2023/2/61第五章

設(shè)備管理第一節(jié)

輸入輸出系統(tǒng)第二節(jié)

輸入輸出控制方式第三節(jié)

緩沖管理第四節(jié)

設(shè)備分配第五節(jié)

設(shè)備處理第六節(jié)

磁盤存儲(chǔ)管理2023/2/62第一節(jié)

輸入輸出系統(tǒng)I/O設(shè)備設(shè)備控制器I/O通道總線系統(tǒng)I/O系統(tǒng)是用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、輸出和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的系統(tǒng)。2023/2/631、I/O設(shè)備I/O設(shè)備的類型按傳輸速率分類：低速、中速、高速設(shè)備按信息交換單位分類：塊設(shè)備(可尋址)、字符設(shè)備(不可尋址)按設(shè)備的共享屬性：獨(dú)占(即臨界資源)、共享(必須可尋址和可隨機(jī)訪問，如磁盤)、虛擬設(shè)備設(shè)備與控制器之間的接口在該接口中，有三種類型的信號(hào)線：數(shù)據(jù)信號(hào)線：用于設(shè)備和控制器之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)線：控制器向設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)時(shí)的通路狀態(tài)信號(hào)線：傳送指示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的信號(hào)鍵盤、鼠標(biāo)、語言輸入輸出打印機(jī)磁帶機(jī)、磁盤機(jī)、光盤機(jī)2023/2/642、設(shè)備控制器一些設(shè)備會(huì)有機(jī)械和電子兩部分。電子部分稱為設(shè)備控制器。它是CPU和設(shè)備之間的接口?；竟δ埽?、接收和識(shí)別命令在控制器中應(yīng)具有控制寄存器，用來存放接收的命令和參數(shù)，并進(jìn)行譯碼設(shè)備控制器負(fù)責(zé)控制一個(gè)或多個(gè)I/O設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)交換。2023/2/65基本功能（續(xù)上）：2、數(shù)據(jù)交換－－寄存器實(shí)現(xiàn)CPU與控制器，控制器與設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換3、標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)控制器中的狀態(tài)寄存器記錄設(shè)備的狀態(tài)供CPU了解4、地址識(shí)別－－地址譯碼器每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)地址，控制器必須能識(shí)別。5、數(shù)據(jù)緩沖－－緩沖器解決I/O設(shè)備與CPU、內(nèi)存速度不匹配的矛盾6、差錯(cuò)控制控制器兼管對(duì)由I/O設(shè)備傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測2023/2/66設(shè)備控制器的組成：設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口共有三類線：數(shù)據(jù)線、地址線、控制線設(shè)備控制器與設(shè)備的接口每個(gè)接口中都存在數(shù)據(jù)、控制、狀態(tài)三種信號(hào)I/O邏輯－－實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制

CPU利用它向控制器發(fā)送命令；負(fù)責(zé)對(duì)命令譯碼和地址譯碼。2023/2/67地址識(shí)別數(shù)據(jù)緩沖差錯(cuò)控制CPU與控制器接口 控制器與設(shè)備接口數(shù)據(jù)線地址線控制線數(shù)據(jù)寄存器控制/狀態(tài)寄存器I/O邏輯控制器與設(shè)備接口1控制器與設(shè)備接口n………數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制設(shè)備控制器的組成2023/2/683、I/O通道通道通道是專門用于處理I/O的處理機(jī)，它控制內(nèi)存和外設(shè)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。目的：建立獨(dú)立的I/O操作，減輕CPU的負(fù)擔(dān)工作方式：CPU向通道發(fā)送I/O命令，通道執(zhí)行通道程序，完成I/O后向CPU發(fā)送中斷信號(hào)。通道與一般處理機(jī)的不同：指令類型單一，僅能執(zhí)行I/O指令。通道沒有自己的內(nèi)存，通道程序放在主存中。2023/2/69通道的類型字節(jié)多路通道：是一種按字節(jié)交叉方式工作的通道，每一個(gè)子通道連接一臺(tái)I/O設(shè)備，采用多路分時(shí)復(fù)用－－按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式共享主通道。數(shù)組選擇通道：

字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備；可以連接多臺(tái)高速設(shè)備，獨(dú)占使用，一段時(shí)間只能執(zhí)行一道通道程序；成組（塊）傳送；數(shù)組多路通道：<上述兩種技術(shù)的結(jié)合>

