1、第八章外圍設(shè)備管理，8.1引言8.2緩沖技術(shù)8.3設(shè)備分配8.4設(shè)備控制8.5磁盤設(shè)備管理8.6 USB接口8.7設(shè)備管理實(shí)例，外圍設(shè)備的特點(diǎn)：種類多差異大(控制和速度)外圍設(shè)備管理目的：外圍設(shè)備資源的控制外圍設(shè)備資源的共享提高了外圍設(shè)備資源的利用率。 1，8.1引言，8.1.1外部設(shè)備類型和特征8.1.2 I/O控制技術(shù)8.1.3外圍設(shè)備管理的目的和功能8.1.4外圍設(shè)備管理結(jié)構(gòu)，2， 8 .游戲人機(jī)對(duì)話演示老虎鉗：網(wǎng)絡(luò)視頻演示老虎鉗、牛鼻子板、鼠標(biāo)、打印機(jī)與計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的交互老虎鉗：磁盤、磁錄音帶、傳感器、計(jì)算機(jī)與小滾珠計(jì)算機(jī)之間的通信設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、回程、 1 .按交互作

2、用3 .按外圍設(shè)備特性劃分的分類、使用特性：記憶、投入產(chǎn)出、終端數(shù)據(jù)傳輸率：低速(牛鼻子板等)、中速(打印機(jī)等)、高速(網(wǎng)卡、磁盤等)信息組織特性：?jiǎn)蝹€(gè)字符或打印機(jī)等布搖滾樂每讀寫字符設(shè)備數(shù)據(jù)通過電腦CPU。 缺點(diǎn)：外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，電腦CPU只能等待。 2 .中斷方案(interrupt-driven I/o ) I/o操作由計(jì)程儀程序開始，其中，當(dāng)操作完成時(shí)(例如，數(shù)據(jù)可讀或已寫入時(shí))從外圍裝置發(fā)出對(duì)電腦CPU的中斷，以通知該程序的計(jì)程儀。 每次讀寫數(shù)據(jù)都通過電腦CPU。 優(yōu)點(diǎn)：在外圍設(shè)備上處理數(shù)據(jù)時(shí)，電腦CPU無需等待，即可繼續(xù)運(yùn)行該計(jì)程儀程序或其他計(jì)程儀程序。 缺點(diǎn)： 電腦CPU

3、一次處理的數(shù)據(jù)量少(通常為數(shù)字節(jié)以下)，僅適用于數(shù)據(jù)傳輸率低的數(shù)據(jù)老虎鉗。5，3.direct memory access (直接存儲(chǔ)器訪問，directmemoryaccess )通過計(jì)程儀程序設(shè)置直接存儲(chǔ)器訪問控制支重輪內(nèi)的幾個(gè)暫存器值(內(nèi)存開始地址、傳輸字節(jié)數(shù)等)，并開始I/O操作。 這樣可以在內(nèi)存和外圍設(shè)備之間完成批量數(shù)據(jù)交換的好處： 電腦CPU只需在I/O操作開始和結(jié)束時(shí)干預(yù)，其中一組數(shù)據(jù)的讀寫不需要電腦CPU控制，適用于高速數(shù)據(jù)老虎鉗。 6，直接存儲(chǔ)器訪問方式下的I/O控制支重輪構(gòu)成，7，4 .通道控制方式(channel control )，選擇通道(selector chann

4、el ) :能夠連接多個(gè)外圍設(shè)備，但只能一次連接的字節(jié)復(fù)用(byte )和排列復(fù)用(block ) 信道控制器具有自己的專用存儲(chǔ)器，并且可以執(zhí)行由信道命令組成的信道計(jì)程儀程序，從而導(dǎo)致執(zhí)行諸如網(wǎng)卡上的信道接入控制等更復(fù)雜的I/O控制。 通道計(jì)程儀報(bào)通常由執(zhí)行操作系統(tǒng)組成，存儲(chǔ)在內(nèi)存中。 好處通過運(yùn)行一個(gè)通道計(jì)程儀報(bào)，可以完成多個(gè)I/O操作。8、9、9、9,8.1.3外圍管理的目的和功能、便利控制：在便利操作系統(tǒng)內(nèi)部控制設(shè)備。 例如，根據(jù)新的數(shù)據(jù)老虎鉗類型添加和刪除數(shù)據(jù)老虎鉗。 共享：統(tǒng)一用戶的易用性、各種類型的去老虎鉗的使用方法，協(xié)調(diào)去老虎鉗的云同步使用。 提高效率：提高I/O網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)效率，

