【正文】 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的組成 ? 初始化例程 ： I/O管理器在加載驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，利用初始化例程創(chuàng)建系統(tǒng)對(duì)象； ? 調(diào)度例程集 ：實(shí)現(xiàn)設(shè)備的各種 I/O操作；如：打開(kāi)、關(guān)閉、讀取、寫入等； ? 啟動(dòng) I/O例程 ：初始化與設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸； ? 中斷服務(wù)例程 (ISR)：設(shè)備 (軟 )中斷時(shí)的調(diào)用例程；要求快速簡(jiǎn)單； ? 中斷服務(wù)延遲過(guò)程調(diào)用 (DPC)例程 ：以內(nèi)核線程方式，執(zhí)行 ISR執(zhí)行后的中斷處理工作； 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由一組處理 I/O請(qǐng)求的不同階段的例程組成。 CPU輸出數(shù)據(jù)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于打印機(jī)的速度，為解決這一矛盾，可以采用（ ）。 ? 操作系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)辟一塊緩沖區(qū)來(lái)高速緩存最近被使用過(guò)的磁盤塊的數(shù)據(jù)。 上交大、清華、華中科大 何為磁盤高速緩存？說(shuō)明它為啥能提高磁盤的 I/O速度？ ? 指利用內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間，來(lái)暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息。 MSDOS所采用的寫回方式 ， 幾乎不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失 ， 但須頻繁地啟動(dòng)磁盤 。 這樣 ， 因系統(tǒng)故障所造成的工作損失不會(huì)超過(guò) 30 s的勞動(dòng)量 。 該調(diào)用的主要功能是強(qiáng)制性地將所有在高速緩存中已修改的盤塊數(shù)據(jù)寫回磁盤 。 (3) 數(shù)據(jù)的一致性。 因此 ， 現(xiàn)在不少系統(tǒng)在設(shè)計(jì)其高速緩存的置換算法時(shí) ， 除了考慮到最近最久未使用這一原則外 ， 還考 (1) 訪問(wèn)頻率。 后一種方式由于所傳送的數(shù)據(jù)量少 ， 因而節(jié)省了數(shù)據(jù)從磁盤高速緩存存儲(chǔ)空間到進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)的時(shí)間 。 (2) 指針交付 。 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 數(shù)據(jù)交付方式 系統(tǒng)可以采取兩種方式 ， 將 數(shù)據(jù)交付給請(qǐng)求進(jìn)程 ： (1) 數(shù)據(jù)交付 。 此時(shí)高速緩存的大小 ， 顯然不再是固定的 。 高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式 。 第五章 設(shè) 備 管 理 磁盤高速緩存 (Disk Cache)*** 1. 磁盤高速緩存的形式 是 指利用 內(nèi)存 中的存儲(chǔ)空間 ， 來(lái)暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息 。 又稱電梯調(diào)度算法 下列請(qǐng)求序列等待訪問(wèn)磁盤 : 5 5 3 1 90、 160、 150、 3 184 第五章 設(shè) 備 管 理 4. 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 圖 626 CSCAN調(diào)度算法示例 只按一個(gè)方向走 下列請(qǐng)求序列等待訪問(wèn)磁盤 : 5 5 3 1 90、 160、 150、 3 184 第五章 設(shè) 備 管 理 假定在某移動(dòng)臂磁盤上，剛剛處理了訪問(wèn) 75號(hào)柱面的請(qǐng)求，目前正在 80號(hào)柱面上讀信息，并有下列請(qǐng)求序列等待訪問(wèn)磁盤： 請(qǐng)求序列： 1 2 3 4 5 6 7 8 預(yù)訪問(wèn)的柱面號(hào)： 160 40 190 188 90 58 32 102 試用； FCFS、 最短查找時(shí)間優(yōu)先算法 ， 電梯調(diào)度算法 (掃描算法 )， 循環(huán)掃描算法 ，分別排出實(shí)際處理上述請(qǐng)求的次序。對(duì) SSTF算法略加修改后所形成的 SCAN算法 ， 即可防止老進(jìn)程出現(xiàn) “ 饑餓 ” 現(xiàn)象 。 第五章 設(shè) 備 管 理 1. 