【正文】 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 47 本章作業(yè) 1. 假設(shè)有 10個(gè)進(jìn)程先后提出了磁盤 I/O請求，它們要訪問的磁道號分別是： 78， 30， 9， 15， 102， 140， 156，54， 45， 125， 試用先來先服務(wù) FCFS、最短尋道時(shí)間優(yōu)先 SSTF算法、 SCAN和循環(huán)掃描 CSCAN算法，分別給出訪問過程中每次移動(dòng)的距離，計(jì)算兩種算法的平均尋道長度。 （ 2）移動(dòng)頭磁盤：每個(gè)盤面僅配有一個(gè)磁頭，也被裝入磁臂中。 ? SPOOLING系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1）提高了 I/O的速度； （ 2）將獨(dú)占設(shè)備改造成共享設(shè)備； （ 3）實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 38 設(shè)備分配 3. 獨(dú)占設(shè)備的分配程序 ? 設(shè)備分配程序的改進(jìn) （ 1）增加設(shè)備的獨(dú)立性 為了獲得設(shè)備獨(dú)立性，進(jìn)程應(yīng)使用邏輯設(shè)備名請求 I/O； （ 2）考慮多通路情況 為了防止 I/O系統(tǒng)中出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象，采用多通路的 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 35 設(shè)備分配 1. 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表 ? 設(shè)備控制表 DCT ＤＣＴ１ 設(shè)備控制表集合 ＤＣＴ２ ＤＣＴｎ 設(shè)備類型： type 設(shè)備標(biāo)志符： deviceid 設(shè)備狀態(tài)：等待 /不等待 忙 /閑 指向控制器表的指針 重復(fù)執(zhí)行次數(shù)或時(shí)間 設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針 控制器標(biāo)識(shí)符： controllerid 控制器狀態(tài)：忙 /閑 與控制器連接的通道表指針 控制器隊(duì)列的隊(duì)首指針 控制器隊(duì)列的隊(duì)尾指針 （ a）控制器表 COCT 通道標(biāo)識(shí)符： channelid 通道狀態(tài)：忙 /閑 與通道連接的控制器表指針 通道隊(duì)列的隊(duì)首指針 通道器隊(duì)列的隊(duì)尾指針 （ b）通道表 CHCT 設(shè)備類 設(shè)備標(biāo)識(shí)符 DCT 驅(qū)動(dòng)程序入口 表目 1 … 表目 i … （ c）系統(tǒng)設(shè)備表 SDT 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 36 設(shè)備分配 2. 設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素 ? 三種設(shè)備分配策略 ? 獨(dú)占設(shè)備： 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，直至該進(jìn)程完成或釋放該設(shè)備； ? 共享設(shè)備： 可同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程使用，但必須合理調(diào)度； ? 可虛擬設(shè)備： 一臺(tái)可虛擬設(shè)備是可共享的，可以把它同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程使用，并且對訪問該物理設(shè)備的先后次序進(jìn)行控制。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 34 I/O軟件 4. 設(shè)備獨(dú)立性 ? 設(shè)備獨(dú)立性軟件的功能 （ 1）執(zhí)行所有設(shè)備公有操作：對獨(dú)立設(shè)備的分配和回收；邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射；設(shè)備保護(hù)；緩沖管理；差錯(cuò)控制；提供獨(dú)立于設(shè)備的邏輯塊。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 32 I/O軟件 3. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程 1）將抽象的要求轉(zhuǎn)換為具體要求； 2）檢查 I/O請求的合法性； 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； 6）啟動(dòng) I/O設(shè)備。 層次結(jié)構(gòu)的 I/O軟件通?？梢园凑账膫€(gè)層次組織： 用戶層軟件 設(shè)備獨(dú)立性軟件 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 中斷處理程序 硬件 I/O應(yīng)答 I/O請求 產(chǎn)生 I/O請求、格式化 I/O、 Spooling 映射、保護(hù)、分塊、緩沖、分配 設(shè)置設(shè)備寄存器，檢查寄存器狀態(tài) 執(zhí)行 I/O操作 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 28 I/O軟件 2. 中斷處理程序 ? 喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)（程序）進(jìn)程 ? 保護(hù)被中斷進(jìn)程的 CPU環(huán)境 ? 轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序 ? 中斷處理 ? 恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場 中斷處理程序的主要工作包括進(jìn)行進(jìn)程上下文切換，對處理中斷信號源進(jìn)行測試，讀取設(shè)備狀態(tài)和修改進(jìn)程狀態(tài)，它包括如下步驟： 喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程 中斷請求信號 對被中斷進(jìn)程的 CPU環(huán)境進(jìn)行保護(hù) 分析中斷原因，轉(zhuǎn)入 相應(yīng)的中斷處理程序 終端中斷處理程序 打印機(jī)中斷處理程序 磁盤中斷處理程序 … 恢復(fù)被中斷進(jìn)程的 CPU現(xiàn)場 返回被中斷的進(jìn)程，繼續(xù)執(zhí)行 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 29 I/O軟件 3. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序又稱為設(shè)備處理程序 ， 它是 I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序 ， 其主要任務(wù)是接受上層軟件發(fā)來的抽象 I/O請求 ， 把它轉(zhuǎn)換為具體要求 ， 發(fā)給設(shè)備控制器 ， 啟動(dòng)設(shè)備執(zhí)行 。 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 27 I/O軟件 1. I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 ? 用戶層軟件： 實(shí)現(xiàn)和用戶交互的接口。 ? 統(tǒng)一命名 對各類設(shè)備采取預(yù)先設(shè)計(jì)的、統(tǒng)一的邏輯名稱進(jìn)行命名，所有軟件都以邏輯名稱訪問設(shè)備。 end 2022年 2月 5日 第五章 設(shè)備管理 25 緩沖管理 4. 緩沖池 ? 緩沖區(qū)的工作方式 （ 1）收容輸入：當(dāng)輸入進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用 Getbuf（ emq）過程，把空緩沖隊(duì)列 emq的隊(duì)首摘下一空緩沖區(qū)，作為收容輸入的工作緩沖區(qū) hin，裝滿后調(diào)用 Putbuf（ inq， hin），將緩沖區(qū)掛在輸入隊(duì)列 inq上； （ 2）提取輸入：計(jì)算進(jìn)程需要數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用 Getbuf（ inq）過程，從輸入隊(duì)列 inq隊(duì)首取得一個(gè)緩沖區(qū)，作為提取輸入的緩沖區(qū)； （ 3）收容輸出：計(jì)算進(jìn)程需要輸出數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用 Getbuf（ emq）過程從空緩沖區(qū)emq的隊(duì)首取得空緩沖區(qū)； （ 4）提取輸出：由輸出進(jìn)程調(diào)用 Getbuf（ outq）過程，從輸出隊(duì)列隊(duì)首取得一裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，作為提取輸出工作緩沖區(qū) sout。 end Procedure Putbuf(type,number) begin Wait(RS(type))。 ? Getbuf過程和 Putbuf過程 Procedure Getbuf(type) begin Wait(RS(type))。 （ 2）多個(gè)指針：用于指示計(jì)算進(jìn)程下一個(gè)可用緩沖區(qū)的指針 Nextg，指示輸入進(jìn)程下次可用的空緩沖區(qū) R的指針 Nexti，以及用于指示計(jì)算進(jìn)程正在使用的緩沖區(qū) C的指針 Current。 ? 減少對 CPU的中斷頻率，放寬對