5、匹配電腦CPU和不同處理速度的外圍設(shè)備。返回、1 .外圍管理目的、10、2 .外圍管理功能提供了使用解老虎鉗的用戶界面：分配和釋放命令接口和計(jì)程儀編程接口數(shù)據(jù)老虎鉗：在使用解老虎鉗之前，先分配解老虎鉗和對(duì)應(yīng)的通道、命令支重輪網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)和控制去老虎鉗：包括云同步網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)和錯(cuò)誤處理。 I/O緩沖技術(shù)和調(diào)度：為了提高I/O網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)效率，11、8.1.4外圍管理結(jié)構(gòu)、12、邏輯I/O :邏輯數(shù)據(jù)老虎鉗(也稱為虛擬數(shù)據(jù)老虎鉗)實(shí)體，對(duì)于不參與實(shí)際數(shù)據(jù)老虎鉗控制的用戶界面，Open、c 對(duì)于通訊數(shù)據(jù)老虎鉗，是網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議棧內(nèi)存等通訊體系結(jié)構(gòu)。對(duì)于文件存儲(chǔ)老虎鉗，是文件系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)控制設(shè)備I/O :邏

6、輯設(shè)備和物理設(shè)備之間的過渡協(xié)調(diào)機(jī)制。 從用戶命令到解老虎鉗操作序列的轉(zhuǎn)換I/O緩沖區(qū)：提高I/O效率。調(diào)度和控制：直接面對(duì)物理解老虎鉗控制實(shí)體硬件解老虎鉗的控制細(xì)節(jié)。 此部分通常以解老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序的形式出現(xiàn)。 為了控制云同步I/O網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)度解老虎鉗和狀態(tài)維護(hù)中斷處理、13、8.2緩沖技術(shù)、返回、1 .緩沖技術(shù)的引入，緩沖技術(shù)能夠提高周邊利用率。 在進(jìn)程的I/O請(qǐng)求不能超過外圍設(shè)備的處理能力之前，盡可能使外圍設(shè)備忙碌。匹配電腦CPU或用戶應(yīng)用程序進(jìn)程和外圍設(shè)備的不同處理速度，減少對(duì)電腦CPU的中斷次數(shù)，提高電腦CPU和I/O數(shù)據(jù)老虎鉗之間以及各個(gè)I/O數(shù)據(jù)老虎鉗之間的處理并行性。 緩沖區(qū)所在

7、位置：內(nèi)存、控制支重輪或外圍設(shè)備。 組合位于這些個(gè)不同位置的緩沖器，構(gòu)成多級(jí)緩沖機(jī)構(gòu)。14、2 .單向式緩沖器、單緩沖器：交替使用一個(gè)緩沖器、電腦CPU和外圍設(shè)備，一個(gè)處理結(jié)束后等待對(duì)方的處理。 雙緩沖區(qū)：兩個(gè)緩沖區(qū)，電腦CPU和外圍設(shè)備可以連續(xù)處理，而無需等待對(duì)方。 要求電腦CPU和外圍設(shè)備的速度接近。 環(huán)形緩沖區(qū)：多個(gè)緩沖區(qū)中，電腦CPU和外圍設(shè)備的處理速度可能有很大差異。 15，3 .緩沖池(buffer pool )，緩沖隊(duì)列： (3種)空閑緩沖區(qū)，輸入緩沖區(qū)，輸出緩沖區(qū)操作： (4種)去老虎鉗輸入，電腦CPU讀入，去老虎鉗輸出，電腦CPU為了網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)到各緩沖隊(duì)列，需要相應(yīng)的互斥操作

