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1、Operating SystemDate1 Operating System 5.5 设备分配 q设备分配中的数据结构 q设备分配时应考虑的因素 q设备独立性 q独占设备的分配程序 qSPOOLing技术 Date2 Operating System 5.5.1 设备分配中的数据结构 q在多道程序环境下，系统中的设备所有进程共享 ，为防止进程对系统资源的无序竞争，必须由系 统统一分配设备 q某进程向系统提出I/O请求时，设备分配程序按 一定策略分配设备、控制器和通道，形成一条数 据传输通路，以供主机和设备间信息交换 q为实现设备分配，系统中应设置相应的数据结构 ，对每台设备、通道、控制器的情况
2、进行登记 Date3 Operating System 5.4.1 设备分配中的数据结构 1. 设备控制表DCT 2. 控制器控制表COCT 3. 通道控制表CHCT 4. 系统设备表SDT Date4 Operating System 5.5.1 设备分配中的数据结构 1. 设备控制表DCT 设备类型 type 设备标识符：deviceid 设备状态：等待/不等待 忙/闲 指向控制器表COCT的指针 重复执行次数或时间 设备队列的队首指针 DCT 1 DCT 2 DCT n 设 备 控 制 表 集 合 每个设备一张，记录本设备的情况 正使用，则忙标志 置1；若与其相连的 控制器或通道忙， 则
3、等待标志置1 请求本设备未满 足的进程PCB队 列 Date5 Operating System 5.5.1 设备分配中的数据结构 2. 控制器控制表、 通道控制表 控制器标识符：controllerid 控制器状态：忙/闲 与控制器连接的通道表指针 控制器队列的队首指针 控制器队列的队尾指针 通道标识符：channelid 通道状态：忙/闲 与通道连接的控制器表首址 通道队列的队首指针 通道队列的队尾指针 (a) 控制器表COCT(b) 通道表CHCT 一个控制器一张一个通道一张 Date6 Operating System 5.5.1 设备分配中的数据结构 q系统设备表SDT 系统设备表S
4、DT 表目 1 表目 i 设备类 设备标识符 DCT 驱动程序入口 整个系统一张，记录已被连接到系统中的所有物理设备的情况 Date7 Operating System 5.5 设备分配 q设备分配中的数据结构 q设备分配时应考虑的因素 q设备独立性 q独占设备的分配程序 qSPOOLing技术 Date8 Operating System 5.4.2 设备分配时应考虑的因素 为了使系统有条不紊地工作，系统在进行设备 分配时，应考虑这样几个因素： （1）设备的固有属性； （2）设备分配算法； （3）设备分配的安全性； （4）设备独立性。 Date9 Operating System 5.5.2
5、 设备分配时应考虑的因素 1. 设备的固有属性 v独占性 一段时间内，只允许一个进程独占，大多数低度速 /设备都属于独享设备 v共享性 允许多个进程同时共享，如磁盘、磁鼓之类的外存 储器，既具有很能大的存储容量，其定位操作的时 间又短 v可虚拟性 独占设备经某种技术处理，改造成虚拟设备，把一 台输入机虚拟为几台“虚拟”的输入机。例如：为了 提高设备利用率引入了脱机输入输出或采用 SPOOLing技术，变一台为“多台设备” 缺点：设备得 不到充分利用 ，可能产生死 锁 Date10 Operating System 5.5.2 设备分配时应考虑的因素 q设备分配策略 v独占设备 防止死锁 v共享
6、设备 由于同时有多个进程同时访问，且访问频繁，就会 影响整个设备使用效率，影响系统效率。因此要考 虑多个访问请求到达时服务的顺序，使平均服务时 间越短越好。注意各进程的访问次序进行合理调度 v虚拟设备 Date11 Operating System 5.5.2 设备分配时应考虑的因素 2. 设备分配算法 v先来先服务 v优先级高者优先 3. 设备分配中的安全性 v安全分配方式 每当进程发出I/O请求后，便进入阻塞状态，I/O操 作完成后唤醒 优点：摒弃了 “请求和保持”条件，不会产生死锁 v不安全分配方式 进程发出I/O请求后仍继续运行，继续申请I/O设备 优点：可操作多个设备，推进迅速 缺点
7、：推进 速度缓慢 缺点：可能 产生死锁 Date12 Operating System 5.5.3 独占设备的分配程序 q基本的设备分配程序 v分配设备 v分配控制器 v分配通道 Date13 Operating SystemDate14 独 占 设 备 的 分 配 程 序 分配设备1 分配控制器1 分配通道1 申请设备1按设备物理名查SDT 设备忙？ 根据安全策略进行分配 由DCT查COCT分配控制器 由COCT查CHCT分配通道 否 是 由SDT查设备 DCT Date15 Operating System 独占设备的分配程序 q设备分配程序的改进 v基本分配程序的问题 进程以物理设备名提
8、出I/O请求 采用单通路I/O系统结构，容易产生瓶颈 v改进方案 增加设备独立性 考虑多通路情况 Date16 为进程P分配所需的I/O设备 从SDT表查该类设备的控制表DCT 不忙 不安全 分配此设备给进程P 不忙 不忙 分配此控制器给进程P 分配此通道给进程P 启动I/O,进行 具体的I/O操作 忙 进程P的PCB放入 此设备的等待队列 Y N 忙 进程 P 的 PCB 放入 此控制器的等待队列 Y N Y 忙 Y 进程P的PCB放入此 通道的等待队列 N Y N N 多通 路设 备分 配流 程示 意图 由DCT检查该设备忙否? 检查分配此设备的安全性? 最后一个DCT? 最后一个COCT
