【正文】 方式基本方法是在設(shè)備輸入時(shí) ， 先將數(shù)據(jù)輸 入到緩沖區(qū) A， 裝滿后便轉(zhuǎn)向緩沖區(qū) B。 （ 如 下圖所示 ） 數(shù)據(jù)處理 時(shí)間 = max(C,T) 操作系統(tǒng) 用戶進(jìn)程 C 輸入 T 傳送 M I/O設(shè)備 雙緩沖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入和提取，與 CPU的計(jì)算，三者 并行工作。 雙緩沖 緩沖區(qū) A 用戶區(qū) 緩沖區(qū) B 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 當(dāng)對(duì)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入和提取的速度基本相匹配時(shí) ， 采用雙緩沖可使兩者并行工作 ， 獲得較好的效果 。 如果增加緩沖區(qū)的個(gè)數(shù) ， 情況就會(huì)有所改善 。 例如對(duì)于用作輸入的循環(huán)緩沖區(qū) ， 通常提供給輸入進(jìn)程和計(jì) 算進(jìn)程使用 ， 輸入進(jìn)程不斷向空緩沖區(qū)中輸入數(shù)據(jù) ， 計(jì)算進(jìn) 程則從滿緩沖區(qū)中提取數(shù)據(jù)用于計(jì)算 。為了提高緩沖區(qū)的利用率，目 前廣泛使用公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個(gè)進(jìn)程共享。為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成 一個(gè)隊(duì)列，于是就形成三個(gè)隊(duì)列： 1. 空緩沖區(qū)隊(duì)列 2. 輸入緩沖區(qū)隊(duì)列 3. 輸出緩沖區(qū)隊(duì)列 緩沖池 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 另外還應(yīng)具有四種工作緩沖區(qū)： 1. 用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ hin）； 2. 用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ sin）； 3. 用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ hout）； 4. 用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ sout）。 緩沖池 收容輸入 提取輸入 提取輸出 收容輸出 緩沖池 hin sout sin hout 用 戶 程 序 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 在多道程序環(huán)境下 ， 設(shè)備必須由系統(tǒng)分配 。 在分配設(shè)備時(shí)還必須 考慮系統(tǒng)的安全性 ， 避免發(fā)生死鎖現(xiàn)象 。 這種分配方式是對(duì)獨(dú)占設(shè)備 采用的分配策略 。 設(shè)備分配的策略 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 2. 共享方式 共享方式是指將共享設(shè)備（磁盤）同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn) 程使用。 3. 虛擬方式 虛擬方式是指通過(guò)高速的共享設(shè)備，把一臺(tái)慢速的以 獨(dú)占方式工作的物理設(shè)備改造成若干臺(tái)虛擬的同類邏輯設(shè) 備，這就需要引入 SPOOLing技術(shù)。 設(shè)備分配的策略 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． 設(shè)備分配算法（與進(jìn)程的調(diào)度算法相似） 1. 先來(lái)先服務(wù) 當(dāng)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)向某一設(shè)備提出 I/O請(qǐng)求時(shí)，該算法就根 據(jù)對(duì)該設(shè)備提出請(qǐng)求的先后次序?qū)⑦@些進(jìn)程排列成一個(gè)設(shè)備 請(qǐng)求隊(duì)列，設(shè)備分配程序把設(shè)備首先分配給隊(duì)首進(jìn)程。而對(duì)于優(yōu)先權(quán)相同的 I/O請(qǐng)求，則按先來(lái)先服務(wù)原則 排隊(duì)分配。 當(dāng)它運(yùn)行時(shí)不保持任何設(shè)備資 源 ， 打破了產(chǎn)生死鎖一個(gè)必要條件 —“請(qǐng)求和保持 ” ， 所 以這種分配方式是安全的 。 設(shè)備分配的策略 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 2. 不安全分配方式 進(jìn)程發(fā)出一個(gè) I/O請(qǐng)求后仍可以繼續(xù)運(yùn)行 ， 需要時(shí)還可 以發(fā)第二個(gè) I/O請(qǐng)求 、 第三個(gè) I/O請(qǐng)求 。 