8、。 一種雙向緩沖技術(shù)。緩沖區(qū)整體利用率高。16、8.3去老虎鉗分配、8.3.1去老虎鉗分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)8.3.2去老虎鉗分配策略8.3.3假脫機(jī)技術(shù)需要解決進(jìn)程間的外圍共享問題，提高外圍資源的利用效率，因?yàn)樗鼈兺鶎?dǎo)致外圍資源有限。 去老虎鉗分配是對(duì)進(jìn)程使用外圍設(shè)備的進(jìn)程的管理。 在此，有在進(jìn)程之間切換使用牛鼻子板和鼠標(biāo)等外圍設(shè)備的方法，也有在進(jìn)程之間切換使用的方法。一個(gè)虛擬數(shù)據(jù)老虎鉗將外圍設(shè)備和應(yīng)用程序進(jìn)程分離，僅在虛擬數(shù)據(jù)老虎鉗中使用數(shù)據(jù)老虎鉗。 17，8.3.1解老虎鉗分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，解老虎鉗控制表(DCT，Device Control Table ) :對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)老虎鉗一張張地記述解老虎鉗的

9、特性和狀態(tài)。 反映機(jī)器的特性、機(jī)器和控制支重輪的連接狀況。 DCT的內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)老虎鉗id :用于區(qū)分不同的數(shù)據(jù)老虎鉗的數(shù)據(jù)老虎鉗類型：反映數(shù)據(jù)老虎鉗的特性，例如，子搖滾樂數(shù)據(jù)老虎鉗和字符設(shè)備設(shè)備配置： I/o地址等老虎鉗狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)或空閑狀態(tài)等待隊(duì)列：等待使用此老虎鉗的進(jìn)程隊(duì)列、返回、18、系統(tǒng)數(shù)據(jù)表(SDT、System Device Table ) :系統(tǒng)中的一張，反映系統(tǒng)中的default資源的狀態(tài)，全部解老虎鉗SDT表?xiàng)l目的主要組成部分： DCT指針：指向相應(yīng)解老虎鉗的DCT； 使用解老虎鉗的進(jìn)程id使用解老虎鉗的進(jìn)程id DCT信息DCT信息為了引用而存儲(chǔ)的DCT信息控制器支

10、重輪控制表(COCT、COntroller Control Table ) :每個(gè)defax控制器復(fù)蓋一張I/O控制器的直接存儲(chǔ)器訪問控制支重輪占用的中斷號(hào)碼、直接存儲(chǔ)器訪問數(shù)據(jù)通道的分配等。 信道控制表(CHCT、CHannel Control Table ) :對(duì)每個(gè)通道一張張地描述通道的動(dòng)作狀態(tài)。返回、19、8.3.2去老虎鉗分配原則、去老虎鉗分配相關(guān)的去老虎鉗屬性：獨(dú)占去老虎鉗：打印機(jī)等共有去老虎鉗：磁盤、網(wǎng)卡等去老虎鉗分配方式：各有優(yōu)缺點(diǎn)的靜態(tài)分配：創(chuàng)建進(jìn)程分時(shí)分配， 流程結(jié)束時(shí)不發(fā)生釋放死搖滾樂設(shè)備利用率不高的動(dòng)態(tài)分配：考慮到流程執(zhí)行中根據(jù)需要進(jìn)行分配，使用結(jié)束后釋放的死搖滾樂問題

