【正文】 ? 得到授權(quán)后，將數(shù)據(jù)通過總線送到內(nèi)存。 ? 從指定扇區(qū)中讀去數(shù)據(jù)，并進行校驗。 ? 然后，磁盤識別地址，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的地址段。 訪問磁盤過程（續(xù)） 2/8/2023 101 訪問磁盤過程（續(xù)） ? 下一步，操作系統(tǒng)繼續(xù)申請總線（如果還保持總線控制權(quán)，則不必申請）。 ? 尋道結(jié)束后，等待相應(yīng)的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下面，將數(shù)據(jù)寫入扇區(qū)中。 ? I/O控制器發(fā)現(xiàn)發(fā)給自己的寫命令 ，加入到握手協(xié)議，并接受數(shù)據(jù)。應(yīng)該如何進行呢？ 2/8/2023 100 ? 操作系統(tǒng)從主存中選擇一頁準(zhǔn)備換出，為調(diào)入的頁安排存放空間； ? 若被換出的頁是“臟”頁，需要將其寫回磁盤存儲； ? 操作系統(tǒng)申請 I/O總線； ? 獲得批準(zhǔn)后，發(fā)送寫命令給 I/O 設(shè)備（磁盤）。 2/8/2023 98 練習(xí) 1. 如何將獨占型輸入設(shè)備改造成可共享使用的虛擬設(shè)備？ 2. 為什么要設(shè)置內(nèi)存 I/O緩沖區(qū)？通常有哪幾類緩沖區(qū)？ 3. 什么是設(shè)備驅(qū)動程序？其功能是什么？ 4. 在設(shè)備管理中，何為設(shè)備獨立性？如何實現(xiàn)設(shè)備獨立性？ 5. 試給出常用的 I/O調(diào)度算法。由預(yù)輸入程序?qū)⒆鳂I(yè)執(zhí)行中需訪問的數(shù)據(jù)預(yù)先讀入到輸入井中，緩輸出程序則負(fù)責(zé)將輸出井中的信息在輸出設(shè)備上輸出。 18. 設(shè)備分配中的安全性是指： 設(shè)備分配應(yīng)保證不會引起進程死鎖。 16. 引起中斷發(fā)生的事件稱為： 中斷源。 14. 在操作系統(tǒng)中，用戶在使用 I/O設(shè)備時，通常采用： 邏輯設(shè)備名。 12. 大多數(shù)低速設(shè)備都屬于： 獨享設(shè)備。若要調(diào)整中斷事件的響應(yīng)次序，可以利用： 中斷屏蔽。 2/8/2023 95 9. 進行設(shè)備分配時所需要的數(shù)據(jù)表格主要有： 設(shè)備控制表、設(shè)備控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表。 7. 設(shè)備獨占性是指： 應(yīng)用程序獨立于具體使用的物理設(shè)備。 2/8/2023 94 5. 從資源分配的角度看，操作系統(tǒng)將外部設(shè)備分為： 獨占型設(shè)備、共享型設(shè)備、虛擬設(shè)備。 3. 通道是： 一種負(fù)責(zé) I/O的處理機。 4）其他提速方法 ? 提前讀 ? 延遲寫 ? 優(yōu)化物理塊分布 ? 虛擬盤 ? 磁盤冗余陣列（高速、大容量磁盤系統(tǒng)） 閱讀 2/8/2023 93 練習(xí) 1. 虛擬設(shè)備是指： 通過虛擬技術(shù)將一臺獨占設(shè)備改造成若干臺邏輯設(shè)備，供若干個用戶進程同時使用。 （ 1）先來先服務(wù)算法 （ 2）最短尋找時間優(yōu)先算法。 （ SCAN）磁盤調(diào)度算法（假設(shè)沿磁頭移動方向不再有訪問請求時 , 磁頭就沿相反方向移動。試給出采用下列算法后磁頭移動的順序和移動總量 (總磁道數(shù) )。 當(dāng)前 磁頭正在１５５道上服務(wù)，并且在此 之前 完成的是１７３道的訪盤請求。 ? FSCAN ? NStepSCAN的簡化： ?請求隊列只分為兩個子隊列 ?當(dāng)前一個隊列，按 SCAN算法執(zhí)行； ?