【正文】 特點(diǎn)： 一是 ， 進(jìn)程是以 物理設(shè)備名 來提出輸入輸出請求的。 二是 ， 系統(tǒng)采用的是 單通路 的輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這樣的系統(tǒng)容易產(chǎn)生 “瓶頸 ”現(xiàn)象。 為此，對設(shè)備分配程序做以下改進(jìn)： （ 1）增加設(shè)備的獨(dú)立性。 進(jìn)程應(yīng)以邏輯設(shè)備名請求輸入輸出。系統(tǒng)首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備表找到第一個(gè)該類設(shè)備的設(shè)備分配表，若該設(shè)備忙，則查找第二個(gè)該類設(shè)備的設(shè)備分配表，僅當(dāng)所有該類設(shè)備都忙時(shí)，才把進(jìn)程掛在該類設(shè)備的等待隊(duì)列上。這樣通過增加設(shè)備的獨(dú)立性，提高了設(shè)備分配的安全性。1/28/2023 第七章 設(shè)備管理 （ 2）考慮多通路情況。 系統(tǒng)采用多通路的輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖示： 即一個(gè)設(shè)備可以由多個(gè)控制器控制，一個(gè)控制器可以由多個(gè)通道控制（即增加圖中的虛線部分）。這樣，可以防止系統(tǒng)出現(xiàn) “瓶頸 ”現(xiàn)象。也就是對控制器和通道的分配，同樣經(jīng)過幾次反復(fù)，只要有一個(gè)控制器或通道可用，系統(tǒng)就可以把它分配給進(jìn)程。這樣，就增加了分配控制器和通道的可能性，提高了設(shè)備分配的效率。返回1/28/2023 第七章 設(shè)備管理 127 SPOOLing技術(shù)n 虛擬設(shè)備技術(shù) 虛擬設(shè)備：指通過某種虛擬技術(shù)，將一臺物理設(shè)備變換成若干臺邏輯設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶對該物理設(shè)備的同時(shí)共享。由于多臺邏輯設(shè)備實(shí)際上并不存在，而只是給用戶的一種感覺，因此被稱作虛擬設(shè)備。 過程： 當(dāng)進(jìn)程中請求獨(dú)享設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)將共享設(shè)備的一部分存儲(chǔ)空間分配給它。進(jìn)程與設(shè)備交換信息時(shí)，系統(tǒng)把要交換的信息存放在這部分存儲(chǔ)空間，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)π畔⒆飨鄳?yīng)的處理。 1/28/2023128n SPOOLing的概念 為了緩和 CPU的高速性與 I/O設(shè)備低速性間的矛盾而引了脫機(jī)輸入、脫機(jī)輸出技術(shù)，利用專門的外圍控制機(jī)，將數(shù)據(jù)在低速 I/O設(shè)備上與高速磁盤之間傳送。通過共享設(shè)備來模擬獨(dú)享設(shè)備所采用的操作是假脫機(jī)操作，或 SPOOLing ，即在聯(lián)機(jī)情況下外部設(shè)備設(shè)備同時(shí)操作。什么是 SPOOLing系統(tǒng)？ 指在多道程序的環(huán)境下，利用多道程序中的一道或兩道程序來模擬外圍控制機(jī)，從而在聯(lián)機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)脫機(jī) I/O的功能。1/28/2023129n SPOOLing系統(tǒng)的組成1． 輸入井和輸出井。 2． 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。 3． 輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程。1/28/2023130n 假脫機(jī)技術(shù)的組成： （ 1）輸入井和輸出井。這是在磁盤上開辟的兩個(gè)大的存儲(chǔ)區(qū)。輸入井是模擬脫機(jī)輸入時(shí)的磁盤，用于收容輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。輸出井是模擬脫機(jī)輸出時(shí)的磁盤，用于收容用戶程序的輸出數(shù)據(jù)。 （ 2）輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。