【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在這種通道中，通常都含有較多個(gè)（ 8， 16， 32）非分配 型子通道，每一個(gè)子通道連接一臺(tái) I/O設(shè)備。這些子通道按時(shí) 間片輪轉(zhuǎn)方式共享主通道。一個(gè)子通道完成一個(gè)字節(jié)的傳送 后，立即讓出字節(jié)多路通道（主通道），給另一個(gè)子通道使 用。它適用于連接低速或中速設(shè)備，如打印機(jī)、終端等。 I/O通道控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 2. 數(shù)組選擇通道 （ Block Selector Channel） 這種通道雖然可以連接多臺(tái) I/O設(shè)備 ， 但是它只有一個(gè)分 配型子通道 ， 在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序 、 控制一 臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 ， 其數(shù)據(jù)傳送是按數(shù)組方式進(jìn)行 。 即當(dāng) 某臺(tái)設(shè)備一旦占用了該通道 ， 就被它獨(dú)占 ， 直至該設(shè)備傳送 完畢釋放該通道為止 。 可見(jiàn) ， 它適于連接高速設(shè)備 （ 如磁盤(pán) 機(jī) 、 磁帶機(jī) ） ， 但是這種通道的利用率較低 。 I/O通道控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 3. 數(shù)組多路通道 （ Block Multiplexor Channel） 數(shù)組選擇通道雖然有很高的傳輸速率 ， 但它每次只允許 一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù) 。 數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道的傳輸 速率高和字節(jié)多路通道的分時(shí)并行操作的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái) ， 形 成的一種新的通道 。 它含有多個(gè)非分配型子通道 ， 可以連接 多臺(tái)高 、 中速的外圍設(shè)備 ， 其數(shù)據(jù)傳送卻是按數(shù)組方式進(jìn)行 。 所以這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率 ， 又能獲得令人 滿意的通道利用率 。 I/O通道控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 四． “瓶頸 ” 問(wèn)題 1. 單通路 I/O系統(tǒng) I/O通道控制方式 存儲(chǔ)器 通道 1 通道 2 控制器 1 控制器 2 控制器 3 控制器 4 設(shè)備 1 設(shè)備 2 設(shè)備 3 設(shè)備 4 設(shè)備 5 設(shè)備 6 設(shè)備 7 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 2. 多通路 I/O系統(tǒng) I/O通道控制方式 存儲(chǔ)器 通道 1 通道 2 控制器 1 控制器 2 設(shè)備 1 設(shè)備 2 設(shè)備 3 設(shè)備 4 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 目的為了解決 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 ， 提高的 I/O速度和設(shè)備利用率 ， 在所有的 I/O設(shè)備與 處理機(jī) （ 內(nèi)存 ） 之間 ， 都使用了緩沖區(qū)來(lái)交換數(shù)據(jù) 。 所以 OS必須組織和管理好這些緩沖區(qū) 。 緩沖的引入 單緩沖 雙緩沖 循環(huán)緩沖 緩沖池 緩沖管理 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一． 改善 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 事實(shí)上 ， 凡在數(shù)據(jù)的到達(dá)速率與其離去速率不同的地方 ， 都可設(shè)置緩沖 ， 以緩和它們之間速度不匹配的矛盾 。 眾所周 知 ， 通常的程序都是時(shí)而計(jì)算 ， 時(shí)而輸出的 。 例如一個(gè)程序 ， 它時(shí)而進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算而沒(méi)有輸出 ， 打印機(jī)空閑時(shí)而又陣發(fā)性把輸出送到打印機(jī) 。 由于打印機(jī)的速 度跟不上 CPU， 而使得 CPU長(zhǎng)時(shí)間的等待 。 如果設(shè)置了緩沖區(qū) ， 程序輸出的數(shù)據(jù)先送到緩沖區(qū)暫存 ， 然后由打印機(jī)慢慢地輸出 。 這時(shí) ， CPU不必等待 ， 可以繼續(xù) 執(zhí)行程序 。 實(shí)現(xiàn)了 CPU與 I/O設(shè)備之間的并行工作 。 緩沖的引入 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． 可以減少對(duì) CPU的中斷頻率，放寬對(duì)中斷響應(yīng)時(shí)間的限制 如果 I/O操作每傳送一個(gè)字節(jié)就要產(chǎn)生一次中斷，那么設(shè) 置了 n個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)后，則可以等到緩沖區(qū)滿才產(chǎn)生中斷， 這樣中斷次數(shù)就減少到 1/n，而且中斷響應(yīng)的時(shí)間也可以相應(yīng) 的放寬。 三． 提高 CPU和 I／ O設(shè)備之間的并行性 緩沖的引入可顯著提高 CPU和設(shè)備的并行操作程度，提 高系統(tǒng)的吞吐量和設(shè)備的利用率。 緩沖的引入 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 每當(dāng)一個(gè)用戶進(jìn)程發(fā)出一個(gè) I/O請(qǐng)求時(shí)， OS便在主存中為 之分配一個(gè)緩沖區(qū)。例如， CPU要從磁盤(pán)上讀一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì) 算，先從磁盤(pán)把一塊數(shù)據(jù)讀入到緩沖區(qū)中，然后由 OS將緩沖區(qū) 的數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)，最后由 CPU對(duì)這一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可 見(jiàn)第一步和最后一步是可以并行執(zhí)行的，這樣就提高了 CPU和 外設(shè)的利用率。