11、，設(shè)備利用率提高、返回、設(shè)備分配的原則是合理使用外圍設(shè)備(公平和避免死搖滾樂)，設(shè)備利用率、20、動(dòng)態(tài)分配策略：將特定的分配策略應(yīng)用于特定的解老虎鉗。前置任務(wù)(FCFS )根據(jù)i/o鏈路伊斯特的優(yōu)先級(jí)，創(chuàng)建i/o鏈路伊斯特命令隊(duì)列。 基于為每個(gè)FCFS分配解老虎鉗的優(yōu)先級(jí)-根據(jù)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)指定I/O鏈路伊斯特的優(yōu)先級(jí)，并將其排列在不同的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中。 按優(yōu)先級(jí)降序分配設(shè)備，21，8.3.3假脫機(jī)技術(shù)，部署：在多個(gè)批處理系統(tǒng)中，專門利用一個(gè)輪詢計(jì)程儀程序完成對(duì)老虎鉗的I/O操作。 不需要外圍I/O處理器。 能夠利用假脫機(jī)技術(shù)(SPOOLing，也稱為simultaneousperipheralop

12、erationonline，虛擬數(shù)據(jù)老虎鉗技術(shù))將獨(dú)占數(shù)據(jù)老虎鉗轉(zhuǎn)換為具有共享特征的虛擬數(shù)據(jù)老虎鉗，提高數(shù)據(jù)老虎鉗的利用效率。22、假脫機(jī)原理： SPOOLing堆計(jì)程儀程序與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可稱為“實(shí)際I/O”。 相反，輪詢計(jì)程儀程序預(yù)先從外圍裝置輸入數(shù)據(jù)，之后根據(jù)需要輸入給應(yīng)用，而輪詢計(jì)程儀程序接收應(yīng)用的輸出數(shù)據(jù)來緩沖技術(shù)，之后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間輸出給外圍裝置。 應(yīng)用程序進(jìn)行I/O操作時(shí)，僅與輪詢計(jì)程儀程序交換數(shù)據(jù)，就可以稱為虛擬I/O。 此時(shí)，虛擬I/O不是從與實(shí)際的外圍設(shè)備的I/O操作，而是實(shí)際從輪詢計(jì)程儀程序的緩沖池讀取數(shù)據(jù)，或者向緩沖池發(fā)送數(shù)據(jù)。23、好處：高速虛擬I/O操作：應(yīng)用

13、程序的虛擬I/O比實(shí)際I/O速度提高，應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)間縮短。 另一方面，計(jì)程儀程序的虛擬I/O操作時(shí)間和實(shí)際的I/O操作時(shí)間是分開的。 實(shí)現(xiàn)壟斷老虎鉗的共享： spooling program計(jì)程儀提供虛擬數(shù)據(jù)老虎鉗，可依次共享和使用壟斷數(shù)據(jù)老虎鉗。 /打印機(jī)數(shù)據(jù)老虎鉗和打印機(jī)管理器可管理的打印作業(yè)隊(duì)列。 例如，在Windows NT上，應(yīng)用程序直接打印到針式打印機(jī)只需要15分鐘，打印到打印作業(yè)隊(duì)列只需要1分鐘。 然后，用戶可以關(guān)閉應(yīng)用程序并轉(zhuǎn)移到其他工作。 無需用戶的干預(yù)，之后根據(jù)需要打印機(jī)管理器進(jìn)行15分鐘，24，8.4去老虎鉗控制，8.4.1去老虎鉗的控制進(jìn)程8.4.2去老虎鉗控制進(jìn)程的

14、實(shí)現(xiàn)方式8.4.3去老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序，返回，25，8.4.1去老虎鉗的控制進(jìn)程， 確定轉(zhuǎn)換殘奧儀表設(shè)置是否可用：設(shè)置comment支重輪和dee老虎鉗的殘奧儀表，建構(gòu)所需的通道計(jì)程儀程序以啟動(dòng)I/O :為comment支重輪或dee老虎鉗啟動(dòng)I/O操作中斷處理：提供在I/O完成時(shí)調(diào)用所需的中斷處理例程，并為用戶提供控制幀控制進(jìn)程作為應(yīng)用程序進(jìn)程的一部分來執(zhí)行：對(duì)應(yīng)于計(jì)程儀程序控制I/O，作為難以實(shí)時(shí)響應(yīng)來自外圍設(shè)備的中斷的系統(tǒng)進(jìn)程來執(zhí)行的8.4.3去老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序、中繼數(shù)據(jù)和控制：數(shù)據(jù)和非控制的源和目的地向上屏蔽去老虎鉗詳細(xì)信息：不同類型的去老虎鉗通常具有不同的去老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序接口和相同類型的去