它們是在主存中開辟的兩個(gè)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)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。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)從輸入設(shè)備，通過輸入緩沖區(qū)送到輸入井。當(dāng) CPU需要數(shù)據(jù)時(shí)，直接從輸入井讀入主存。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)，先從主存送到輸出井，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。1/28/2023131n 思考題SPOOLing是如何實(shí)現(xiàn)輸入輸出的？ 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)，直接從輸入井讀入內(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。1/28/2023132用 SPOOLing技術(shù)實(shí)現(xiàn)打印機(jī)共享例 系統(tǒng)在外存開辟了一個(gè)打印機(jī)輸出井和一個(gè)磁帶機(jī)輸入井。 對用戶進(jìn)程來說，這就是一臺虛擬打印機(jī)和一臺虛擬磁帶機(jī)。 當(dāng)進(jìn)程需要從磁帶機(jī)輸入數(shù)據(jù)時(shí)， SPOOLing系統(tǒng)啟動(dòng)磁帶機(jī)，將數(shù)據(jù)讀入磁帶機(jī)輸入井中，隨后進(jìn)程直接從輸入井提取數(shù)據(jù)，不需再等待。 當(dāng)進(jìn)程需要打印輸出時(shí)，它們將數(shù)據(jù)高速地送入打印機(jī)輸出井，然后繼續(xù)運(yùn)行。在輸出井等待打印的數(shù)據(jù)形成打印隊(duì)列，由 SPOOLing系統(tǒng)控制在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候完成實(shí)際的打印工作。1/28/2023133 虛擬設(shè)備除了可以減少進(jìn)程對設(shè)備的等待時(shí)間外，還可以解決多個(gè)進(jìn)程對獨(dú)占設(shè)備的競爭問題。例如，在設(shè)置了虛擬打印機(jī)的系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程都可以隨時(shí)執(zhí)行打印輸出操作，好像系統(tǒng)的打印機(jī)是自己獨(dú)占的。也就是說，使用虛擬設(shè)備永遠(yuǎn)不會(huì)引起進(jìn)程死鎖。1/28/2023134 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)分配給該用戶進(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)空閑磁盤塊區(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。1/28/2023135n 思考題請說明 SPOOLing 系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的？ 答： SPOOLing系統(tǒng)主要由輸入井和輸出井、輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)、輸入進(jìn)程和輸出三部分組成。 當(dāng)要運(yùn)行用戶程序時(shí)，由輸入進(jìn)程將用戶要求的程序和數(shù)據(jù)預(yù)先從輸入設(shè)備經(jīng)由輸入緩沖區(qū)送到輸入井，當(dāng)程序運(yùn)行需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，直接從輸入井將數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存。 當(dāng)用戶程序要求輸出數(shù)據(jù)時(shí)，由輸出進(jìn)程先將數(shù)據(jù)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)由輸出緩沖區(qū)送到輸出設(shè)備上。 