結(jié)合數(shù)組選擇通道“傳輸速率高”和字節(jié)多路通道“分時(shí)并行操作”的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送按數(shù)組方式，連接多臺(tái)高、中速外圍設(shè)備2023/2/610“瓶頸”問題通道資源有限，系統(tǒng)需要同時(shí)啟動(dòng)的設(shè)備可能較多存儲(chǔ)器通道1通道2控制器1控制器2I/O設(shè)備1I/O設(shè)備2I/O設(shè)備3I/O設(shè)備4CPU2023/2/611“瓶頸”問題解決方法：增加設(shè)備到主機(jī)間的通路。存儲(chǔ)器通道1通道2控制器1控制器2I/O設(shè)備1I/O設(shè)備2I/O設(shè)備3I/O設(shè)備4CPU2023/2/6124、總線系統(tǒng)系統(tǒng)總線連接CPU、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備（接口）等的紐帶；總線的性能評(píng)價(jià)：時(shí)鐘頻率、帶寬、傳輸速率。ISA和EISA總線ISA：1984年，帶寬：8位

16位，最高傳輸速率：2~16Mbps，能連接12臺(tái)設(shè)備。EISA：1989年，帶寬：32位，最高傳輸速率：32Mbps，能連接12臺(tái)設(shè)備。2023/2/613局部總線（LocalBus）定義：將多媒體卡、高速LAN網(wǎng)卡、高性能圖形板等從ISA總線上卸下來，再通過局部總線控制器直接接到CPU總線上，使之與高速CPU總線相匹配。VESA總線：總線帶寬為32位，最高傳輸速率：132Mbps，能連接2~4臺(tái)設(shè)備，控制器中無緩沖；PCI總線：支持64位系統(tǒng)，最高傳輸速率：500Mbps，能支持10種外設(shè)，PCI在CPU和外設(shè)之間插入一個(gè)復(fù)雜的管理層，管理層中配有數(shù)據(jù)緩沖。2023/2/614第二節(jié)

輸入輸出控制方式

程序I/O方式中斷驅(qū)動(dòng)I/O方式

DMA控制方式

I/O通道控制方式2023/2/6151、程序I/O方式忙——等待方式CPU向控制器發(fā)指令，啟動(dòng)I/O設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)把狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)標(biāo)志busy置1；然后不斷地循環(huán)測試busy。如果busy=1，說明I/O設(shè)備忙，CPU再進(jìn)行下一輪檢測；如果busy=0，說明I/O操作結(jié)束，CPU執(zhí)行下一條指令。CPU的高速性與I/O設(shè)備的低速性，致使CPU絕大部分時(shí)間處于等待I/O設(shè)備的循環(huán)測試中，造成對(duì)CPU的極大浪費(fèi)。2023/2/6162、中斷驅(qū)動(dòng)I/O方式中斷驅(qū)動(dòng)I/O過程啟動(dòng)：由CPU根據(jù)進(jìn)程的I/O請求，向設(shè)備控制器發(fā)出一條I/O命令；此后CPU繼續(xù)執(zhí)行其它進(jìn)程，即CPU與外設(shè)并行工作。I/O設(shè)備完成操作后，由控制器通過控制線向CPU發(fā)送一中斷信號(hào)，由CPU檢查I/O操作是否正確，……優(yōu)點(diǎn)——系統(tǒng)效率高：并行工作、用極少的時(shí)間處理中斷缺點(diǎn)：設(shè)備與CPU之間的數(shù)據(jù)交換仍以字（節(jié)）為單位。2023/2/6173、直接存儲(chǔ)器訪問DMAI/O控制方式DMA（DirectMemoryAccess）控制方式的引入適應(yīng)一次傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求；盡量減少CPU對(duì)高速外設(shè)的干預(yù)；該方式的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊。所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存，或者相反僅在傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時(shí)，才需要CPU干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的2023/2/618DMA控制器的組成命令/狀態(tài)寄存器CR內(nèi)存地址寄存器MAR數(shù)據(jù)寄存器DR:

暫存從設(shè)備到內(nèi)存的數(shù)據(jù)，或反之?dāng)?shù)據(jù)計(jì)數(shù)器DC:

