【正文】 在聯機情況下實現的同時外圍操作稱為 SPOOLing， 也稱為 假脫機操作 。SPOOLing系統的組成n 輸入井和輸出井n 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)n 輸入進程和輸出進程SPOOLing系統工作原理n 作業(yè)執(zhí)行前預先將程序和數據輸入到輸入井中n 作業(yè)運行后，使用數據時，從輸入井中取出n 作業(yè)執(zhí)行不必直接啟動外設輸出數據，只需將這些數據寫入輸出井中n 作業(yè)全部運行完畢，再由外設輸出全部數據和信息好處：實現了對作業(yè)輸入、組織調度和輸出的統一管理使外設在 CPU直接控制下，與 CPU并行工作（假脫機）輸入裝置輸入裝置通道通道輸出裝置輸出裝置通 道 主機系統輸入管 輸出管理模塊 理模塊外 存輸入井 輸出井 SPOOLing系統圖示SPOOLing系統的特點提高了 I/O速度將獨占設備改造為共享設備實現了虛擬設備功能I/O進程控制I/O控制的引入系統在何時分配設備，在何時申請緩沖，和由哪個進程進行中斷響應呢 ? 另外，盡管 CPU向設備或通道發(fā)出了啟動指令，設備的啟動以及 I/O控制器中有關寄存器的值由誰來設置呢 ? 這些都是前面的討論中沒有解決的問題。從用戶進程的輸入輸出請求開始，給用戶進程分配設備和啟動有關設備進行 I/O操作，以及在I/O操作完成之后響應中斷，進行善后處理為止的整個系統控制過程稱為 I/O控制 。I/O控制的功能如圖所示。 I/O控制的功能 ?I/O控制過程首先收集和分析調用 I/O控制過程的原因：是外設來的中斷請求？還是進程來的 I/O請求？然后分別調用不同的程序模塊進行處理。上圖中各子模塊的功能 : I/O請求處理是用戶進程和設備管理程序接口的一部分，它把用戶進程的 I/O請求變換為設備管理程序所能接受的信息。一般來說，用戶的 I/O請求包括 : 所申請進行 I/O操作的邏輯設備名、要求的操作、傳送數據的長度和起始地址等。 I/O請求處理模塊對用戶的 I/O請求進行處理。它首先將 I/O請求中的邏輯設備名轉換為對應的物理設備名；然后，檢查 I/O請求命令中是否有參數錯誤；在 I/O請求命令參數正確時，它把該命令插入指向相應 DCT 的 I/O請求隊列；然后啟動設備分配程序。在有通道的系統中， I/O請求處理模塊還將按I/O請求命令的要求編制出通道程序。在設備分配程序為 I/O請求分配了相應的設備、控制器和通道之后， I/O控制模塊還將啟動緩沖管理模塊為此次 I/O傳送申請必要的緩沖區(qū)，以保證 I/O傳送的順利完成。緩沖區(qū)的申請也可在設備分配之前進行。例如 UNIX系統首先請求緩沖區(qū)，然后把 I/O請求命令寫到緩沖區(qū)中并將該緩沖區(qū)掛到設備的 I/O請求隊列上。另外，在數據傳送結束后，外設發(fā)出中斷請求， I/O控制過程將調用中斷處理程序和做出中斷響應。對于不同的中斷，其善后處理不同。例如處理結束中斷時，要釋放相應的設備、控制器和通道，并喚醒正在等待該操作完成的進程。另外，還要檢查是否還有等待該設備的I/O請求命令。如有，則要通知 I/O控制過程進行下一個I/O傳送。I/O控制的實現I/O控制過程在系統中可以按三種方式實現 : (1) 作為請求 I/O操作的進程的一部分實現。這種情況下，請求 I/O操作的進程應具有良好的實時性，且系統應能根據在中斷信號的內容準確地調度到請求所對應 I/O操作的進程占據處理機，因為在大多數情況下，當一個進程發(fā)出 I/O請求命令之后，都被阻塞睡眠。(2) 作為當前進程的一部分實現。作為當前進程的一部分實現時，不要求系統具有高的實時性。但由于當前進程與完成的 I/O操作無關，所以當前進程不能接受 I/O請求命令的啟動 I/O操作。不過，當前進程可以在接收到中斷信號后，將中斷信號轉交給 I/O控制模塊處理，因此，如果讓請求 I/O操作的進程調用 I/O操作控制部分 (I/O請求處理、設備分配、緩沖區(qū)分配等 )，而讓當前進程負責調用中斷處理部分也是一種可行的 I/O控制方案。(3) I/O控制由專門的系統進程 ——I/O進程完成。在用戶進程發(fā)出 I/O請求命令之后，系統調度 I/O進程執(zhí)行，控制 I/O操作。同樣，在外設發(fā)出中斷請求之后， I/O進程也被調度執(zhí)行以響應中斷。 I/O請求處理模塊、設備分配模塊以及緩沖區(qū)管理模塊和中斷原因分析、中斷處理模塊和后述的設備驅動程序模塊等都是 I/O進程的一部分。I/O進程也可分為三種方式實現。即 : a. 每類 (個 )設備設一專門的 I/O進程，且該進程只能在系統態(tài)下執(zhí)行。