掃描期間新生成的組成一個隊列，等待被掃描。 3 3 5 2 |3 3 3 2| 3 3 2 3| 3 4 4 5| 2 3 ….2 3 ?處理子隊列過程中產(chǎn)生的新 I/O再依次排隊列。（因：高密度盤，進程的讀寫可能集中在某一磁道） ?如現(xiàn)有一系列請求： 3 3 5 2 3 3 3 2 3 3 2 3 3 4 4 5 2 3 3 3 4 4 2 3 3 3 2 2 2 3 不管哪種算法，從 3開始向下執(zhí)行會是 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3….2 2 2 2 2 2 … 4 4 …. 2/8/2023 89 ? 改進： ?將磁盤請求隊列分成長為 N 的子隊列 ?按 FCFS選擇子隊列。 ? 修改：將 SCAN規(guī)定的移動方向改為“單向移動” ?由里向外后，再由里向外。 ?如當(dāng)前為 100，后續(xù)要求 55， 86， 95， 180， 165， 105 ?先由內(nèi)向外：選最近的 105執(zhí)行，再判斷剩余的，選165， 180。 ?改進： ?考慮距離的同時，更優(yōu)先考慮方向 ?SCAN算法 ?規(guī)定磁頭移動方向：自里向外，再自外向里移動。 ? 對中間的磁道有利，但可能會有進程處于饑餓狀態(tài)（ I/O請求總不被執(zhí)行）。 設(shè)開始位置為 53 2/8/2023 85 ②最短尋道時間優(yōu)先 SSTF ShortestSeekTimeFirst ? 選擇從當(dāng)前磁頭位置出發(fā)移動最少的磁盤 I/O請求 ? 使每次磁頭移動時間最少。 ? 算法： ?FCFS ?最短尋道時間優(yōu)先 SSTF ?掃描算法 SCAN（磁盤電梯調(diào)度算法） ? 循環(huán)掃描算法 CSCAN ? NStepSCAN算法 ? FSCAN算法 2/8/2023 84 ① FCFS ? 多個進程的磁盤 I/O請求構(gòu)成一個隨機分布的請求隊列。 2/8/2023 83 2）磁盤調(diào)度方法 ? 對所有請求訪問磁盤的進程進行合理調(diào)度，使對磁盤的平均訪問時間最小。 數(shù)據(jù)前后還有若干特定功能字節(jié)。 512字節(jié)用于存放數(shù)據(jù)，其余存放控制信息。磁盤”格式化”的過程就是按規(guī)定的格式規(guī)劃盤塊。 多個進程可“同時”使用一臺獨占設(shè)備。 并沒有為進程分配設(shè)備，而是為進程分配一存儲區(qū)和建立一張 I/O請求表。 利用輸入輸出井模擬成脫機輸入輸出，緩和了 CPU和 I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾。 ? 數(shù)據(jù)虛擬打印到 “輸出井” ? Spooling程序再按“請求表隊列”分配真正的打印機打印數(shù)據(jù)。 ? 見課本說明： ?核心就是不能交叉打印的數(shù)據(jù)，虛擬的打印在磁盤的輸出井上（而磁盤的非獨占性解決了打印機不能方便共享的問題）。 ? 用一進程模擬脫機輸入時外圍設(shè)備控制器的功能，把低速輸入設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上； ? 用另一進程模擬脫機輸出時外圍設(shè)備控制器的功能，把數(shù)據(jù)從磁盤上傳送到低速輸出設(shè)備上。 2. 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)： 為緩解速度矛盾，內(nèi)存中開辟兩大緩沖空間， 輸入緩沖區(qū)暫存輸入設(shè)備送來的數(shù)據(jù)，再送給輸入井；輸出緩沖區(qū)暫存輸出井送來的數(shù)據(jù)，再送輸出設(shè)備。 