先來(lái)先服務(wù) FCFS(FirstCome, First Served) 圖 623 FCFS調(diào)度算法 下列請(qǐng)求序列等待訪問(wèn)磁盤 : 5 5 3 1 90、 160、 150、 3 184 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 SSTF(Shortest Seek Time First) 圖 624 SSTF調(diào)度算法 下列請(qǐng)求序列等待訪問(wèn)磁盤 : 5 5 3 1 90、 160、 150、 3 184 第五章 設(shè) 備 管 理 3. 掃描 (SCAN)算法 1) 進(jìn)程“饑餓”現(xiàn)象 SSTF算法 雖然能獲得較好的尋道性能 ， 但卻可能導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程發(fā)生 “ 饑餓 ” (Starvation)現(xiàn)象 。 第五章 設(shè) 備 管 理 磁盤 I/O調(diào)度策略 ? 先進(jìn)先出 算法 ? 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 算法 ? 后進(jìn)先出算法 ? 掃描 (SCAN)算法 ? 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 ? N步掃描 (NstepSCAN)算法 ? 雙隊(duì)列掃描 (FSCAN)算法 返回 來(lái)自不同進(jìn)程的磁盤 I/O請(qǐng)求構(gòu)成 一個(gè)隨機(jī)分布的請(qǐng)求隊(duì)列 。 其中，柱面定位時(shí)間為 20ms，旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為 ，32扇區(qū)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間為 ； (2)文件由 256個(gè)隨機(jī)分布的扇區(qū) 構(gòu)成： (20ms++)*256=7373ms。 返回 設(shè)備占用等待時(shí)間I / O 通道占用等待時(shí)間 柱面定位時(shí)間 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 數(shù)據(jù)傳送時(shí)間磁盤設(shè)備忙第五章 設(shè) 備 管 理 由于 柱面定位時(shí)間 在訪問(wèn)時(shí)間中占主要部分， 合理組成磁盤數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置 可提高磁盤 I/O性能。 第五章 設(shè) 備 管 理 磁盤 I/O訪問(wèn)時(shí)間的組成 ? 柱面定位時(shí)間 ：磁頭移動(dòng)到指定柱面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間； ? 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 ：磁盤旋轉(zhuǎn)到指定扇區(qū)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間；它與磁盤轉(zhuǎn)速相關(guān)，如：軟盤轉(zhuǎn)速可為600rpm(每分鐘轉(zhuǎn)速 )，硬盤可為 7200rpm。 返回 驅(qū)動(dòng)程序是 I/O處理功能的低級(jí)系統(tǒng)例程。 ? 向上屏蔽設(shè)備細(xì)節(jié) ：不同類型設(shè)備通常其設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口不同，同類設(shè)備的接口相同。 A、物理設(shè)備名 b、邏輯設(shè)備名 c、虛擬設(shè)備名 d設(shè)備牌號(hào)、 a a b 第五章 設(shè) 備 管 理 設(shè)備控制 設(shè)備的控制過(guò)程 設(shè)備控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)方式 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 返回 第五章 設(shè) 備 管 理 設(shè)備的控制過(guò)程 ? 轉(zhuǎn)換 ：將抽象的命令轉(zhuǎn)換為具體的一定次序的指令 ? 合法性檢查 ：檢查 I/O操作請(qǐng)求的合法性 ? 可用性檢查 ：檢查控制器和設(shè)備的狀態(tài)，判斷是否可用 ? 參數(shù)設(shè)置 ：設(shè)置控制器和設(shè)備的參數(shù)，包括構(gòu)造必要的通道程序 ? 啟動(dòng) I/O：向控制器或設(shè)備發(fā)起 I/O操作 ? 中斷處理 ：提供必要的中斷處理例程，以便 I/O完成時(shí)調(diào)用 返回 依據(jù)用戶的控制命令對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制，并返回結(jié)果。文件 d、主存儲(chǔ)器 在操作系統(tǒng)中，（ ）指的是一種硬件機(jī)制。 第五章 設(shè) 備 管 理 習(xí)題 Spooling技術(shù)提高了（ ） 利用率。 常通過(guò)在可共享的、高速的磁盤上開(kāi)辟兩個(gè)大的存儲(chǔ)空間 (即輸入井和輸出井 )以及預(yù)輸入、緩沖輸出技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 第五章 設(shè) 備 管 理 什么是虛擬設(shè)備？實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)是什么？ 