【正文】 容 輸 入提 取 輸 出用戶(hù)程序提 取 輸 入收 容 輸 出緩 沖 池第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 設(shè) 備 分 配 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1. 設(shè)備控制表 DCT 設(shè)備類(lèi) 型 t y p e設(shè)備標(biāo) 識(shí)符： d e v i c e i d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D C T 1D C T 2D C T n設(shè)備控制表集合圖 516 設(shè)備控制表 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 控制器控制表、 通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表 圖 517 COCT、 CHCT和 SDT表 ( c ) 系統(tǒng) 設(shè) 備 表 S D T控制器 標(biāo)識(shí)符： c o n t r o l l e r i d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)尾指針通道標(biāo) 識(shí)符： c h a n n e l i d通道狀 態(tài)：忙/ 閑與通道 連接的控制器表首址通道隊(duì) 列的隊(duì)首指針通道隊(duì) 列的隊(duì)尾指針( a ) 控制器 表 C O C T ( b ) 通道表 C H C T表目 1?表目 i?設(shè)備類(lèi)設(shè)備標(biāo) 識(shí)符D C T驅(qū)動(dòng)程 序入口第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 根據(jù)設(shè)備類(lèi)型查找 SDT 找到 在 SDT表中找到 DCT表指針，從 DCT表中讀出狀態(tài) 進(jìn)程轉(zhuǎn)入等待狀態(tài) 忙否？ 安全？ 安全性檢查 分配設(shè)備給用戶(hù)進(jìn)程 從 DCT中獲得下一個(gè) COCT指針 忙否？ 分配控制器給用戶(hù)進(jìn)程 從 COCT中獲得下一個(gè) CHCT指針 忙否？ 分配通道給用戶(hù)進(jìn)程 還有其它控制器 進(jìn)程等待 還有其它通道 進(jìn)程等待 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 1. 設(shè)備的固有屬性 (1) 獨(dú)享設(shè)備。 (3) 虛擬設(shè)備。 (2) 優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先。 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 。 在應(yīng)用程序中 ， 使用邏輯設(shè)備名稱(chēng)來(lái)請(qǐng)求使用某類(lèi)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(chēng) 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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 。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 。 例如， 對(duì)各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用 read。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3. 邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn) 1) 邏輯設(shè)備表 2) LUT的設(shè)置問(wèn)題 圖 518 邏輯設(shè)備表 邏輯設(shè) 備名 物理設(shè) 備名驅(qū)動(dòng)程 序入口地 址/ d e v / t t y/ d e v / p r i n t e r351 0 2 42 0 4 6? ? ?邏輯設(shè) 備名/ d e v / t t y/ d e v / p r i n t e r?系統(tǒng)設(shè) 備表指針35( a ) ( b )第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 獨(dú)占設(shè)備的分配程序 1. 基本的設(shè)備分配程序 1) 分配設(shè)備 2) 分配控制器 3) 分配通道 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 設(shè)備分配程序的改進(jìn) 1) 增加設(shè)備的獨(dú)立性 2) 考慮多通路情況 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 SPOOLing技術(shù) 1. 什么是 SPOOLing 為了緩和 CPU的高速性與 I/O設(shè)備低速性間的矛盾而引入了脫機(jī)輸入 、 脫機(jī)輸出技術(shù) 。 事實(shí)上 ， 當(dāng)系統(tǒng)中引入了多道程序技術(shù)后 ， 完全可以利用其中的一道程序 ， 來(lái)模擬脫機(jī)輸入時(shí)的外圍控制機(jī)功能 ， 把低速 I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤(pán)上；再用另一道程序來(lái)模擬脫機(jī)輸出時(shí)外圍控制機(jī)的功能 ， 把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)傳送到低速輸出設(shè)備上 。 此時(shí)的外圍操作與 CPU對(duì)數(shù)據(jù)的處理同時(shí)進(jìn)行 ， 我們把這種在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱(chēng)為 SPOOLing(Simultaneous Peripheral Operating OnLine)， 或稱(chēng)為假脫機(jī)操作 。 