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1、Operating SystemOperating System5/14/20221Operating SystemOperating System5.5 设备分配设备分配q设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素q设备独立性设备独立性q独占设备的分配程序独占设备的分配程序qSPOOLing技术技术5/14/20222Operating SystemOperating System5.5.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构q在在多道程序环境下，系统中的设备所有进程共享，多道程序环境下，系统中的设备所有进程共享，为为防止防止进程对系统资源的
2、进程对系统资源的无序竞争无序竞争，必须由系统，必须由系统统一分配统一分配设备设备q某进程向系统提出某进程向系统提出I/O请求时，设备分配程序按请求时，设备分配程序按一定策略一定策略分配设备、控制器和通道，形成一条数分配设备、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，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、控制器的情况进行登记对每台设备、通道、控制器的情况进行登记5/14/20223Operating SystemOperating System5.4.1 设备分配中的数据结
3、构设备分配中的数据结构 1.设备控制表设备控制表DCT2.控制器控制表控制器控制表COCT3.通道控制表通道控制表CHCT4.系统设备表系统设备表SDT 5/14/20224Operating SystemOperating System5.5.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构1. 设备控制表设备控制表DCT设备类型设备类型 type设备标识符：设备标识符：deviceid设备状态：等待设备状态：等待/ /不等待不等待 忙忙/ /闲闲指向控制器表指向控制器表COCTCOCT的指针的指针重复执行次数或时间重复执行次数或时间设备队列的队首指针设备队列的队首指针DCT 1DCT 2DCT
4、 n设设备备控控制制表表集集合合每个设备一张，记录本设备的情况每个设备一张，记录本设备的情况正正使用，则忙标志使用，则忙标志置置1；若与其相连的；若与其相连的控制器或通道忙，控制器或通道忙，则等待标志置则等待标志置1请求本设备未满请求本设备未满足的进程足的进程PCB队队列列5/14/20225Operating SystemOperating System5.5.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构2. 控制器控制表、控制器控制表、 通道控制表通道控制表控制器标识符：控制器标识符：controllerid控制器状态：忙控制器状态：忙/ /闲闲与控制器连接的通道表指针与控制器连接的通道表
5、指针控制器队列的队首指针控制器队列的队首指针控制器队列的队尾指针控制器队列的队尾指针通道标识符：通道标识符：channelid通道状态：忙通道状态：忙/ /闲闲与通道连接的控制器表首址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首指针通道队列的队尾指针通道队列的队尾指针(a) 控制器表控制器表COCT(b) 通道表通道表CHCT一个控制器一张一个控制器一张一个通道一张一个通道一张5/14/20226Operating SystemOperating System5.5.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构q系统设备表系统设备表SDT 系统系统设备表设备表SDT表目表目1表目表
6、目i设备类设备类设备标识符设备标识符DCT驱动程序入口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5/14/20227Operating SystemOperating System5.5 设备分配设备分配q设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素q设备独立性设备独立性q独占设备的分配程序独占设备的分配程序qSPOOLing技术技术5/14/20228Operating SystemOperating System5.4.2 设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素 为
7、为了了使使系系统统有有条条不不紊紊地地工工作作，系系统统在在进进行行设设备备分配时，应考虑这样几个因素：分配时，应考虑这样几个因素：（1）设备的固有属性；）设备的固有属性；（2）设备分配算法；）设备分配算法；（3）设备分配的安全性；）设备分配的安全性；（4）设备独立性。）设备独立性。5/14/20229Operating SystemOperating System5.5.2 设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素1. 设备的固有属性设备的固有属性v独占性独占性一段时间内，只允许一个进程独占，大多数低度速一段时间内，只允许一个进程独占，大多数低度速/ /设备都属于独享设备设备都属于独享设
8、备v共享性共享性允许多个进程同时共享，如磁盘、磁鼓之类的外存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，其定位操作的时储器，既具有很能大的存储容量，其定位操作的时间又短间又短v可虚拟性可虚拟性独占设备经某种技术处理，改造成虚拟设备，把一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台输入机虚拟为几台“虚拟虚拟”的输入机。例如：为的输入机。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，变一台为技术，变一台为“多台设备多台设备”缺点：设备得缺点：设备得不到充分利用，不到充分利用，可能产生死
