【正文】 柱面。 操作系統(tǒng)教程課件 第 90頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 （ 4） 雙向掃描算法 雙向掃描調(diào)度算法從 0號柱面開始向里掃描，依次選擇所遇到的請求訪問者；移動臂到達(dá)最后一個柱面時，調(diào)轉(zhuǎn)方向從最后一個柱面向外掃描，依次選擇所遇到的請求訪問者。 雙向掃描算法解決了單向掃描算法中的一趟空掃描問題，減少了尋找時間，提高了系統(tǒng)的訪問效率，但在每次掃描過程中必須從最外磁道掃描到最內(nèi)磁道，有可能存在部分空掃描。 操作系統(tǒng)教程課件 第 91頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 圖 529給出了采用雙向掃描算法決定訪問者執(zhí)行輸入 /輸出操作的次序，讀 /寫磁頭總共的移動距離為 321個柱面。 操作系統(tǒng)教程課件 第 92頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 （ 5） 電梯調(diào)度算法 “ 電梯調(diào)度 ” 算法不僅考慮到請求訪問者的磁頭與當(dāng)前磁頭之間的距離 ， 更優(yōu)先考慮的是磁頭當(dāng)前的移動方向。 總是從移動臂當(dāng)前位置開始 ， 沿著移動臂的移動方向選擇距離當(dāng)前移動臂最近的那個訪問者進(jìn)行調(diào)度 ， 若沿移動臂的移動方向再無訪問請求時 ， 則改變移動臂的方向再選擇 ， 其目的是盡量減少移動臂移動時所花的時間 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 93頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 由圖 530可以看出，若當(dāng)前移動臂由里向外移動時，讀寫磁頭共移動了 208個柱面的距離，如圖 530（ a）所示； 操作系統(tǒng)教程課件 第 94頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 若當(dāng)前移動臂由外向里移動時，則讀寫磁頭共移動了299個柱面的距離，如圖 530（ b）所示。 操作系統(tǒng)教程課件 第 95頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 “電梯調(diào)度 ”與 “最短尋找時間優(yōu)先 ”都是以盡量減少移動臂移動時所花的時間為目標(biāo)，所不同的是： “最短尋找時間優(yōu)先 ”不考慮移動臂的當(dāng)前移動方向，總是選擇距離當(dāng)前讀 /寫磁頭最近的那個柱面的訪問者，這樣可能會導(dǎo)致某個進(jìn)程發(fā)生 “饑餓 ”現(xiàn)象，移動臂來回改變移動方向；而 “電梯調(diào)度 ”算法總沿著移動臂的移動方向選擇距離當(dāng)前讀 /寫磁頭最近的那個柱面的訪問者，僅當(dāng)沿著移動臂的移動方向無等待訪問者時，才改變移動臂的方向。由于移動臂改變方向是機(jī)械動作，速度相對較慢。所以說，電梯調(diào)度算法是一種簡單、實用且高效的調(diào)度算法，能獲得較好的尋道性能，又能防止 “饑餓 ”現(xiàn)象，但是實現(xiàn)時需要增加開銷，除了要記住讀寫磁頭的當(dāng)前位置外，還必須記住移動臂的移動方向，SCAN算法被廣泛應(yīng)用于大、中、小型計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的磁盤調(diào)度。 操作系統(tǒng)教程課件 第 96頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 例如，有 4個訪問請求者，他們的訪問要求如圖 531所示。 操作系統(tǒng)教程課件 第 97頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 （ 1）旋轉(zhuǎn)調(diào)度分析 在一次移臂調(diào)度將移動臂定位到某一柱面后，允許進(jìn)行多次旋轉(zhuǎn)調(diào)度。旋轉(zhuǎn)調(diào)度是指選擇延遲時間最短的請求訪問者執(zhí)行的調(diào)度策略。 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度時應(yīng)分析下列情況： ①若干等待訪問者請求訪問同一磁道上的不同扇區(qū) . ②若干等待訪問者請求訪問不同磁道上的不同編號的扇區(qū) . ③若干等待訪問者請求訪問不同磁道上具有相同編號的扇區(qū)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 98頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 （ 2）影響 I/O操作時間的因素 記錄在磁道上的排列方式會影響 I/O操作的時間。例如，某系統(tǒng)，在對磁盤初始化時，把每個盤面分成 8個扇區(qū)，有 8個邏輯記錄被存放在同一個磁道上供處理程序使用。處理程序要求順序處理這 8個記錄，每次請求從磁盤上讀一個記錄，然后對讀出的記錄要花 5ms的時間進(jìn)行處理，以后再讀下一個記錄進(jìn)行處理，直至 8個記錄全部處理結(jié)束。假定磁盤的轉(zhuǎn)速為 20ms/周，現(xiàn)把這 8個邏輯記錄依次存放在磁道上，如圖 532（ a）所示。 2023/2/4 操作系統(tǒng)教程課件 第 99頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 操作系統(tǒng)教程課件 第 100頁 圖 532 記錄的優(yōu)化分布 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 顯然，在不知道當(dāng)前磁頭位置的情況下，磁頭旋轉(zhuǎn)到第一條記錄位置的平均時間為周 /2，即第一條記錄的延遲時間為 10ms，讀一個記錄要花 。