2/8/2023 76 SPOOLing系統(tǒng)的組成 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 輸入井 輸出井 磁盤 輸入進程 SPi 輸出進程 SP0 CPU 輸入緩沖區(qū) Bi 輸入緩沖區(qū) B0 模擬的外圍機 （軟防硬） 以 CPU的視角， 就把磁盤當(dāng)設(shè)備 2/8/2023 77 ?SPOOLing系統(tǒng)的組成 主要有三大部分（如下頁圖） 1. 輸入井和輸出井： 磁盤上開辟兩大存儲空間 。 ?稱這種聯(lián)機情況下實現(xiàn)的同時外圍操作為SPOOLing 技術(shù)（ Simultaneaus Periphernal Operating On— Line，或稱為假脫機操作） ?一般進程對獨占設(shè)備的需求被假脫機模擬到磁盤上。 2/8/2023 74 4）設(shè)備分配中的虛擬技術(shù) —— SPOOLing技術(shù) ? 虛擬性是 OS的四大特征之一。 2/8/2023 69 I/O系統(tǒng)的軟件層次 兩個概念： ? 邏輯設(shè)備：用戶應(yīng)用程序中請求的設(shè)備 ? 物理設(shè)備：系統(tǒng)實際執(zhí)行時使用的設(shè)備 設(shè)備分配時需實現(xiàn)： 邏輯設(shè)備地址映射到物理設(shè)備地址 設(shè) 備 設(shè)備驅(qū)動程序 設(shè)備獨立性軟件 用戶層程序： ? read,write 中斷處理程序 所有設(shè)備的公有操作： ?獨立設(shè)備的分配與回收 ?邏輯設(shè)備映射為物理設(shè)備 ?設(shè)備保護 ?緩沖管理 ?差錯控制 ?控制方式 基本硬件控制 ?設(shè)置設(shè)備寄存器 ?檢查寄存器狀態(tài) 產(chǎn)生 I/O請求； 格式化 I/O； Spooling虛擬處理 2/8/2023 70 【 I/O系統(tǒng)的軟件層次】 ① 用戶層 ? 與系統(tǒng)調(diào)用一一對應(yīng)的庫函數(shù) ② 設(shè)備獨立性軟件 ? 設(shè)備公有操作 ? 設(shè)備名映射 ③ 設(shè)備驅(qū)動程序 ④ 中斷處理程序 2/8/2023 71 —— 即驅(qū)動程序 ? I/O設(shè)備與控制器間的通信轉(zhuǎn)換程序 ?了解抽象命令，了解控制器內(nèi)部的寄存器結(jié)構(gòu) ? 與硬件密切相關(guān)，每類設(shè)備配備一種驅(qū)動程序 ?功能：接受解釋指令（有通道的系統(tǒng)，自動通道程序）、相關(guān)判斷、發(fā)送設(shè)備命令、響應(yīng)中斷 ?特點，控制方式不同程序不同，部分固化進硬件，代碼可重入。 程序調(diào)試、運行中的“打印”，可通過修改邏輯設(shè)備表的顯示終端，實現(xiàn)不同時候的不同的設(shè)備使用。 2. 考慮多通路情況 ? 控制器、通道也是反復(fù)查找，直到找到一條通路。 2. 分配控制器 ? 通過 1步分配設(shè)備后，從 DCT找到 COCT； ? 檢查 COCT狀態(tài)字，若忙碌，進程 PCB掛到其等待隊列 3. 分配通道 ? COCT找到 CHCT ? 判斷狀態(tài)， … ? 當(dāng)上述三步都通過后，才可啟動設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸 2/8/2023 66 ? 設(shè)備分配程序的改進細(xì)節(jié) 1. 增加設(shè)備的獨立性 ? 進程使用邏輯設(shè)備名提出 I/O請求。 ? 設(shè)備獨立性 ?用戶 IO請求中使用邏輯名申請某類設(shè)備，實際物理名稱是系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備類型分析分配后才確定的。 ? 設(shè)備分配算法（對不同進程的設(shè)備請求序列，如何進行選擇），常采用兩種： ?FCFS ?優(yōu)先級高者優(yōu)先 ? 設(shè)備分配的安全性：進程開始 I/O后就阻塞直到 I/O完成。 ③通道控制表 CHCT 通道標(biāo)識符： channelid 通道狀態(tài)：忙 /閑 與通道連接的控制器表首址