當(dāng)用戶(hù)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(hù)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(pán)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(hù)進(jìn)程申請(qǐng)一張空白的用戶(hù)請(qǐng)求打印表 ， 并將用戶(hù)的打印要求填入其中 ， 再將該表掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列上 。 (2) 將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 設(shè) 備 處 理 – 設(shè)備處理是指：在系統(tǒng)為請(qǐng)求 I/O的進(jìn)程分配了設(shè)備以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)通路（控制器和通道）后，啟動(dòng)設(shè)備去進(jìn)行實(shí)際的 I/O操作，它通常是由（ 1）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 (2)I/O中斷服務(wù)程序配合完成。 (2) 驅(qū)動(dòng)程序中的代碼是設(shè)備硬件相關(guān)的 只有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序才是操作系統(tǒng)中唯一知道設(shè)備控制器具體操作以及用途的部分，如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序知道磁道，扇區(qū)，柱面，磁頭，磁臂的運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，磁頭定位次數(shù)等接口機(jī)制 . 正是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序掩蓋了設(shè)備硬件接口操作、設(shè)備物理記錄長(zhǎng)度等物理細(xì)節(jié)。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 1. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 (1) 接收由 I/O進(jìn)程發(fā)來(lái)的命令和參數(shù) ， 并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 ， 例如 ， 將磁盤(pán)塊號(hào)轉(zhuǎn)換為磁盤(pán)的盤(pán)面 、 磁道號(hào)及扇區(qū)號(hào) 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 (3) 發(fā)出 I/O命令 ， 如果設(shè)備空閑 ， 便立即啟動(dòng) I/O設(shè)備去完成指定的 I/O操作；如果設(shè)備處于忙碌狀態(tài) ， 則將請(qǐng)求者的請(qǐng)求塊掛在設(shè)備隊(duì)列上等待 。 (5) 對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ， 驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶(hù)的 I/O請(qǐng)求 ， 自動(dòng)地構(gòu)成通道程序 。 (3) 不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的設(shè)備處理進(jìn)程 ， 而只為各類(lèi)設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序 (模塊 )， 供用戶(hù)進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用 。 (2) 驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備控制器和 I/O設(shè)備的硬件特性緊密相關(guān) ， 因而對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備應(yīng)配置不同的驅(qū)動(dòng)程序 。 (4) 由于驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān) ， 因而其中的一部分必須用匯編語(yǔ)言書(shū)寫(xiě) 。 通過(guò)這些磁頭可訪(fǎng)問(wèn)所有各磁道 ， 并進(jìn)行并行讀 /寫(xiě) ， 有效地提高了磁盤(pán)的 I/O速度 。 2) 每一個(gè)盤(pán)面僅配有一個(gè)磁頭 ， 也被裝入磁臂中 。 可見(jiàn) ， 移動(dòng)磁頭僅能以串行方式讀 /寫(xiě) ， 致使其 I/O速度較慢；但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 故仍廣泛應(yīng)用于中小型磁盤(pán)設(shè)備中 。該時(shí)間是啟動(dòng)磁臂的時(shí)間 s與磁頭移動(dòng) n條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和 ， Ts=m n+s 其中 ， m是一常數(shù) ， 與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān) ， 對(duì)一般磁盤(pán) ， m=；對(duì)高速磁盤(pán) ， m≤, 磁臂的啟動(dòng)時(shí)間約為 2 ms。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2) 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Tτ 這是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3) 傳輸時(shí)間 Tt 這是指把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出或向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間 。 