b. 整個系統設一 I/O進程，全面負責系統的數據傳送工作。又可把 I/O進程分為輸入進程和輸出進程。c. 每類 (個 )設備設一個專門的 I/O進程，但該進程既可在用戶態(tài)也可在系統態(tài)下執(zhí)行。設備驅動程序設備驅動程序是驅動物理設備和 DMA控制器或 I/O控制器等直接進行 I/O操作的子程序的集合。負責設置相應設備有關寄存器的值，啟動設備進行 I/O操作，指定操作的類型和數據流向等。為了對驅動程序進行管理，系統中設置有設備開關表DST。 設備開關表中給出相應設備的各種操作子程序的入口地址，例如打開、關閉、讀、寫和啟動設備子程序的入口地址。一般設備開關表是二維結構，其中的行和列分別表示設備類型和驅動程序類型。設備開關表也是 I/O進程的一個數據結構。 I/O控制過程為進程分配設備和緩沖區(qū)之后，可以使用設備開關表調用所需的驅動程序進行 I/O操作。磁盤存儲器管理n 1 磁盤概述n 2 磁盤調度算法n 3 磁盤容錯技術n 4 文件系統性能的改善n 5 數據一致性控制目前，幾乎所有隨機存取的文件，都是存放在磁盤上，磁盤 I/O速度的高低將直接影響文件系統的性能。硬盤分為兩種：n 固定頭磁盤：每個磁道設置一個磁頭，變換磁道時不需要磁頭的機械移動，速度快但成本高n 移動頭磁盤：一個盤面只有一個磁頭，變換磁道時需要移動磁頭，速度慢但成本低1 磁盤概述柱面扇區(qū)磁臂磁頭側視圖磁道扇區(qū)俯視圖信息記錄在磁道上，多個盤片，正反兩面都用來記錄信息，每面一個 磁頭所有盤面中處于同一磁道號上的所有磁道組成一個柱面每個 扇區(qū) 大小為 512字節(jié) 物理地址形式： 柱面號 磁頭號 扇區(qū)號柱面、磁頭、扇區(qū)典型參數20G： 39813 柱面 16 頭 63 扇區(qū)60G： 28733 柱面 16 頭 255 扇區(qū)由三個動作組成：n 尋道 ：磁頭移動定位到指定磁道n 旋轉延遲：等待指定扇區(qū)從磁頭下旋轉經過n 數據傳輸：數據在磁盤與內存之間的實際傳輸磁盤的訪問過程n 尋道時間 Ts： 大約幾 ms到幾十 msn 旋轉延遲時間 Tr： 對于 7200轉 /分，平均延遲時間為 n 數據傳輸時間 Tt： 目前磁盤的傳輸速度一般有幾十 M/s， 傳輸一個扇區(qū)的時間小于磁盤的訪問時間思考要提高磁盤的數據訪問速度，主要應在哪方面下功夫？分析要提高磁盤的訪問速度主要應從以下兩方面入手：n 數據的合理組織n 磁盤的調度算法2 磁盤調度算法當多個訪盤請求在等待時，采用一定的策略，對這些請求的服務順序調整安排，旨在降低平均磁盤服務時間，達到公平、高效公平：一個 I/O請求在有限時間內滿足高效：減少設備機械運動所帶來的時間浪費n 先來先服務n 最短尋道時間優(yōu)先n 掃描算法n 單向掃描調度算法按訪問請求到達的先后次序服務n 優(yōu)點：簡單，公平；n 缺點：效率不高，相鄰兩次請求可能會造成最內到最外的柱面尋道，使磁頭反復移動，增加了服務時間，對機械也不利先來先服務假設磁盤訪問序列： 98， 183， 37， 122，14， 124， 65， 67讀寫頭起始位置： 53n 安排磁頭服務序列n 計算磁頭移動總距離（道數）例圖解98， 183， 37， 122， 14， 124， 65， 67磁頭走過的總道數： 640優(yōu)先選擇距當前磁頭最近的訪問請求進行服務，主要考慮尋道優(yōu)先n 優(yōu)點：改善了磁盤平均服務時間；n 缺點：造成某些訪問請求長期等待得不到服務最短尋道時間優(yōu)先圖解65， 67 ， 37， 14， 98， 122， 124， 183磁頭走過的總道數： 23698， 183， 37， 122， 14， 124， 65， 67克服了最短尋道優(yōu)先的缺點，既 考慮了距離，同時又 考慮了方向n 具體做法：當設備無訪問請求時，磁頭不動；當有訪問請求時，磁頭按一個方向移動，在移動過程中對遇到的訪問請求進行服務，然后判斷該方向上是否還有訪問請求，如果有則繼續(xù)掃描；否則改變移動方向，并為經過的訪問請求服務，如此反復掃描算法（電梯算法）圖圖解37， 14， 65， 67 ， 98， 122， 124， 183磁頭走過的總道數： 20898， 183， 37， 122， 14， 124， 65， 67也稱循環(huán)掃描算法。n 電梯算法杜絕了饑餓，但當請求對磁道的分布是均勻時，磁頭回頭，近磁頭端的請求很少（因為磁頭剛經過），而遠端請求較多，這些請求等待時間要長一些。216。 總是從 0號柱面開始向里掃描。移動臂到達最后個一個柱面后，立即帶動讀寫磁