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计算机软件基础Thesoftwarebasicofcomputer主讲 第9单元存储器与设备管理 第2页 上节内容提示 一 1 操作系统概述 1 概念 职能 分类和发展 2 相关技术 多道处理 通道技术 中断技术 3 常见操作系统简介2 文件管理系统 1 文件的概念及分类 2 文件系统的功能和特点 3 文件系统的组织和存储结构 4 DOS WINDOWS UNIX的文件系统简介 第3页 上节内容提示 二 3 进程管理 1 程序的有关概念 单道 多道 批处理 2 进程及有关概念 进程 特征 性质 状态 线程 3 进程的管理 进程的组成 进程控制块的组织形式 4 进程调度的任务及功能4 用户接口和程序员接口 第4页 第9单元操作系统的存储器管理和设备管理 第5页 一 存储器管理 1 基本概念 1 定义 存储器 Memory 能接收数据 保存数据 并能根据命令提供这些数据的装置 2 存储器的分类 内存储器 简称内存 主存 物理存储器 处理机能直接访问的存储器 用来存放系统和用户的程序和数据 其特点是 存取速度快 存储方式是以新换旧 断电信息丢失 外存储器 简称外存 辅助存储器 处理机不能直接访问的存储器 用来存放用户的各种信息 存取速度相对内存而言要慢得多 但它可用来长期保存用户信息 如我们的磁盘 提示 存储器管理主要指内存的管理 所以 以后无特别说明 存储器管理指的是内存的管理 第6页 3 内存的物理组织物理地址 把内存分成若干个大小相等的存储单元 每个单元给一个编号 这个编号称为内存地址 物理地址 绝对地址 实地址 存储单元占8位 称作字节 byte 我们说的256M内存指的是字节物理地址空间 物理地址的集合称为物理地址空间 主存地址空间 绝对地址空间 它是一个一维的线性空间 第7页 2 存储器管理的功能 1 存储空间的地址转换 将逻辑地址转换为物理地址 2 存储空间的分配和释放 负责分配和回收内存 3 主存空间的扩充 提供虚拟存储 程序覆盖技术 目的是扩展运行大型程序的能力 4 存储保护 保护系统程序和各用户程序的运行不受干扰 第8页 1 存储空间的地址变换 几个相关概念程序地址 用户在程序中使用的是符号名 编译系统在产生的目标程序中使用的地址是相对于程序开始设置的 称为逻辑地址 或相对地址 虚地址 以0为基址顺序编址 程序地址空间 逻辑地址空间 虚地址空间 用户的程序地址的集合称为逻辑地址空间 它的编址总是从0开始的 可以是一维线性空间 也可以是多维空间 物理地址 而可执行程序在计算机中运行时使用的是内存的物理地址 也叫绝对地址 即前面定义的物理地址 地址转换 由程序的逻辑地址空间到运行时真正使用的物理地址空间转换叫 地址转换 也叫地址重定位 或地址映射 逻辑地址到物理地址的转换 第9页 地址重定位示意图 inta floatb charc a的绝对地址 b的绝对地址 c的绝对地址 0X a的逻辑地址 b的逻辑地址 c的逻辑地址 2FF0 3EC0 4DAA 源程序符号空间目标程序地址空间内存的存储空间名空间逻辑地址空间物理地址空间 装入内存使用物理地址 编程时用的是符号地址 编译 链接产生逻辑地址 第10页 地址重定位的方式 静态重定位动态重定位 第11页 静态地址重定位 原理 是指在作业执行之前进行的重定位 地址转换工作主要靠重定位装入程序来完成 特点 简单 容易实现 无需硬件的支持 是早期计算机采用的一种方式 缺点 程序一经定位后就不能再在主存中移动 不能重新分配内存 不利于内存的有效利用 要求作业分配连续的主存空间 主存资源利用率低 不同用户难于共享主存中的同一程序 第12页 静态重定位示意图 作业A的地址空间 主存空间 0100300500 100200400600 INPUT1 300 INPUT1 400 1357 1357 作业的逻辑地址100处是一个输入语句 从逻辑地址300处 读1个记录 重定位到主存空间后 因为作业从物理地址100处被装入 输入语句的地址按序被定位在200处 被读记录在400处 