由于磁盤是共享設(shè)備，輸入井及輸出井是磁盤上的兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，因此多個(gè)用戶進(jìn)程可以共享使用輸入井及輸出井，這樣，就將獨(dú)占型設(shè)備改造成了可共享使用的虛擬設(shè)備。1/28/2023136n SPOOLing系統(tǒng)特點(diǎn) 1． 提高了 I/O速度。 2． 將獨(dú)享設(shè)備改造為共享設(shè)備。 3． 實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。 (1) 提高了輸入輸出速度。 SPOOLing技術(shù)引入了輸入井和輸出井，可以使輸入進(jìn)程、用戶進(jìn)程和輸出進(jìn)程同時(shí)工作，從而提高了輸入輸出速度。 (2) 將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備。由于 SPOOLing技術(shù)把所有用戶進(jìn)程的輸出都送入輸出井，然后再由輸出進(jìn)程完成打印工作，而輸出井在磁盤上，為共享設(shè)備。這樣SPOOLing技術(shù)就把打印機(jī)等獨(dú)占設(shè)備改造成了共享設(shè)備。 (3) 實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。由于 SPOOLing技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)用戶進(jìn)程共同使用打印機(jī)這種獨(dú)占設(shè)備的情況，從而實(shí)現(xiàn)了把一個(gè)設(shè)備當(dāng)成多個(gè)設(shè)備來使用，即虛擬設(shè)備的功能。1/28/2023137 磁盤存儲(chǔ)器的管理n 磁盤性能簡述磁盤的結(jié)構(gòu) 每個(gè)盤面上有許多磁道，從 0開始按由外向里的次序順序編號，不同盤面上具有相同編號的磁道在同一個(gè)柱面上，把盤面上的磁道號稱為 “柱面號 ”。 每個(gè)盤面有一個(gè)讀寫磁頭，所有的讀寫磁頭被固定在唯一的移動(dòng)臂上同時(shí)移動(dòng)，把所有的讀寫磁頭按從上到下的次序從 0開始進(jìn)行編號，稱為磁頭號。 在磁盤初始化時(shí)把每個(gè)盤面劃分成相等數(shù)量的扇區(qū)，按磁盤旋轉(zhuǎn)的反向從 0開始給各扇區(qū)編號，稱為扇區(qū)號。 要確定一個(gè)塊所在的位置，必須給出三個(gè)參數(shù)：柱面號、磁頭號、扇區(qū)號。1/28/2023138n 磁盤的類型 1) 固定頭磁盤 ? 這種磁盤在每條磁道上都有一讀 /寫磁頭，所有的磁頭都被裝在一剛性磁臂中。通過這些磁頭可訪問所有各磁道，并進(jìn)行并行讀 /寫，有效地提高了磁盤的 I/O速度。 這種結(jié)構(gòu)的磁盤主要用于大容量磁盤上。 ? 2) 移動(dòng)頭磁盤 ? 每一個(gè)盤面僅配有一個(gè)磁頭，也被裝入磁臂中。為能訪問該盤面上的所有磁道，該磁頭必須能移動(dòng)以進(jìn)行尋道。可見，移動(dòng)磁頭僅能以串行方式讀 /寫，致使其 I/O速度較慢；但由于其結(jié)構(gòu)簡單， 故仍廣泛應(yīng)用于中小型磁盤設(shè)備中。1/28/2023139n 磁盤訪問時(shí)間 啟動(dòng)磁盤執(zhí)行輸入輸出操作時(shí)，要把移動(dòng)臂移動(dòng)到指定的柱面，再等待指定的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭位置下，然后讓指定的磁頭進(jìn)行讀寫，完成信息傳送。因此，執(zhí)行一次輸入輸出所花的時(shí)間有： 1）尋道時(shí)間 —— 磁頭在移動(dòng)臂帶動(dòng)下移動(dòng)到指定柱面所花的時(shí)間。（ Seek） 2）延遲時(shí)間 (Delay)—— 指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所需的時(shí)間。 3）傳輸時(shí)間 —— 由磁頭進(jìn)行讀寫完成信息傳送的時(shí)間。1/28/2023140 磁盤調(diào)度n FCFS 這是最簡單的一種磁盤調(diào)度算法。它根據(jù)進(jìn)程請求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度。 它將各進(jìn)程對磁盤請求的等待隊(duì)列按提出請求的時(shí)間進(jìn)行排序，并按此次序給予服務(wù)。 它對各進(jìn)程是公平的，它不管進(jìn)程優(yōu)先級多高，只要是新來到的訪問請求，都被排在隊(duì)尾。