存放本次CPU要讀或?qū)懙淖?節(jié))數(shù)CPU內(nèi)存主機(jī)－控制器接口DRMARDCCRI/O控制邏輯控制器與塊設(shè)備接口…DMA控制器系統(tǒng)總線命令count2023/2/619DMA工作過程（以磁盤數(shù)據(jù)讀入為例）CPU向磁盤控制器發(fā)送:讀命令到CR中、內(nèi)存的目標(biāo)起址到MAR中、數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)到DC中、磁盤中的源地址到控制器的控制邏輯上；啟動(dòng)DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。此后，CPU可以執(zhí)行其它任務(wù)；DMA控制器按照命令傳送數(shù)據(jù)：先從磁盤讀入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)送入DR后，再傳送到內(nèi)存中。修改并檢查DC中的數(shù)值：若DC中的值不為0，則繼續(xù)傳送下一個(gè)字節(jié)；為0，則發(fā)出一個(gè)中斷請求。2023/2/6204、I/O通道控制方式I/O通道控制方式的引入進(jìn)一步減少CPU對(duì)I/O操作的干預(yù)；以多個(gè)塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；一次傳送多組數(shù)據(jù)到多個(gè)不同的內(nèi)存區(qū)域。通道程序通道是通過執(zhí)行通道程序，并與設(shè)備控制器共同實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O設(shè)備的控制。通道程序由一系列通道指令（通道命令）構(gòu)成。2023/2/621

每條指令都包含以下信息：1、操作碼——指令執(zhí)行的操作：讀/寫2、內(nèi)存地址——字符送入/取出內(nèi)存的首址3、計(jì)數(shù)——表示本條指令所要讀/寫數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)4、通道程序結(jié)束位PP=1表示本條指令是最后一條5、記錄結(jié)束標(biāo)志位RR=1表示這是處理某記錄的最后一條指令2023/2/622操作PR計(jì)數(shù)內(nèi)存地址write0080813write001401034write01605830write013002000write002501850write11250720

下列通道程序的功能：將內(nèi)存中不同地址的數(shù)據(jù)，寫成多個(gè)記錄。2023/2/623第三節(jié)

緩沖管理

緩沖的引入單緩沖和雙緩沖循環(huán)緩沖緩沖池2023/2/624

提高CPU與I/O設(shè)備之間的并行性1、緩沖的引入緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾減少對(duì)CPU的中斷頻率，放寬對(duì)CPU中斷響應(yīng)時(shí)間的限制1位緩沖送內(nèi)存8位緩沖寄存器8位緩沖寄存器送內(nèi)存(a)(b)(c)根據(jù)I/O控制方式，緩沖的實(shí)現(xiàn)方法有兩種，一種是采用專用硬件緩沖器，另一種方法是內(nèi)存緩沖區(qū)又稱軟件緩沖。2023/2/625

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的緩沖器的個(gè)數(shù)，可把緩沖技術(shù)分為：

單緩沖雙緩沖循環(huán)緩沖緩沖池2023/2/626單緩沖在設(shè)備和處理機(jī)之間設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū)。T和C是可以并行的。系統(tǒng)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)的處理時(shí)間為Max(C,T)+M。處理(C)工作區(qū)緩沖區(qū)I/O設(shè)備輸入(T)傳送(M)用戶進(jìn)程T1T2T3T4M1M2M3C1C2C3t（塊設(shè)備）以塊設(shè)備數(shù)據(jù)讀入為例：2023/2/627雙緩沖－緩沖對(duì)換目的：加快輸入輸出的速度。系統(tǒng)處理每個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間可粗略認(rèn)為Max(C,T)。當(dāng)T>C，可使塊設(shè)備連續(xù)輸入；反之可使CPU不必等待設(shè)備輸入工作區(qū)緩沖區(qū)1I/O塊設(shè)備緩沖區(qū)2用戶進(jìn)程輸入(T)傳送(M)處理(C)以塊設(shè)備數(shù)據(jù)讀入為例：T1(緩沖1)T2(緩沖2)T3(緩沖3)T4(緩沖4)M1M2M3C1C2C3tM4C4注：C<T塊設(shè)備連續(xù)輸入2023/2/628緩沖區(qū)緩沖區(qū)(a)單緩沖A機(jī)B機(jī)(b)雙緩沖A機(jī)B機(jī)接受緩沖區(qū)接受緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)

如果在實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)機(jī)器通信時(shí)，只配置單緩沖，那么在任一時(shí)刻只能實(shí)現(xiàn)單方向的數(shù)據(jù)傳輸。