从逻辑地址300处 读1个记录 第13页 动态地址重定位 动态地址重定位是在程序执行过程中进行的重定位 更确切地说是在每次访问内存单元前才进行地址变换 它是通过硬件的地址变换机构实现的 设置一个重定位寄存器 RR 用来存放装入主存空间时的起始地址 作业访问主存空间的地址是由逻辑地址加重定位寄存器的地址来确定 主存实际地址 逻辑地址 重定位寄存器内容 第14页 动态地址重定位示意图 300 1000 0100300600 0110013001600 I1 3001357 作业A地址空间 有效地址 重定位寄存器 主存空间 I1 3001357 从 第15页 动态地址重定位的特点 目标模块装入主存后 还可以很容易地进行移动 有利于解决内存管理出现的中碎块问题 多个相对独立的目标模块 可以分别装入互不相邻的内存区域 这样便于内存的充分利用和资源的共享 程序中不执行的程序 不做地址映射工作 节省了CPU的时间 需要附加硬件的支持 增加了系统的开销 重定位寄存器 缺点 第16页 2 存储空间的分配和释放 在计算机中 无论是系统程序 还是用户程序 无论是数据 还是文件 必须装入主存才能进行处理 系统通过空间分配管理表 记录系统中可用的空间及占用的空间状态 来管理内存的分配和释放 过程是 A 应用程序提出空间申请B 若有足够内存 则装入程序执行 否则 等待或显示内存空间不足 C 程序执行完毕 提出回收申请 系统回收内存 第17页 存储分配方式 有三种 直接分配在源程序中直接使用主存的物理地址 对用户要求高 使用不方便 易出错 早期计算机系统中使用 静态分配在作业装入前 由程序一次性说明作业所包含的地址空间 确定后在整个程序执行过程中不再改变 简单 利用率低 难于实现多道程序对资源的共享 对应静态地址转换 动态分配在作业被装入主存或在执行过程中 才确定其存储分配 管理复杂 但利用率高 容易实现主存的资源共享 在现代多道程序系统中 主要采用动态分配方式 第18页 3 存储空间的分区保护 在多道程序系统的主存中 环境 为了保护系统程序的安全 目的 系统程序和用户程序实际使用的区域是隔开的 方法 这种分割是靠硬件实现的 用户程序只能使用用户区域的存储空间 说明 其他存储保护A 上下界保护B 基址 限长寄存器保护 系统区域 用户区域 主存空间的分区保护示意图 第19页 4 主存空间的扩充 主存的空间是有限的希望在有限的空间中运行大型程序使用的技术有 自动覆盖 技术 虚拟存储 技术 第20页 自动覆盖技术 思想 将大的程序划分为主存中可以容纳的独立的逻辑处理段 每次只调入其中的一段进行处理 早期程序设计中 经常采用类似的方法处理大的问题 例如 求解大型线性方程组 就是采用 分块 算法将大的系数矩阵分为小块矩阵求解的 第21页 虚拟存储器 VirtualStorage 基本思想 用户编程序时不需要考虑物理内存的结构和容量 当程序较大时 系统将一部分外存 虚拟 成内存来使用 386地址总线32位 寻址232 4GB 可管理64TB的虚拟存储器 虚拟存储器技术是在硬件和软件的共同支持下实现的 CPU和操作系统 硬件负责虚实地址的转换 软件负责实存 主存 和虚存 外存 之间的信息调度管理 第22页 内存扩充技术的比较 覆盖技术 一个作业的若干程序段 或几个作业的某些部分共享某一个存储空间 交换技术 当内存空间紧张时 系统将内存中某些进程暂时移到外存 把外存中某些进程换进内存 占据前者所占用的区域 UNIX 比较 交换技术不要求用户给出程序段之间的逻辑覆盖结构 而且 交换发生在进程或作业之间 而覆盖发生在同一进程或作业内 此外 覆盖只能覆盖那些与覆盖段无关的程序段 虚拟存储器 程序 数据 堆栈的大小可以超过内存的大小 操作系统把程序当前使用的部分保留在内存 而把其它部分保存在磁盘上在需要时动态交换 第23页 3 存储管理的方法 介绍4种 单一连续区分配法 多连续区分配法 分页管理法 分段管理法 第24页 1 单一连续区分配法 方法要点 把主存分为两个固定的存储区域 一个固定地分配给OS 另一个分配给用户程序 通过硬件寄存器实现 硬件支持 引入 