這 種分配方式是不安全 ， 因?yàn)樗赡芫邆?“ 請(qǐng)求和保持 ” 條 件 ， 從而可能造成系統(tǒng)死鎖 。 所以 ， 在設(shè)備分配程序中應(yīng)該增加安全性檢查的功能 。 其基本思想是：用戶程序不直接使用 物理設(shè)備名 （或設(shè)備 的物理地址），而只能使用 邏輯設(shè)備名 ；而系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行時(shí) ，將邏輯設(shè)備名轉(zhuǎn)換為某個(gè)具體的物理設(shè)備名，實(shí)施 I/O操作 邏輯設(shè)備是實(shí)際物理設(shè)備屬性的抽象，它并不限于某個(gè)具 體設(shè)備。 設(shè)備獨(dú)立性帶來(lái)以下兩方面的好處： 1. 設(shè)備分配時(shí)的靈活性 當(dāng)進(jìn)程以邏輯設(shè)備名請(qǐng)求某類設(shè)備時(shí) ， 如果一臺(tái)設(shè)備已 經(jīng)分配給其它進(jìn)程或正在檢修 ， 此時(shí)系統(tǒng)可以將其它幾臺(tái) 相同的空閑設(shè)備中的任一臺(tái)分配給該進(jìn)程 ， 只有當(dāng)此類設(shè) 備全部被分配完時(shí) ， 進(jìn)程才會(huì)被阻塞 。 程序標(biāo)準(zhǔn)輸出標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出標(biāo)準(zhǔn)輸入stdin,fd=0stdout,fd=1stderr,fd=2華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 設(shè)備分配的策略 （ 1）輸入重定向 ? 符號(hào) ? 將某個(gè)命令的輸入重定向?yàn)閬?lái)自某個(gè)指定的文件而不是鍵盤 ? 命令行格式為： mand [argument]filename （ 2）輸出重定向 ? 符號(hào) ? 將某個(gè)命令的輸出重定向到所 指定的文件，而不是到窗口 /終端 ? 命令行格式為： mand [argument]filename 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的獨(dú)立性 ， 必須在驅(qū)動(dòng)程序之上設(shè)置一層軟 件 ， 稱為設(shè)備獨(dú)立性軟件 ， 其主要功能有以下兩個(gè)方面： 1. 執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作 ? 獨(dú)立設(shè)備的分配與回收 ? 邏輯設(shè)備名與物理設(shè)備名的映射 ? 設(shè)備保護(hù) ? 緩沖管理 ? 差錯(cuò)控制 2. 向用戶層 （ 或文件層 ） 軟件提供統(tǒng)一的接口 ? 無(wú)論何種設(shè)備 ， 向用戶提供的接口都是相同的 設(shè)備分配的策略 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 設(shè)備分配的策略 3. 邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名的映射 ， 系統(tǒng)必須設(shè)置一張邏 輯設(shè)備表 LUT（ Logical Unit Table） ， 能夠?qū)?yīng)用程序中所使用的邏 輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名 ， 并提供該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的人口地址 。 一． 設(shè)備分配中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：系統(tǒng)設(shè)備表 （ SDT） 、 設(shè)備控制表 （ DCT） 、 控制器控制表 （ COCT） 、 通道控制表 （ CHCT） 。 每個(gè)設(shè)備占一個(gè)表目 ， 其中包括 設(shè)備類型 、 設(shè)備標(biāo)識(shí)符 、 設(shè)備控制表指針及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 的入口地址等表項(xiàng) 。 表中除了有用于指示設(shè)備類型的 字段和設(shè)備標(biāo)識(shí)符字段外 ， 還應(yīng)有下列字段： ? 設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針 凡因請(qǐng)求本設(shè)備而未得到滿足的進(jìn)程，其 PCB都應(yīng)按照一定的 策略排成一個(gè)隊(duì)列，稱為設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列或簡(jiǎn)稱為設(shè)備隊(duì)列。 ? 設(shè)備狀態(tài) 當(dāng)設(shè)備自身處于 “ 忙 ” 狀態(tài)時(shí)，將設(shè)備的忙標(biāo)志置 “ l”。 設(shè)備分配程序 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 ? COCT表指針 該指針指向與該設(shè)備相連接的控制器的控制表。