15、老虎鉗接口。 因此，不同型號(hào)的同種desk老虎鉗只需更換去老虎鉗驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)即可使用。 時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序是I/O處理功能的低級(jí)系統(tǒng)例程。28，8.5磁盤老虎鉗管理、8.5.1磁盤I/O網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間的構(gòu)成8.5.2磁盤I/O調(diào)度策略8.5.3磁盤緩存替換算法、返回、電腦CPU和內(nèi)存的存取速度比磁盤稍快、29，8.5.1磁盤I/O網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間的組成旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間磁盤旋轉(zhuǎn)到指定扇區(qū)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間這與磁盤的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，如軟磁盤旋轉(zhuǎn)速度為600rpm (每一分鐘旋轉(zhuǎn)速度)，硬盤轉(zhuǎn)速為7，200 rpm到15，000r pm。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間：從指定扇區(qū)讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)間。 返回、30、缸體的定位時(shí)間占網(wǎng)站

16、數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間的主要部分，因此通過合理地構(gòu)成盤數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置，能夠提高盤I/O性能。 例如：讀取128KB大小的文件： (1)文件由8個(gè)連續(xù)軌道(每個(gè)軌道32個(gè)扇區(qū))上的256個(gè)扇區(qū)構(gòu)成： 20ms (8.3ms 16.7ms)*8=220ms； 其中柱面定位時(shí)間為20ms，旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為8.3ms，32扇區(qū)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為16.7ms。 (2)文件由256個(gè)隨機(jī)分布的扇區(qū)構(gòu)成： (20ms 8.3ms 0.5ms)*256=7373ms。 一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間是0.5ms。 隨機(jī)分布時(shí)的網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間是連續(xù)分布時(shí)的33.5倍。31，8.5.2磁盤I/O調(diào)度策略、先入先出算法優(yōu)先算法后先進(jìn)算法短搜

17、索時(shí)間優(yōu)先算法掃描(SCAN )算法循環(huán)掃描(C-SCAN )算法n步掃描(n步掃描)磁盤I/O調(diào)度的主要目標(biāo)是32，fifo(firstinfirstout )算法：磁盤I/O的執(zhí)行順序是磁盤I/O請(qǐng)求的優(yōu)先順序。 此算法的特點(diǎn)是公平性，減輕了磁盤I/O的負(fù)載，并在讀寫多個(gè)連續(xù)扇區(qū)時(shí)提高了性能。 優(yōu)先級(jí)算法根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)調(diào)整磁盤I/O鏈路伊斯特的執(zhí)行順序。 此算法反映了系統(tǒng)中進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)特征，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)，而不是提高磁盤I/O性能。 后進(jìn)先出(LIFO，Last In First Out )算法：之后發(fā)生的盤I/O請(qǐng)求先執(zhí)行。 此算法基于事務(wù)系統(tǒng)中順序文件中磁盤I/O的局部特征，并且相鄰網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)的位置也是相鄰的。 問題是，如果系統(tǒng)負(fù)載很重，則具有進(jìn)程的磁盤I/O永遠(yuǎn)無法執(zhí)行，可能處于饑餓狀態(tài)。 33，短搜索時(shí)間優(yōu)先(SSTF，Shortest Service Time First )算法：考慮盤I/O鏈接伊斯特隊(duì)列的各鏈接伊斯特的磁頭位置，選擇從當(dāng)前的磁頭位置開始移動(dòng)最少的盤I/O鏈接伊斯特不一定是最短平均圓筒定位時(shí)間，但具有比FIFO算法更好的性能。 有利于中間的卡車，可能處于饑餓狀態(tài)。 掃描(SCAN )算法選擇并執(zhí)行磁頭前進(jìn)方向上從當(dāng)