篱笆 Fence 寄存器 界限寄存器 将OS和用户的使用区域分开 用户程序的重定位方法可以使用 静态定位法 程序装入前一次将逻辑地址转换成绝对地址 以后不再转换 动态定位法 在程序执行过程中动态实现 第25页 单一连续区分配法示意图 2000 CPU 操作系统 自由空间 0用户区域 主存空间 定位寄存器 1500 逻辑地址 2000 3500 绝对地址 动态重定位 说明 绝对地址 基地址 逻辑地址基地址不同产生的绝对地址就不同 第26页 单一连续区分配法特点 优点 定位容易 使用简单缺点 但在多道程序处理情况下 主存资源利用率低 浪费大 仅适用于单道程序 第27页 2 多连续区分配法 方法要点 把主存空间划分为若干个连续的区域 建立空间分区表进行管理 分区大小可以不同 硬件支持 增加新的保护装置 边界寄存器LOW UP 限制分块的上 下边界 分类 固定分区 也称静态法变长分区 也称动态法 第28页 固定分区 多连续分区 a 在作业前 把主存划分为几个固定大小的连续区域 分区大小可以相同 也可以不同 一旦划分好 在系统运行期间不再重新划分 分区 b 建立一张分区说明表 记录每个分区的大小 区号 起始地址 及占用标志等信息 建分区说明表 c 在作业调度时 根据分区说明表来装入程序和确定程序的重定位地址 通过分区说明表管理 第29页 固定分区示意图 区号 大小 起址 状态 110K20K已分220K30K已分 330K50K已分480K80K未分 分区表 操作系统 作业A 作业B 作业C 第1分区 第2分区 第3分区 未分区 20K30K50k80K 主存 垃圾 每个分区只能装一个作业 作业不一定占满分区 所以会产生碎片 零头 垃圾 第30页 固定分区法特点 优点 管理调度简单 分区策略适合于工作负荷比较确定的系统 缺点 主存 零头 太多 浪费严重 由此而产生 垃圾 回收问题 第31页 变长分区 多连续分区 方法要点 根据要装入作业的实际大小划分区域 且分区个数也可以调整 需要建立两张表 已分配分区表P 未分配分区表F 来管理主存空间 特点 优点 主存 零头 较小 但还有 缺点 选择剩下的空白区较小 无法使用 寻找一个较大的空白区费时 从头找起 归并主存 零头 回收时费时 第32页 多连续区分配法示意图 已分配分区表P 未分配分区表F 区号长度起始地址状态 18K20K已分 216K28K已分 3 空表目 4124K108K已分 区号长度起始地址状态 164K44K可用 224K232K可用 3 空表目 4 5 操作系统 作业1 作业2 20K 28K 5 44K 可用分区1 108K 操作系统 可用分区1 作业3 可用分区2 232K 若另有作业4需要分配 分配算法 最先适应 最佳适应 归并小的空闲块 存储区域 第33页 3 分页管理法 基本概念页 Page 将作业的地址空间划分为等长的单位 称为页 块将主存的存储空间划分为等长的单位 称为块 页表记录着页号与该页在主存中的块号的对应关系表 页表实际上是地址重定位表 记页与块的关系 作业表作业与页号管理对照表 每个作业有一个表项 表项由作业号 页表长度 页表起始地址 状态等信息组成 动态地址变换机制为了实现从作业的地址空间到主存物理空间的映射而设置的一种硬件部件 地址结构如下 PW P为页号W为页内偏移量 第34页 分页管理法算法描述 分页管理法是将作业在逻辑地址空间中划分为页 每页在内存中分配一个块 块不要求连续 通过页表进行寻址和管理 作业中的逻辑地址通过动态地址转换机制转换 页号 页内地址块号 块内地址例如 设页长 块长 1024k 则语句 LOAD1 2500 在分页管理中的寻址方法是 2500 2 1024 452 该地址应在第2页内的452处 页内地址从0开始 自动 对应 第35页 分页管理法示意图 作业号页表长页表起址状态 231032已分 131024已分 321040已分 4 空表目 作业表JT 作业A 作业B 作业C 页号块号 页号块号 页号块号 04 15 26 07 110 02 13 28 页表 每个作业一个表项 每个作业一张表 第36页 