當(dāng)花了 1個記錄并花 5ms時間進(jìn)行處理后，讀 /寫磁頭已經(jīng)在第 4個記錄的位置。為了順序處理第 2個記錄，必須等待磁盤將第 2個記錄旋轉(zhuǎn)到讀 /寫磁頭位置的下面，即要有15ms的延遲時間。于是，處理這 8個記錄所要花費的時間為： 8 (+5)+10+7 15=175(ms) 如果把這 8個邏輯記錄在磁道上的位置重新安排一下，圖 532（ b）是這 8個邏輯記錄的最優(yōu)分布示意圖。當(dāng)讀出一個記錄并處理后，讀 /寫磁頭正好位于順序處理的下一個記錄位置，可立即讀出該記錄，不必花費等待延遲時間。于是，按圖 532（ b）的安排，處理這 8個記錄所要花費的時間為： 10+8 (+5)=70(ms) 操作系統(tǒng)教程課件 第 101頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 ? 可見，記錄的優(yōu)化分布有利于減少延遲時間，從而縮短了輸入 /輸出操作的時間。因此，對于一些能預(yù)知處理要求的信息采用優(yōu)化分布可以提高系統(tǒng)的效率。 ? 此外，扇區(qū)的編號方式也會影響 I/O操作的時間。一般常將盤面扇區(qū)交替編號，磁盤組中不同盤面錯開命名。假設(shè)每盤面有 8個扇區(qū)，磁盤組共有 8個盤面，則扇區(qū)編號如圖 533所示。磁盤是連續(xù)自轉(zhuǎn)的 I/O設(shè)備，磁盤讀 /寫一條物理記錄后，必須經(jīng)短暫的處理時間后才能開始讀 /寫下一條記錄。邏輯記錄在磁盤空間的存儲具有局部連續(xù)性，若在磁盤上按扇區(qū)交替編號連續(xù)存放，則連續(xù)讀 /寫多條紀(jì)錄能減少磁頭的延遲時間；同柱面不同盤面的扇區(qū)如果能錯開命名，則連續(xù)讀 /寫相鄰的兩個盤面邏輯紀(jì)錄時，也能減少磁頭延遲時間 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 102頁 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動調(diào)度 操作系統(tǒng)教程課件 第 103頁 圖 533 磁盤組扇區(qū)編號 機(jī)械工業(yè)出版社 提高磁盤 I/O速度的一些方法 ? 目前，磁盤的 I/O速度通常要比主存的訪問速度低上 4～ 6個數(shù)量級，因此磁盤 I/O的速度已經(jīng)成為計算機(jī)系統(tǒng)的瓶頸。為提高磁盤 I/O的速度通常為磁盤設(shè)置高速緩存，它能顯著減少等待磁盤 I/O的時間。 ? 磁盤高速緩存并非主存和 CPU之間增設(shè)的一個小容量高速存儲器，而是指利用主存中的存儲空間，暫時存放從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息。因此這里所說的高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤，而物理上是駐留在主存中的盤塊。高速緩存在主存中可分為兩種形式，第一種是在主存中開辟一個單獨的存儲空間來作為磁盤高速緩沖，其大小是固定的，不容易受到應(yīng)用程序的影響；第二種是把當(dāng)前所有未利用的主存空間作為一個緩沖池，供請求分頁系統(tǒng)和磁盤 I/O時共享，這種情況下緩存的大小顯然不再是固定的。 操作系統(tǒng)教程課件 第 104頁 機(jī)械工業(yè)出版社 提高磁盤 I/O速度的一些方法 ? 除了磁盤高速緩存技術(shù)外，還有一些能有效提高磁盤I/O速度的方法也被許多系統(tǒng)采納。 3. 虛擬盤 操作系統(tǒng)教程課件 第 105頁 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè) 備 處 理 具有通道結(jié)構(gòu)的計算機(jī)從啟動外圍設(shè)備到完成 I/O操作， 沒有考慮不同類型物理設(shè)備的特性 ， 采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行處理 。 這種不考慮具體特性 （ 實際上設(shè)備特性已隱含在通道程序中 )的處理方法稱為設(shè)備處理的一致性 。 采用設(shè)備處理一致性技術(shù)使得輸入 /輸出操作既簡單又不易出錯 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 106頁 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè) 備 處 理 設(shè)備處理程序是輸入 /輸出進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信和轉(zhuǎn)換程序，它驅(qū)動物理設(shè)備和 DMA控制器或 I/O控制器等直接進(jìn)行輸入 /輸出操作。它將輸入 /輸出請求轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給設(shè)備控制器，啟動設(shè)備執(zhí)行，同時將設(shè)備控制器中記錄的設(shè)備狀態(tài)和輸入 /輸出操作完成的情況傳送給輸入 /輸出的請求者，起著上傳下達(dá)的作用；由于設(shè)備驅(qū)動程序與輸入 /輸出設(shè)備的硬件特性密切相關(guān)，因此對不同類型的設(shè)備需要配置不同的驅(qū)動程序，而設(shè)備驅(qū)動程序中的一部分必須用匯編語言書寫；此外驅(qū)動程序與輸入 /輸出設(shè)備所采用的 I/O控制方式緊密相關(guān)，在不同的 I/O控制方式下，驅(qū)動程序啟動設(shè)備以及中斷處理的方式也不同。 