樗赡芫邆洹罢埱蠛捅３帧睏l件，從而可能造成死鎖。因此，在設(shè)備分配時(shí)，還應(yīng)對本次的設(shè)備分配是否會(huì)發(fā)生死鎖進(jìn)行安全性檢查，僅當(dāng)分配是安全的情況下才可以進(jìn)行設(shè)備分配。 SPOOLing系統(tǒng) ? 1. 什么是 SPOOLing ? 在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱為SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operting On_Line)，也稱為假脫機(jī)操作。 ? SPOOLing技術(shù)可將一臺(tái)物理 I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯 I/O設(shè)備，從而允許多個(gè)用戶共享一臺(tái)物理 I/O設(shè)備。 SPOOLing系統(tǒng) ? 2. SPOOLing系統(tǒng)的組成 ? (1) 輸入和輸出井：這是在磁盤上開辟的兩個(gè)大存儲(chǔ)空間。輸入井是模擬脫機(jī)輸入時(shí)的磁盤設(shè)備，用于暫存 I/O設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)；輸出井是模擬脫機(jī)輸出的磁盤，用于暫存用戶程序的輸出數(shù)據(jù)。 ? (2) 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)：為了緩和 CPU和磁盤之間速度不匹配的矛盾，在內(nèi)存中開辟兩個(gè)緩沖區(qū)：輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。輸入緩沖區(qū)用于暫存由輸入設(shè)備送來的數(shù)據(jù)，以后再傳送到輸入井；輸出緩沖區(qū)則用于暫存從輸出井送來的數(shù)據(jù)，以后再傳送給輸出設(shè)備。 ? (3) 輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程： SPOOLing利用兩個(gè)進(jìn)程來模擬脫機(jī) I/O時(shí)的外圍控制機(jī)。其中，輸入進(jìn)程模擬脫機(jī)輸入時(shí)的外圍控制機(jī)，將用戶要求的數(shù)據(jù)從輸入機(jī)通過輸入緩沖區(qū)再送到輸入井，當(dāng) CPU需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，直接從輸入井中讀到內(nèi)存；輸出進(jìn)程模擬脫機(jī)輸出時(shí)的外圍控制機(jī)，把用戶要求輸出的數(shù)據(jù)，先從內(nèi)存送到輸出井，待輸出設(shè)備空閑時(shí)，再將輸出井中的數(shù)據(jù)經(jīng)過輸出緩沖區(qū)送到輸出設(shè)備上。 輸 入 緩 沖 區(qū)磁 盤輸 出 緩 沖 區(qū)輸 入 進(jìn) 程 輸 出 進(jìn) 程輸 入 井輸 出 井輸 入 設(shè) 備輸 出 設(shè) 備 虛擬設(shè)備 — 共享打印機(jī) ? 打印機(jī)是常用的輸出設(shè)備，屬于獨(dú)占設(shè)備。利用 SPOOLing技術(shù)，可將之改造為一臺(tái)可供多個(gè)用戶共享的虛擬設(shè)備，從而提高設(shè)備的利用率，方便用戶使用。 ? 當(dāng)用戶進(jìn)程請求打印輸出時(shí)， SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出，但并不真正立即把打印機(jī)分配給用戶進(jìn)程，而只為它做兩件事： ? ① 由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請一個(gè)空閑磁盤區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中； ? ② 輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請一張空白的用戶請求打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請求打印隊(duì)列上。 ? 如果打印機(jī)空閑，輸出進(jìn)程將從請求打印隊(duì)列隊(duì)首取出一張請求打印表，根據(jù)表中的要求將要打印的數(shù)據(jù)，從輸出井傳送到內(nèi)存緩沖區(qū)，再由打印機(jī)進(jìn)行打印。打印完后，輸出進(jìn)程再查看請求打印隊(duì)列中是否還有等待打印的請求表。若有，繼續(xù)取出隊(duì)列中的第一張表，并根據(jù)表中的要求進(jìn)行打印，如此下去，直至請求打印隊(duì)列為空，輸出進(jìn)程才將自己阻塞起來，當(dāng)再有打印請求時(shí)，輸出進(jìn)程才被喚醒。 SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn) ? (1) 提高 I/O 速度 ? SPOOLing技術(shù)引入輸入井和輸出井，可以使輸入進(jìn)程、用戶進(jìn)程和輸出進(jìn)程同時(shí)工作。對數(shù)據(jù)所進(jìn)行的 I/O操作，已從對低速 I/O設(shè)備進(jìn)行的 I/O操作，演變?yōu)閷斎刖蜉敵鼍袛?shù)據(jù)的存取，從而提高 I/O 速度，緩解 CPU與低速 I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾。 ? (2) 將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備 ? 在 SPOOLing系統(tǒng)中，實(shí)際上并沒有為任何進(jìn)程分配設(shè)備，而只是在輸入井或輸出井中為進(jìn)程分配一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)和建立一張 I/O請求表。而輸入井和輸出井在磁盤上，為共享設(shè)備。這樣 SPOOLing技術(shù)就把打印機(jī)等獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備。 ? (3) 實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備功能 ? 宏觀上，雖然是多個(gè)進(jìn)程在同時(shí)使用一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備，而對于每一