為了實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，必須在兩臺(tái)機(jī)器中都設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)。分別用在發(fā)送和接收。2023/2/629循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖的引入當(dāng)輸入和輸出的速度相差很大時(shí)，雙緩沖效果不理想，但可增加緩沖區(qū)的數(shù)量，改善情況循環(huán)緩沖是把多個(gè)緩沖區(qū)連接起來組成兩部分，一部分專門用于輸入，另一部分專門用于輸出的緩沖結(jié)構(gòu)。例如對(duì)于用做輸入的循環(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。2023/2/630循環(huán)緩沖的組成：多個(gè)緩沖區(qū)、多個(gè)指針每個(gè)緩沖區(qū)大小相同。用做輸入的緩沖區(qū)的類型有：

空緩沖區(qū)R、已裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)G、工作緩沖區(qū)C指針類型：指示計(jì)算進(jìn)程的下一個(gè)可用緩沖區(qū)G的指針nextg

指示輸入進(jìn)程下次可用的空緩沖區(qū)R的指針nexti

指示計(jì)算進(jìn)程正在使用的緩沖區(qū)C的指針current2023/2/631GetBuf()

計(jì)算進(jìn)程和輸入進(jìn)程可利用下述兩個(gè)過程使用循環(huán)緩沖區(qū)：GetBuf()ReleaseBuf()RGGGRGnextinextg123456RGGGRCnextinextgcurrent123456RGGGRR123456nextgnextiReleaseBuf()2023/2/632RGGGRR123456nextgnexti進(jìn)程的同步Nexti指針追上Nextg指針。意味著輸入進(jìn)程輸入數(shù)據(jù)的速度大于計(jì)算進(jìn)程處理數(shù)據(jù)的速度，再無空緩沖區(qū)可用。輸入進(jìn)程應(yīng)阻塞。Nextg指針追上Nexti指針。意味著輸入數(shù)據(jù)的速度低于計(jì)算進(jìn)程處理數(shù)據(jù)的速度，再無裝有數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)可用。計(jì)算進(jìn)程應(yīng)阻塞。2023/2/633緩沖池緩沖池的引入把專用循環(huán)緩沖變?yōu)楣镁彌_池提高內(nèi)存利用率。同時(shí)用于輸入/輸出的公用緩沖池的組成：空閑緩沖區(qū)裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)組織隊(duì)列：空緩沖（區(qū)）隊(duì)列emq：隊(duì)首指針F(emq)、隊(duì)尾指針L(emq)。2023/2/634由于緩沖區(qū)是臨界資源，在使用緩沖區(qū)時(shí)都有申請、釋放和互斥的問題。除了上述三個(gè)隊(duì)列外，還有四種工作緩沖區(qū)：用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)hin用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)sin用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)hout用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)sout輸入緩沖（區(qū)）隊(duì)列inq：隊(duì)首指針F(inq)、隊(duì)尾指針L(inq)輸出緩沖（區(qū)）隊(duì)列outq：隊(duì)首指針F(outq)、隊(duì)尾指針L(outq)2023/2/635緩沖區(qū)的四種工作方式收容輸入：收容輸入設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)提取輸入：計(jì)算進(jìn)程提取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)使用收容輸出：計(jì)算進(jìn)程輸出結(jié)果數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)提取輸出：輸出設(shè)備提取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)緩沖池收容輸入提取輸入提取輸出收容輸出hinsinsouthout用戶程序Getbuf(inq)Putbuf(emq,sin)Getbuf(outq)Putbuf(emq,sout)Getbuf(emq)Putbuf(outq,hout)Getbuf(emq)Putbuf(inq,hin)2023/2/636第四節(jié)

設(shè)備分配設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備獨(dú)立性獨(dú)占設(shè)備的分配程序SPOOLing技術(shù)