操作系統(tǒng)教程課件 第 107頁 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè) 備 處 理 為了實現(xiàn) I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信，設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)具有以下功能。 ①接收由 I/O進(jìn)程發(fā)來的命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求。 ②檢查用戶 I/O請求的合法性，了解 I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。 ③發(fā)出 I/O命令。如果設(shè)備空閑，便立即啟動 I/O設(shè)備去完成指定的 I/O操作。如果設(shè)備處于忙碌狀態(tài)，則將請求者的請求掛在設(shè)備隊列上等待。 ④及時響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來的中斷請求，并根據(jù)其 ⑤對于設(shè)置有通道的計算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的 I/O請求自動地構(gòu)成通道程序。 操作系統(tǒng)教程課件 第 108頁 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備驅(qū)動程序的主要任務(wù)是啟動指定的設(shè)備 。 在啟動設(shè)備之前 ， 必須完成必要的準(zhǔn)備工作 。 設(shè)備處理程序首先檢查I/O請求的合法性 ， 了解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑的 ， 了解有關(guān)的傳遞參數(shù)及設(shè)置設(shè)備的工作方式 。 然后 ， 便向設(shè)備控制器發(fā)出 I/O命令 ， 啟動 I/O設(shè)備去完成指定的 I/O操作 。 設(shè)備驅(qū)動程序還應(yīng)能及時響應(yīng)由控制器發(fā)來的中斷請求 ， 并根據(jù)該中斷請求的類型 ， 調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理 。 對于設(shè)置了通道的計算機(jī)系統(tǒng) ， 設(shè)備處理程序還應(yīng)能根據(jù)用戶的 I/O請求 ， 自動地構(gòu)成通道程序 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 109頁 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備驅(qū)動程序的處理過程如下。 (1) 系統(tǒng)在初始或啟動設(shè)備傳輸時，預(yù)置設(shè)備的初始狀態(tài) ①將上層軟件對設(shè)備的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求。 ②檢查 I/O ③讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)。 ④傳送必要的參數(shù)。 ⑤工作方式的設(shè)置。 操作系統(tǒng)教程課件 第 110頁 機(jī)械工業(yè)出版社 (2)啟動 I/O 在完成預(yù)置工作后，設(shè)備驅(qū)動程序可以向控制器中的命令寄存器傳送相應(yīng)的控制命令，負(fù)責(zé)啟動設(shè)備的傳送。對于具有通道的 I/O系統(tǒng)，還將形成通道指令，并啟動相應(yīng)通道 (3) 負(fù)責(zé)處理設(shè)備 (或通道 )發(fā)出的各種中斷，如一次 I/O完成時的結(jié)束中斷， I/O傳輸過程中的故障中斷等。 操作系統(tǒng)教程課件 第 111頁 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備的中斷處理 設(shè)備中斷是外圍設(shè)備（通道）和中央處理器協(xié)調(diào)工作的一種手段。設(shè)備（通道）借助 I/O中斷請求中央處理器進(jìn)行干預(yù)，中央處理器根據(jù)產(chǎn)生的 I/O中斷事件了解輸入 /輸出操作的執(zhí)行情況。中斷處理流程如圖 534所示。 I/O中斷事件或由于設(shè)備（通道）工作引起，或由外界的原因產(chǎn)生。對于不同的中斷事件，操作系統(tǒng)采用不同的處理方法。 操作系統(tǒng)教程課件 第 112頁 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備的中斷處理 操作系統(tǒng)教程課件 第 113頁 圖 534 中斷處理流程 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備的中斷處理 1．操作正常結(jié)束 當(dāng)通道狀態(tài)字 （ CSW） 中有通道結(jié)束 、 控制器結(jié)束和設(shè)備結(jié)束時 ， 表示已完成一次 I/O操作 ， 形成輸入 /輸出操作正常結(jié)束的中斷事件 。 2． 操作異常結(jié)束 當(dāng)在 I/O傳輸過程中出現(xiàn)設(shè)備故障或設(shè)備特殊情況時 ， 形成操作異常結(jié)束的 I/O中斷事件 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 114頁 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備的中斷處理