1/28/2023141 例如，如果現(xiàn)在讀寫磁頭正在 53號柱面上執(zhí)行輸入輸出操作，而等待訪問者依次要訪問的柱面為 98， 183， 37，122， 14， 124， 65， 67。那么，當(dāng) 53號柱面上的操作結(jié)束后，移動(dòng)臂將按請求的先后次序先移到 98號往面，最后到達(dá)67號柱面，如下圖所示。 其相應(yīng)的臂的總移動(dòng)量為：（ 9853） +（ 18398） +（ 18337） +（ 12237） +（ 12214） +（12414） +（ 12465） +（ 6765） =45 + 85+146+85+108+110+59+2 = 640 1/28/2023142n 當(dāng)用戶提出的訪問請求比較均勻地遍布整個(gè)盤面，而不是集中某部分時(shí)，先來先服務(wù)策略導(dǎo)致了隨機(jī)訪問模式，在這種策略下無法對訪問進(jìn)行優(yōu)化。在對磁盤的訪問請求比較多的情況下，此策略將降低設(shè)備服務(wù)的吞吐量和提高響應(yīng)時(shí)間，但各進(jìn)程得到服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間的變化幅度較小。n 先來先服務(wù)策略在訪問請求不是很多的情況下，是一個(gè)可以接受地策略，而且算法的實(shí)現(xiàn)比較簡單1/28/2023143n SSTF 選擇請求隊(duì)列中柱面號最接近于磁頭當(dāng)前所在的柱面的訪問要求，作為下一個(gè)服務(wù)對象。 此策略可以得到比較好的吞吐量和較低的平均響應(yīng)時(shí)間。1/28/2023144 現(xiàn)對需要存取得磁筒進(jìn)行排序： 14， 37， 65， 67 98，122， 124， 相對于 53最近的磁筒為 65。余下的問題是在到達(dá) 67后，下一個(gè)目標(biāo)是？ 37， 67， 98其差為 30與 31，所以下一個(gè)目標(biāo)為 37。1/28/2023145 其缺點(diǎn)是對用戶的服務(wù)請求的響應(yīng)機(jī)會(huì)不是均等的，對中間磁道的訪問請求得到最好的服務(wù)，對內(nèi)、外兩側(cè)磁道的服務(wù)隨偏離中心磁道的距離愈遠(yuǎn)而愈差，因而導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間的變化幅度很大，在服務(wù)請求很多的情況下，對內(nèi)、外邊緣磁道的請求將會(huì)無限期地被延遲。因而有些請求的響應(yīng)時(shí)間將不可預(yù)期。1/28/2023146電梯調(diào)度算法 “電梯調(diào)度 ”算法總是從移動(dòng)臂當(dāng)前位置開始沿著臂的移動(dòng)方向去選擇離當(dāng)前移動(dòng)臂最近的那個(gè)住面的訪問者，如果沿臂的移動(dòng)方向無請求訪問時(shí)，就改變臂的移動(dòng)方向再選擇。 這好比乘電梯，如果電梯已向上運(yùn)動(dòng)到 4層時(shí)，依次有 3位乘客 A， B， C，他們的要求是： A在 2層等待去 10層； B在 5層等待去底層； C在 8層等待上15層。電梯管理員不是按照乘客來到的先后次序服務(wù)，而是考慮電梯的效率。在這種情況下，沿電梯運(yùn)動(dòng)方向總是先把乘客 C帶到 15層，然后把乘客 B帶到底層，最后再把乘客 A送到 10層。1/28/2023147n 掃描算法是在選擇請求隊(duì)列中，按磁臂前進(jìn)方向最接近于磁頭當(dāng)前所在柱面的訪問要求作為下一個(gè)服務(wù)對象。 此策略基本上克服了最短查找時(shí)間優(yōu)先策略的服務(wù)集中于中間磁道和響應(yīng)時(shí)間變化比較大的缺點(diǎn)。 并且具有最短查找時(shí)間優(yōu)先策略地優(yōu)點(diǎn)，即吞吐量比較大，平均響應(yīng)時(shí)間較小，但是由于是擺動(dòng)式的掃描方法，兩側(cè)磁道被訪問的頻率仍然低于中間磁道，比最短查找時(shí)間優(yōu)先策略要好多了。1/28/2023148 對相同的例子采用單向掃描調(diào)度算法的執(zhí)行次序?yàn)椋?5， 67 98， 122， 124， 183 ， 此時(shí)移動(dòng)臂繼續(xù)向里移動(dòng)，直到最內(nèi)的柱面（圖中為 199號柱面）后，再返回到 0號柱面， 重新掃描時(shí)依次為 37 ， 14柱面的訪問者服務(wù)。 1/28/2023149n 循環(huán)掃描