分页管理动态地址变换示意图 控制寄存器 作业地址空间 作业页表 1234 LOAD1 2500 页表长度页表始址 有效地址 2452 页号块号 04 16 28 8452 物理地址 8452 页号 2500 2x1024 452 11001K2K25003K 第37页 分页管理法特点 可以将作业分布在多个不连续的内存区域中优点 有效地解决了存储空间的 零头垃圾 问题 易于实现代码段的共享 用户可以连续编址 缺点 采用硬件的动态变址机构 成本大 降低了CPU速度 各种管理表格占用了部分存储空间 块内还有 零头 与页长有关 要求运行的作业必须全部装入主存 第38页 4 分段管理 分页管理的物理位置不要求相邻 但逻辑位置必须相邻1 基本概念什么是段 程序由模块组成 把各种独立的程序模块和数据模块单独存放 称为段 分段管理 以段为基本单位进行存储的主存管理方法 段表 为识别和管理段 在主存中建立的一张表格 记录段的 段号 长度和起始地址 称为段表 段表格式 第39页 2 分段管理原理 方法要点 每个用户程序由若干段 模块 组成 段内地址连续 段间地址可以不连续 主存管理程序以段为单位为作业分配内存 通过段表管理段和作业 需要硬件支持 地址映射机构自动将作业中的逻辑地址转换为段和段内偏移量 第40页 3 分段管理举例 有一个程序划分为4段 如下图所示 01K 0500 0300 0200 主程序 子程序SUB 数据块DATA 工作区WORK CALL SUB LOAD1 DATA 6STORE1 WORK 每段有独立的逻辑地址 Y 6 C 0段1段2段3段 第41页 分段管理示意图 6 01K 0100500 0300 0200 LOAD1 1 100 Y 12345 C 0段 1段 2段 3段 段号长度起始地址 01K6K 15008K 23004K 32009200 分段地址空间 分段表每段一个记录 OS 02K4K6k8k82929200 2 DATA LOAD1 1 100 0 主程序 1 SUB 3 WORK 12345 地址转换 8292 1024x8 100 主存空间 6 C 第42页 分段管理特点 优点 便于模块化处理便于动态连接便于分段共享缺点 硬件成本高 地址转换花费CPU时间 要为表格提供主存空间 分段的最大尺寸受主存大小的限制 段页式存储管理为了获得分段在逻辑上的优点和分页在管理存储空间方面的优点 兼用分段和分页两种方法 即段页式存储管理 其基本思想是 用分段的方法来分配和管理虚拟存储器 而用分页方法来分配和管理实存储器 主存 对用户程序 按段式划分对存储器 按页式存储管理方案内存分配 以页为单位进行分配通过段表和页表管理 第43页 几种操作系统的存储器管理简介 1 DOS的主存管理采用单一连续分区的方法 但却综合运用了多连续分区的管理技术 覆盖 系统占用低端内存 其余称为自由空间 由用户使用 DOS内存以16字节为基本单位 称为一节 若干节作为一块 通过指针建立不同块间的联系 以块为管理单位 通过内存控制块 MCB 进行管理 只能直接管理640K的基本内存 第44页 2 UNIX的主存管理 采用分段管理方法 存储分配采用优先适应算法 UNIX不支持虚拟存储器 为运行大程序 采用主存与外存调入调出的对换技术 第45页 3 Windows98的存储器管理 Windows98OS不仅支持常规内存 扩展内存和扩充内存管理 还支持虚拟内存管理 VM 支持4GB内存空间当一个进程所需要的存储空间超过了可用的空间时 虚拟内存管理器使用换页技术在物理内存和硬盘之间交换数据 通过两个内存进程向应用程序提供大的虚拟内存空间 一个是换页进程 负责物理内存和硬盘之间移动数据 另一个是地址转换进程 负责将物理内存地址翻译成虚拟内存地址或映射文件 Windows通过句柄管理进程占用的内存 段页式地址管理方法 第46页 在80486微处理器中 将4GB物理存储器空间按4k为一页 分为1048576个页 通过内部寄存器和两级页表进行管理 从0开始 每一组连续相邻的l024个页为一个低级管理单位 每一页有一个起始地址 低12位全为0 