虛擬設(shè)備是通過(guò)某種虛擬技術(shù)，將一臺(tái)物理設(shè)備變換成若干臺(tái)邏輯設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶對(duì)該物理設(shè)備的同時(shí)共享。 第五章 設(shè) 備 管 理 ? 舉例：打印機(jī)設(shè)備和可由打印機(jī)管理器管理的打印作業(yè)隊(duì)列。 (2) 將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備 。 應(yīng)用程序的虛擬 I/O比實(shí)際 I/O速度提高，縮短應(yīng)用程序的執(zhí)行時(shí)間。 當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)一張空白的用戶請(qǐng)求打印表 ， 并將用戶的打印要求填入其中 ， 再將該表掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列上 。 SPo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(guò)輸出緩沖區(qū)送到輸出設(shè)備上。 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū) 在 內(nèi)存中 要開(kāi)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(lái)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(lái)的數(shù)據(jù)，以后再傳送給輸出設(shè)備。 輸入井 是模擬脫機(jī)輸入時(shí)的磁盤，用于 收容 I／ O設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。 這時(shí)虛擬 I/O實(shí)際上是從 SPOOLing程序的緩沖池中讀出數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)送入緩沖池，而不是跟實(shí)際的外設(shè)進(jìn)行 I/O操作。 – 在 SPOOLing程序中， 需要管理兩級(jí)緩沖區(qū) ： 內(nèi)存緩沖區(qū)和快速 外存上的緩沖池 ，后者可以暫存多批 I/O操作的較多數(shù)據(jù)。 Appl i ca t i on AAppl i ca t i on BS POO L i ngP r o gr amDev i ceV i r t ual I / O Act ual I / O第五章 設(shè) 備 管 理 ? 假脫機(jī)的原理： – SPOOLing程序和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以稱為“ 實(shí)際 I/O”。無(wú)需使用外圍 I/O處理機(jī)。 第五章 設(shè) 備 管 理 SPOOLing技術(shù) *** 通過(guò) SPOOLing技術(shù)可將一臺(tái)物理 I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái) I/O設(shè)備，同樣允許多個(gè)用戶共享一臺(tái)物理 I/O設(shè)備 。 例如， 對(duì)各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用 read。由于在 I/O操作中的絕大多數(shù)錯(cuò)誤都與設(shè)備無(wú)關(guān) ， 故主要由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序處理 ， 而設(shè)備獨(dú)立性軟件只處理那些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序無(wú)法處理的錯(cuò)誤 。 第五章 設(shè) 備 管 理 在實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性的功能后 ， 可帶來(lái)以下兩方面的好處 。在應(yīng)用程序中 ， 使用邏輯設(shè)備名稱 來(lái)請(qǐng)求 使用某類設(shè)備 ；而系統(tǒng)在 實(shí)際執(zhí)行時(shí) ， 還 必須使用物理設(shè)備名稱 。 其基本含義是 ： 應(yīng)用程序 獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備 。 第五章 設(shè) 備 管 理 ? 動(dòng)態(tài)分配策略 ：針對(duì)特定的設(shè)備采用特定的分配策略。 返回 第五章 設(shè) 備 管 理 設(shè)備分配原則 ? 與設(shè)備分配有關(guān)的 設(shè)備屬性 ： – 獨(dú)享設(shè)備 ：打印機(jī)等 (一直使用完才釋放 )。如 DMA控制器所占用的中斷號(hào)、 DMA數(shù)據(jù)通道的分配。 DCT的內(nèi)容主要包括： – 設(shè)備標(biāo)識(shí)：用來(lái)區(qū)別不同的設(shè)備； – 設(shè)備類型：反映設(shè)備的特性；如：塊設(shè)備或字符設(shè)備； – 設(shè)備配置： I/O地址等； – 設(shè)備狀態(tài)：工作或空閑狀態(tài)； – 等待隊(duì)列：等待使用該設(shè)備的進(jìn)程隊(duì)列 ； 返回 第五章 設(shè) 備 管 理 設(shè)備分