但是對(duì)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入和提取是串行工作 的。 （如下圖所示） 操作系統(tǒng) 用戶進(jìn)程 C 輸入 T 傳送 M I/O設(shè)備 數(shù)據(jù)處理時(shí)間 = max(C,T)+M 單緩沖 緩沖區(qū) 用戶區(qū) 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 雙緩沖工作方式基本方法是在設(shè)備輸入時(shí) ， 先將數(shù)據(jù)輸 入到緩沖區(qū) A， 裝滿后便轉(zhuǎn)向緩沖區(qū) B。 此時(shí) OS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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 。 （ 如 下圖所示 ） 數(shù)據(jù)處理 時(shí)間 = max(C,T) 操作系統(tǒng) 用戶進(jìn)程 C 輸入 T 傳送 M I/O設(shè)備 雙緩沖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入和提取，與 CPU的計(jì)算，三者 并行工作。所以雙緩沖進(jìn)一步加快了 I/O的速度，提高了設(shè)備的利用率。 雙緩沖 緩沖區(qū) A 用戶區(qū) 緩沖區(qū) B 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 當(dāng)對(duì)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入和提取的速度基本相匹配時(shí) ， 采用雙緩沖可使兩者并行工作 ， 獲得較好的效果 。 但是如果兩者的速度相差甚遠(yuǎn)時(shí) ， 雙緩沖的效果就不夠 理想了 。 如果增加緩沖區(qū)的個(gè)數(shù) ， 情況就會(huì)有所改善 。 我們 可以將多個(gè)緩沖區(qū)組織成循環(huán)隊(duì)列的形式 （ 如下圖所示 ） 。 例如對(duì)于用作輸入的循環(huán)緩沖區(qū) ， 通常提供給輸入進(jìn)程和計(jì) 算進(jìn)程使用 ， 輸入進(jìn)程不斷向空緩沖區(qū)中輸入數(shù)據(jù) ， 計(jì)算進(jìn) 程則從滿緩沖區(qū)中提取數(shù)據(jù)用于計(jì)算 。 操作系統(tǒng) 用戶進(jìn)程 輸入 傳送 I/O設(shè)備 循環(huán)緩沖 …… 緩沖區(qū) 1 用戶區(qū) 緩沖區(qū) 2 緩沖區(qū) N 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 當(dāng)系統(tǒng)配置較多的設(shè)備時(shí)，使用專(zhuān)用緩沖區(qū)就要消耗大量 的內(nèi)存空間，且其利用率不高。為了提高緩沖區(qū)的利用率，目 前廣泛使用公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個(gè)進(jìn)程共享。 對(duì)于同時(shí)用于輸入 /輸出的公用緩沖池，至少含有三種類(lèi) 型的緩沖區(qū)：空緩沖區(qū)、裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)和裝滿輸出數(shù) 據(jù)的緩沖區(qū)。為了管理上的方便，可將相同類(lèi)型的緩沖區(qū)鏈成 一個(gè)隊(duì)列，于是就形成三個(gè)隊(duì)列： 1. 空緩沖區(qū)隊(duì)列 2. 輸入緩沖區(qū)隊(duì)列 3. 輸出緩沖區(qū)隊(duì)列 緩沖池 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 另外還應(yīng)具有四種工作緩沖區(qū)： 1. 用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ hin）； 2. 用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ sin）； 3. 用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ hout）； 4. 用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ sout）。 可見(jiàn)，緩沖區(qū)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。 緩沖池 收容輸入 提取輸入 提取輸出 收容輸出 緩沖池 hin sout sin hout 用 戶 程 序 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 在多道程序環(huán)境下 ， 設(shè)備必須由系統(tǒng)分配 。 每當(dāng) 進(jìn)程向系統(tǒng)提出 I/O請(qǐng)求時(shí) ， 設(shè)備分配程序按照一定 的策略 ， 把其所需的設(shè)備及其有關(guān)資源 （ 如緩沖區(qū) 、 控制器和通道 ） 分配給該進(jìn)程 。 在分配設(shè)備時(shí)還必須 考慮系統(tǒng)的安全性 ， 避免發(fā)生死鎖現(xiàn)象 。 設(shè)備分配的策略 設(shè)備分配程序 SPOOLing技術(shù) 設(shè)備分配 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一． 根據(jù)設(shè)備的固有屬性而采取的策略 1. 獨(dú)享方式 獨(dú)享方式是指將一個(gè)設(shè)備分配給某進(jìn)程后 ， 便一直由 它獨(dú)占 ， 直至該進(jìn)程完成或釋放該設(shè)備為止 ， 系統(tǒng)才能將 該設(shè)備分配給其它進(jìn)程使用 。 這種分配方式是對(duì)獨(dú)占設(shè)備 采用的分配策略 。 它不僅往往造成設(shè)備利用率低 ， 而且還 會(huì)引起系統(tǒng)死鎖 。 設(shè)備分配的策略 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 2. 共享方式 共享方式是指將共享設(shè)備（磁盤(pán)）同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn) 程使用。但是這些進(jìn)程對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)需進(jìn)行合理的調(diào)度。 3. 虛擬方式 虛擬方式是指通過(guò)高速的共享設(shè)備，把一臺(tái)慢速的以 獨(dú)占方式工作的物理設(shè)備改造成若干臺(tái)虛擬的同類(lèi)邏輯設(shè) 備，這就需要引入 SPOOLing技術(shù)。虛擬設(shè)備屬于邏輯設(shè)備。 設(shè)備分配的策略 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． 設(shè)備分配算法（與進(jìn)程的調(diào)度算法相似）