在多道程序環(huán)境下，設(shè)備必須由系統(tǒng)分配。每當(dāng)進(jìn)程向系統(tǒng)提出I/O請求時(shí)，設(shè)備分配程序按照一定的分配策略，把其所需的設(shè)備及其有關(guān)資源（如緩沖區(qū)、控制器和通道）分配給該進(jìn)程。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。2023/2/6371、設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)IO設(shè)備的管理和控制，需要對(duì)每臺(tái)設(shè)備、通道、控制器的情況進(jìn)行登記。設(shè)備分配程序依據(jù)這些信息進(jìn)行設(shè)備分配。設(shè)備控制表DCT（為每臺(tái)設(shè)備配置一張）控制器控制表COCT通道控制表CHCT系統(tǒng)設(shè)備表SDT2023/2/6382023/2/6392、設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性獨(dú)占設(shè)備：獨(dú)享分配策略，易引起死鎖共享設(shè)備：對(duì)進(jìn)程訪問設(shè)備的先后次序進(jìn)行調(diào)度虛擬設(shè)備：虛擬上共享，物理上先后次序設(shè)備分配算法先來先服務(wù)：設(shè)備請求隊(duì)列優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先：進(jìn)程優(yōu)先級(jí)高，其I/O請求也高設(shè)備分配中的安全性安全分配方式：進(jìn)程發(fā)出I/O請求后就進(jìn)入阻塞態(tài)。

摒棄“請求和保持”條件CPU和I/O對(duì)于該進(jìn)程是串行工作的；不安全分配方式：

進(jìn)程發(fā)出I/O請求仍繼續(xù)運(yùn)行，僅當(dāng)請求設(shè)備被其他進(jìn)程占用才阻塞。

可能具備“請求和保持”條件，從而造成死鎖。

好處是進(jìn)程可先前推進(jìn)迅速。2023/2/6402023/2/6413、設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備獨(dú)立性的概念（設(shè)備無關(guān)性）含義：應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。邏輯設(shè)備、物理設(shè)備在應(yīng)用程序中，使用邏輯設(shè)備名稱來請求使用某類設(shè)備；在執(zhí)行時(shí)，必須使用物理設(shè)備名稱。帶來的好處：設(shè)備分配時(shí)的靈活性易于實(shí)現(xiàn)I/O重定向：用于I/O操作的設(shè)備可以更換而不必改變應(yīng)用程序。2023/2/642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（LogicalUnitTable），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)程序的入口地址。邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名的映射邏輯設(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/dev/tty31024/dev/printer52046………2023/2/643獨(dú)占設(shè)備的分配程序基本的設(shè)備分配程序

分配設(shè)備分配控制器分配通道設(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)備名請求I/O。這樣，系統(tǒng)查找所有該類設(shè)備的DCT，當(dāng)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。實(shí)際上，系統(tǒng)為了提高可靠性和靈活性，通常采用多通路的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。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。2023/2/644基本的設(shè)備分配流程進(jìn)程P提出所需的I/O設(shè)備根據(jù)物理設(shè)備名，從SDT中找出該設(shè)備的DCT由DCT的設(shè)備狀態(tài)字段，檢查該設(shè)備是否忙？將該進(jìn)程的PCB插入到該設(shè)備的等待隊(duì)列中檢查本次設(shè)備分配是否安全？將此設(shè)備分配給該進(jìn)程從其DCT中找出與該設(shè)備連接的控制器的COCT，檢查該控制器是否忙？將該進(jìn)程的PCB插入到該控制器的的等待隊(duì)列中將該控制器分配給進(jìn)程從COCT中找到與該控制器連接的通道的CHCT，檢查該通道是否忙？將該進(jìn)程的PCB插入到該通道的的等待隊(duì)列中將該通道分配給進(jìn)程至此，設(shè)備、控制器和通道三者都已分配成功啟動(dòng)I/O設(shè)備，進(jìn)行具體的I/O操作不忙不忙不忙忙忙安全不安全忙2023/2/6455、SPOOLing技術(shù)什么是SPOOLing技術(shù)（假脫機(jī)技術(shù)）