9、? 最后一个DCT? 此设备连接的COCT忙否? 此控制器连接的CHCT忙否? 最后一个COCT? 最后一个CHCT? Date17 Operating System 5.5 设备分配 q设备分配中的数据结构 q设备分配时应考虑的因素 q设备独立性 q独占设备的分配程序 qSPOOLing技术 Date18 Operating System 脱机输入/输出（Off-Line I/O）方式 硬件不断发展，CPU速度的提高、系统规模扩大，人机 矛盾严重，如何解决？ 磁带 磁带磁带 磁带 Date19 Operating System 5.5.4 SPOOLing技术 1. 什么是SPOOLing技
10、术 v为了缓和CPU的高速性与I/O设备低速性间的 矛盾而引入了脱机输入、 脱机输出技术 v在多道程序环境下，其中的一道程序模拟脱 机输入时的外围控制机功能 v在主机的直接控制下，实现脱机输入、 输出 功能，此时的外围操作与CPU对数据的处理 同时进行 v把这种在联机情况下实现的同时外围操作称 为SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，或称为假脱机操作 Date20 Operating System 5.5.4 SPOOLing技术 2. SPOOLing系统的组成 v输入井和输出井 在磁盘上的两个存储空间 输入井模拟脱机输入，
11、暂存输入数据 输出井模拟脱机输出，暂存输出数据 v输入缓冲区和输出缓冲区 用来缓和CPU与磁盘之间的速度的矛盾 v输入进程SPi和输出进程SPo 模拟脱机I/O时的外围控制机 Date21 Operating System 5.5.4 SPOOLing技术 Date22 Operating System 5.5.4 SPOOLing技术 3. 共享打印机 v打印机为独占设备，利用SPOOLing技术， 可将之改造为共享设备 v用户请求打印时，SPOOLing系统处理如下 由输出进程在输出井中为之申请一个空闲 磁盘块区， 并将要打印的数据送入其中 输出进程再为用户进程申请一张空白的用 户请求打印
12、表，并将用户的打印要求填入 其中， 再将该表挂到请求打印队列上 Date23 Operating System 5.5.4 SPOOLing技术 4. SPOOLing系统特点 v提高了I/O的速度 v将独占设备改造为共享设备 v实现了虚拟设备功能 Date24 Operating System 5.5.4 SPOOLing技术 SPOOLing技术今天仍被广泛使用 q网络文件传送 先把文件送到网络SPOOLing目录，然后网络值 班进程把它取出并传递到目标地址 qInternet电子邮件系统 为了寄邮，调用电子邮件程序 待发信存在SPOOLing中供以后传输 q注意：SPOOLing只提高设
13、备利用率，缩短用户 程序执行时间，并不提高CPU利用率 Date25 Operating System 第五章 设备管理 qI/O系统 qI/O控制方式 q缓冲管理 q设备分配 q设备处理 q磁盘存储器管理 Date26 Operating System 5.6 磁盘存储器管理 q磁盘性能简述 q磁盘调度 q磁盘高速缓存(Disk Cache) q提高磁盘I/O速度的其它方法 q廉价磁盘冗余阵列 现代操作系统的重要任务之一：设法改善磁盘系统的性能 Date27 Operating System 5.6 磁盘存储器管理 q磁盘存储器管理的主要任务 v提高磁盘I/O速度，改善文件性能 v确保文件系
14、统的可靠性（备份） Date28 Operating System 5.6 磁盘存储器管理 5.6.1 磁盘性能简述 1. 数据的组织和格式 图 5-22 磁盘的格式化 磁盘磁盘包括一个或多个盘片 盘片，每片分2面，每面可 分成若干条磁道磁道，各磁道之间有间隙，每条磁道上可 存储相同数目的二进制位，磁盘密度密度即每英寸之中所 存储的位数。显然内层磁道的密度较外层磁道的密度 大。 Date29 Operating System 5.6.1 磁盘性能简述 盘片 扇区 磁头 磁道 Date30 Operating System 5.6.1 磁盘性能简述 Date31 Operating System
15、 5.6.1 磁盘性能简述 Date32 Operating System 5.6.1 磁盘性能简述 Date33 Operating System 5.6.1 磁盘性能简述 1. 数据的组织和格式 v盘片（1个或多个）、盘面、磁道、扇区 v扇区有标识符字段和数据字段 Gap 102031292293 Field Gap Field Gap Gap Field Gap Field Gap 17741515201774151520 IDDataIDData Gap 1292293 Field Gap Field 1774151520 IDData SectorPhysical Sector 0P
16、hysical Sector 1Physical Sector 29 Bytes Synch Byte Track # Head # Sector # Bytes 1 211 CRC 3 Synch Byte DataCRC 15122 600 Bytes/Sector Gap 存储相同数 目的二进制 位 间隙 定界符 段校验 Date34 Operating System 2. 磁盘的类型 1) 1) 固定头磁盘固定头磁盘 这种磁盘在每条磁道上都有一读每条磁道上都有一读/ /写磁头写磁头，所有的磁头都 被装在一刚性磁臂中。通过这些磁头可访问所有各磁道，并 进行并行读并行读/ /写写，有效地提高了磁盘的提高了磁盘的I/O I/O速度速度。这种结构的磁 盘主要用于大容量磁盘大容量磁盘上。 2) 2) 移动头磁盘移动头磁盘