9、锁可能产生死锁5/14/202210Operating SystemOperating System5.5.2 设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素q设备分配策略设备分配策略v独占设备独占设备防止死锁防止死锁v共享设备共享设备由于同时有多个进程同时访问，且访问频繁，就会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。间越短越好。注意各进程的访问次序进行合理调度注意各进程的访问次序进行合理调度v虚拟设备虚拟
10、设备5/14/202211Operating SystemOperating System5.5.2 设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素2. 设备分配算法设备分配算法v先来先服务先来先服务v优先级高者优先优先级高者优先3. 设备分配中的安全性设备分配中的安全性v安全分配方式安全分配方式每当进程发出每当进程发出I/O请求后，便进入阻塞状态，请求后，便进入阻塞状态，I/O操操作完成后唤醒作完成后唤醒优点：摒弃了优点：摒弃了 “请求和保持请求和保持”条件，不会产生死锁条件，不会产生死锁v不安全分配方式不安全分配方式 进程发出进程发出I/O请求后仍继续运行，继续申请请求后仍继续运行，继续申请
11、I/O设备设备优点：可操作多个设备，推进迅速优点：可操作多个设备，推进迅速缺点：推进缺点：推进速度缓慢速度缓慢缺点：可能缺点：可能产生死锁产生死锁5/14/202212Operating SystemOperating System5.5.3 5.5.3 独占设备的分配程序独占设备的分配程序独占设备的分配程序独占设备的分配程序q基本的设备分配程序基本的设备分配程序v分配设备分配设备v分配控制器分配控制器v分配通道分配通道5/14/202213Operating SystemOperating System5/14/202214独独独独占占占占设设设设备备备备的的的的分分分分配配配配程程程程序序
12、序序分配设备分配设备1分配控制器分配控制器1分配通道分配通道1申请设备申请设备1按设备物理名查按设备物理名查SDT设备忙？设备忙？根据安全策略进行分配根据安全策略进行分配由由DCT查查COCT分配控制器分配控制器由由COCT查查CHCT分配通道分配通道否是由由SDT查设备查设备 DCT5/14/202215Operating SystemOperating System独占设备的分配程序独占设备的分配程序独占设备的分配程序独占设备的分配程序q设备分配程序的改进设备分配程序的改进v基本分配程序的问题基本分配程序的问题进程以物理设备名提出进程以物理设备名提出I/O请求请求采用单通路采用单通路I/O
13、系统结构，容易产生瓶颈系统结构，容易产生瓶颈v改进方案改进方案增加设备独立性增加设备独立性 考虑多通路情况考虑多通路情况5/14/202216为进程为进程P P分配所需的分配所需的I/OI/O设备设备从从SDTSDT表查该类设备的控制表表查该类设备的控制表DCTDCT不忙不忙不安全不安全分配此设备给进程分配此设备给进程P P不忙不忙不忙不忙分配此控制器给进程分配此控制器给进程P P分配此通道给进程分配此通道给进程P P启动启动I/O,I/O,进行进行具体的具体的I/OI/O操作操作忙忙进程进程P P的的PCBPCB放入放入此设备的等待队列此设备的等待队列YN忙忙进程进程 P P 的的 PCB
14、PCB 放入放入此控制器的等待队列此控制器的等待队列YNY忙忙Y进程进程P P的的PCBPCB放入此放入此通道的等待队列通道的等待队列NYNN多通多通路设路设备分备分配流配流程示程示意图意图由由DCTDCT检查该设备忙否检查该设备忙否? ?检查分配此设备的安全性检查分配此设备的安全性? ?最后一个最后一个DCT?DCT?最后一个最后一个COCT?COCT?最后一个最后一个DCT?DCT?此设备连接的此设备连接的COCTCOCT忙否忙否? ?此控制器连接的此控制器连接的CHCTCHCT忙否忙否? ?最后一个最后一个COCT?COCT?最后一个最后一个CHCT?CHCT?5/14/202217Op
15、erating SystemOperating System5.5 设备分配设备分配q设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素q设备独立性设备独立性q独占设备的分配程序独占设备的分配程序qSPOOLing技术技术5/14/202218Operating SystemOperating System脱机输入脱机输入脱机输入脱机输入/ /输出（输出（输出（输出（Off-Line I/OOff-Line I/O）方式方式方式方式硬件不断发展，硬件不断发展，CPU速度的提高、系统规模扩大，人机速度的提高、系统规模扩大，人机矛盾严重，如何解决？矛盾严重，如何
16、解决？磁带磁带磁带磁带5/14/202219Operating SystemOperating System5.5.4 SPOOLing技术技术1. 什么什么是是SPOOLing技术技术v为了缓和为了缓和CPU的高速性与的高速性与I/O设备低速性间的设备低速性间的矛盾而引入了矛盾而引入了脱机输入脱机输入、 脱机输出脱机输出技术技术v在多道程序环境下，其中的一道程序模拟脱在多道程序环境下，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、在主机的直接控制下，实现脱机输入、 输出输出功能，此时的外围操作与功能，此时的外围操作与CPU对数据的处理对数据的处理同时进行同时进行v把这种在联机情况下实现的同时外围操作称把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为为SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，或称为或称为假脱机操作假脱机操作5/14/202220Operating SystemOperating System5.5.4 SPOOLing技术技术2. SPOOLing系统的组