定義：在聯(lián)機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作特點(diǎn)：是對(duì)脫機(jī)輸入輸出系統(tǒng)的模擬。因此，必須建立在具有多道程序功能的操作系統(tǒng)上，而且需要高速外存的支持。方式：將數(shù)據(jù)從輸入設(shè)備傳送到磁盤或反之。通過它可以將一臺(tái)獨(dú)占的物理設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯設(shè)備，從而允許多個(gè)用戶（進(jìn)程）共享。2023/2/646SPOOLing系統(tǒng)的組成輸入井和輸出井：在磁盤上開辟的兩個(gè)大存儲(chǔ)空間輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)：在內(nèi)存中開辟的兩個(gè)緩沖區(qū)輸入進(jìn)程Spi和輸出進(jìn)程Spo：是內(nèi)存中的兩個(gè)進(jìn)程2023/2/647輸入進(jìn)程SPi輸出進(jìn)程SPo輸入緩沖區(qū)Bi輸出緩沖區(qū)Bo輸入設(shè)備輸出設(shè)備磁盤輸入井輸出井2023/2/648共享打印機(jī)SPOOLing系統(tǒng)接收到用戶進(jìn)程的打印輸出請求后：由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請一個(gè)空閑磁盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請一張空白的用戶請求打印表（I/O請求表），并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請求打印隊(duì)列上。當(dāng)打印機(jī)空閑時(shí)，輸出進(jìn)程將從請求打印隊(duì)列的隊(duì)首取出一張請求打印表，再從輸出井把數(shù)據(jù)送到內(nèi)存緩沖區(qū)，啟動(dòng)打印機(jī)打印輸出。打印完后，輸出進(jìn)程檢查請求打印隊(duì)列……2023/2/649SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn):提高了I/O的速度，緩和了CPU與低速I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾利用高速共享設(shè)備，將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能：用戶都感到獨(dú)占了一臺(tái)設(shè)備2023/2/650第五節(jié)

設(shè)備處理（驅(qū)動(dòng)）

接收上層軟件發(fā)來的抽象要求，比如：Read、Write等命令，再把它們轉(zhuǎn)化為具體要求發(fā)送給設(shè)備控制器，啟動(dòng)設(shè)備執(zhí)行；同時(shí)，還負(fù)責(zé)把設(shè)備控制器發(fā)來的信號(hào)傳送給上層軟件。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程中斷處理程序的處理過程2023/2/651設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序，常常是設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)程接收由I/O進(jìn)程發(fā)來的命令和參數(shù)，轉(zhuǎn)換為具體要求檢查用戶I/O請求的合法性，了解設(shè)備狀態(tài)，傳遞或設(shè)置參數(shù)發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)設(shè)備，或掛在相應(yīng)的設(shè)備隊(duì)列上及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來的中斷請求，根據(jù)中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理對(duì)于設(shè)有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)I/O請求自動(dòng)構(gòu)成通道程序1、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備處理方式為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，專門執(zhí)行這類設(shè)備的I/O操作。在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)I/O進(jìn)程，專門用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的I/O操作；或者設(shè)置一個(gè)輸入進(jìn)程一個(gè)輸出進(jìn)程；只為各類設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序，供用戶進(jìn)程調(diào)用。2023/2/6522023/2/653設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)程序主要是指在請求I/O的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信和轉(zhuǎn)換程序。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)不同類型的設(shè)備應(yīng)配置不同的驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序與I/O設(shè)備所采用的I/O控制方式緊密相關(guān)。其中一部分必須用匯編語言書寫。2023/2/6542、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求檢查I/O請求的合法性讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)傳送必要的參數(shù)工作方式的設(shè)置

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要任務(wù)是啟動(dòng)指定設(shè)備。具體的處理過程如下：2023/2/6553、中斷處理程序的處理過程喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)（程序）進(jìn)程保護(hù)被中斷進(jìn)程的CPU環(huán)境轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序中斷處理恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場2023/2/656喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程保護(hù)被中斷進(jìn)程的CPU環(huán)境分析中斷原因，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序打印機(jī)中斷處理程序終端中斷處理程序磁盤中斷處理程序恢復(fù)被中斷進(jìn)程的CPU現(xiàn)場返回被中斷的進(jìn)程，繼續(xù)執(zhí)行中斷請求信號(hào)2023/2/657第六節(jié)

磁盤存儲(chǔ)管理磁盤性能簡述磁盤調(diào)度磁盤高速緩存2023/2/6581、磁盤性能簡述數(shù)據(jù)的組織和格式盤片和盤面，磁道（500-2000），扇區(qū)（10-100）格式化每個(gè)扇區(qū)包括兩個(gè)字段：標(biāo)識(shí)符字段、數(shù)據(jù)字段磁盤的類型固定頭磁盤：每條磁道上都有磁頭，裝在磁臂中。移動(dòng)頭磁盤：每個(gè)盤面一個(gè)磁頭，裝在磁臂中，磁頭能夠移動(dòng)以尋道。2023/2/659磁盤訪問時(shí)間尋道時(shí)間Ts把磁臂（磁頭）移動(dòng)到指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間，包含啟動(dòng)磁臂和磁頭移動(dòng)