因?yàn)橹灰粩嘤行逻M(jìn)程的請(qǐng)求到達(dá) ， 且其所要訪(fǎng)問(wèn)的磁道與磁頭當(dāng)前所在磁道的距離較近 ， 這種新進(jìn)程的 I/O請(qǐng)求必須優(yōu)先滿(mǎn)足 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2) SCAN算法 圖 525 SCAN調(diào)度算法示例 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 4. 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 圖 526 CSCAN調(diào)度算法示例 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 5. NStepSCAN和 FSCAN調(diào)度算法 1) NStepSCAN 在 SSTF、 SCAN及 CSCAN幾種調(diào)度算法中 ， 都可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動(dòng)的情況 ， 例如 ， 有一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程對(duì)某一磁道有較高的訪(fǎng)問(wèn)頻率 ， 即這個(gè) (些 )進(jìn)程反復(fù)請(qǐng)求對(duì)某一磁道的 I/O操作 ， 從而壟斷了整個(gè)磁盤(pán)設(shè)備 。 在高密度磁盤(pán)上容易出現(xiàn)此情況 。 而每處理一個(gè)隊(duì)列時(shí)又是按 SCAN算法 ， 對(duì)一個(gè)隊(duì)列處理完后 ， 再處理其他隊(duì)列 。 當(dāng) N值取得很大時(shí) ， 會(huì)使 N步掃描法的性能接近于 SCAN算法的性能； 當(dāng) N=1時(shí) ， N步 SCAN算法便蛻化為FCFS算法 。 一個(gè)是由當(dāng)前所有請(qǐng)求磁盤(pán) I/O的進(jìn)程形成的隊(duì)列 ， 由磁盤(pán)調(diào)度按 SCAN算法進(jìn)行處理 。 這樣 ， 所有的新請(qǐng)求都將被推遲到下一次掃描時(shí)處理 。 因此 ， 這里的高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤(pán) ， 而物理上是駐留在內(nèi)存中的盤(pán)塊 。 第一種是在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)空間來(lái)作為磁盤(pán)高速緩存 ， 其大小是固定的 ， 不會(huì)受應(yīng)用程序多少的影響；第二種是把所有未利用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€(gè)緩沖池 ， 供請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)和磁盤(pán) I/O時(shí) (作為磁盤(pán)高速緩存 )共享 。 當(dāng)磁盤(pán) I/O的頻繁程度較高時(shí) ， 該緩沖池可能包含更多的內(nèi)存空間；而在應(yīng)用程序運(yùn)行得較多時(shí) ， 該緩沖池可能只剩下較少的內(nèi)存空間 。 這是直接將高速緩存中的數(shù)據(jù) ， 傳送到請(qǐng)求者進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)中 。 只將指向高速緩存中某區(qū)域的指針 ， 交付給請(qǐng)求者進(jìn)程 。 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(fǎng)問(wèn)頻率。 (3) 數(shù)據(jù)的一致性。 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(pán)塊數(shù)據(jù)寫(xiě)回磁盤(pán) 。 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 。 MSDOS所采用的寫(xiě)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(pán) 。安排如下表所示。試問(wèn)處理完成 4個(gè)記錄的總時(shí)間是多少？為了縮短處理時(shí)間應(yīng)當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化分布，試問(wèn)如何安排這些記錄。 塊號(hào) 1 2 3 4 記錄號(hào) A B C D 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列 Redundant Array of Inexpensive Disk 是由許多臺(tái)磁盤(pán)機(jī)或者光盤(pán)機(jī)按照一定的規(guī)則 ,如分條(Striping),分塊 (Declustering),交叉存取 (Interleaving)等組成的一個(gè)快速 ,超大容量的存儲(chǔ)子系統(tǒng) 1988年 ,美國(guó)加州大學(xué) Berkeley分校 David Patterson等人提出 . 該技術(shù)發(fā)展很快 ,并走向成熟 ,現(xiàn)在已經(jīng)基本得到公認(rèn)的有 8種 ,RAID0~RAID7 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 1. 并行交叉存取 圖 527 磁盤(pán)并行交叉存取方式 1 2 3…N第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. RAID (1) RAID 0級(jí)。 (3) RAID 3級(jí)。 (5) RAID 6級(jí)和 RAID 7級(jí)。（沒(méi)有冗余能力） 至少兩個(gè)盤(pán) ? RAID1 把一個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤(pán)上。 (2) 磁盤(pán) I/O速度高。