此時(shí)，在 DCT中應(yīng) 設(shè)置多個(gè)控制器表指針。只要在規(guī)定的重復(fù)次數(shù)或時(shí) 間內(nèi)恢復(fù)正常傳送，則仍認(rèn)為傳送成功，否則才認(rèn)為傳送失敗。 三． 設(shè)備分配程序的改進(jìn) 為了獲得設(shè)備的獨(dú)立性 ， 進(jìn)程應(yīng)用邏輯設(shè)備名請(qǐng)求 I/O。 如忙 ， 則查找第二個(gè)該類設(shè)備的 DCT， 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)列中 。 此時(shí)對(duì)多個(gè)控制器和通道的分配 ， 必須查找 所有的控制器和通道 ， 才能決定是否將該進(jìn)程掛起 。 當(dāng)多道程序設(shè)計(jì)的分時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)后，可以將一臺(tái) 主機(jī)虛擬為多臺(tái)共享主機(jī)，也可以將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備改 造成可以共享的虛擬設(shè)備。 這樣 ， 便在主機(jī)的直接控制下 ， 實(shí)現(xiàn)脫機(jī)輸入 、 輸出功 能 。 SPOOLing技術(shù) 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． SPOOLing系統(tǒng)的組成 SPOOLing系統(tǒng)是對(duì)脫機(jī)輸入、輸出工作的模擬，它必須 有高速隨機(jī)外存（硬盤）的支持。 SPOOLing系統(tǒng)主要有以下 三部分（如下圖所示）： 1. 輸入井和輸出井 在磁盤上開(kāi)辟的兩個(gè)大的存儲(chǔ)空間。當(dāng) CPU需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，直接從輸入 井讀入內(nèi)存。 SPOOLing技術(shù) 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 三． 共享打印機(jī) 打印機(jī)是獨(dú)享設(shè)備。共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛 地用于多用戶系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)。 ，將打印要求填入其中，并將掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列中。 2. 檢查用戶 I/O請(qǐng)求的合法性 ， 了解 I/O設(shè)備的狀態(tài) ， 設(shè) 置工作方式 。 4. 及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求 ， 并根據(jù)其 中斷調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理 。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn) 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 三． 設(shè)備處理方式 根據(jù)在設(shè)備處理時(shí)是否設(shè)置進(jìn)程 ， 以及設(shè)置什么樣的進(jìn)程 ， 設(shè)備處 理方式可分為以下三類： 1. 為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè) I/O進(jìn)程 它專門執(zhí)行這類設(shè)備的 I/O操作。 2. 整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè) I/O進(jìn)程 全面負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送工作， I/O請(qǐng)求處理模塊，設(shè)備分配模塊 以及緩沖器管理模塊和中斷原因分析、中斷處理模塊和后述的設(shè)備驅(qū)動(dòng) 模塊都是 I/O進(jìn)程的一部分。 3. 不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程 而是只為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序，供用戶進(jìn)程和系統(tǒng)進(jìn)程調(diào) 用。在采用信號(hào)量機(jī)制時(shí)，可通過(guò)執(zhí)行 V操作，將處于阻塞狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)（程序）進(jìn)程喚醒。 3. 分析中斷原因，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備中斷處理程序。 5. 恢復(fù)被中斷進(jìn)程或由調(diào)度程序選中的進(jìn)程的 CPU的現(xiàn)場(chǎng) 6. 返回被中斷的進(jìn)程，或進(jìn)入新選中的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。 作業(yè) 演講完畢，謝謝觀看！