1024个地址集中排列存放 构成一个页表 其中每一项称为一个页表项 每个页表项占4个字节 整个页表占4k空间 由10位地址与之映像 在低级管理单位的上面是高级管理单位 对1024个低级管理单位实施管理 地址转换 首先根据选择符在段描述符表中取段描述符 将其中的段基址与偏移量相加 求出线性地址 然后将线性地址按二级页表转换 取出页基地址 页框 再与偏移量相加 即可求出物理地址 第47页 二 设备管理 计算机系统中的设备通常指I O 输入 输出 设备 1 I O设备分类 1 按设备使用方式分输入设备将信息由外部设备送入主机的设备 输出设备将信息由主机送到外部设备的设备 2 按设备的从属关系分系统设备由OS管理的标准设备 如显示器 打印机 磁盘等 用户设备用户按特殊需要选装的 非标准设备 如传真机 绘图仪等 第48页 I O设备分类 续 3 按设备资源分配方式分独享设备为保证信息传送的连贯性 通常是在该设备用完之后才分配给下一个作业 一般是低速设备 像打印机 磁带机等 共享设备多用户可以同时使用的设备 如磁盘 服务器等 4 按数据组织和存取方式分字符设备以字符为单位存取数据的设备 如键盘 鼠标 打印机等 块设备以数据块为单位存取数据的设备 如磁盘 光盘等 第49页 I O设备分类 续 5 按通讯方式分串行设备指每次按一位传送的设备 如键盘 串行打印机等 并行设备指每次按多位传送的设备 如并行打印机 6 按处理速度分低速设备指传输速率较低的串行设备 如键盘等 高速设备指传输速率较高的设备 如网络设备等 第50页 2 设备管理的目的 1 方便用户操作 2 保证CPU与外部设备性能的良好发挥 相关四性 1 方便性 用户操作角度 2 均衡性 设备负载均衡 3 并行性 设备CPU可以并行工作 4 独立性 编程与设备无关 第51页 3 设备管理的任务和功能 1 外部设备中断处理2 外部设备接口程序设计和设备驱动3 外部设备的分配与释放4 虚拟设备的实现和管理 1 任务按用户要求控制I O操作 减轻用户负担 第52页 3 设备管理的任务 功能和组成 2 功能 1 动态掌握并记录设备的状态2 按一定的规则 将I o设备分配给要求设备的进程3 完成实际的I o操作 3 组成硬件 设备 控制器 通道软件 设备驱动 交通控制 通道控制数据 系统设备表 SDT SystemDevicesTable 设备控制表 DCT 控制器控制表 COCT 通道控制表 CHCT 设备管理数据基 第53页 4 I O设备与CPU的通信方式 CPU和I O设备之间交换信息的方式不同 则效率也不同 信息交换方式一般可分为以下几种方式 循环检测方式中断处理方式直接内存存取 DMA 方式通道方式 第54页 1 循环探测方式 通过一个触发器循环测试I O设备 忙 闲 状态标志 若它置 闲 则执行I O操作 若它置 忙 则CPU不断对它进行监测 直至设备 闲 下来为止 在早期计算机系统中主要采用这种方式 由于CPU速度比I O设备速度高得多 而循环测试I O方式使得CPU与外部设备只能串行工作 因此CPU绝大部分时间都处于等待I O设备完成的循环测试中 CPU资源浪费极大 优点 管理简单缺点 浪费了CPU资源 第55页 2 中断处理方式 为了克服循环测试方式的缺点 CPU必须不断主动测试I O设备是否空闲 引入中断处理技术 其核心是使I O设备具有主动 汇报 的能力 每当完成I O操作后 便给CPU发一个通告信号 中断信号 只有当CPU接到I O设备中断请求后 才处理I O操作 优点 速度快 提高了资源的利用率 缺点 I O操作还依赖于CPU 如果I O处理频繁 CPU也将很忙 特别是对字符设备 传送一个字符 就要响应一次中断处理 若字符I O设备很多 传输量很大时 CPU可能完全陷入I O处理中而不能自拔 第56页 3 DMA方式 DirectMemoryAccess 背景 中断方式只能提高CPU的利用率 但在传送数据量大 速度高的情况下 它的处理效率并不理想 目前在块设备的I O系统中 采用DMA方式 简述 它是一种简单的通道方式 即在硬件的支持下 通过占用总线控制权 实现信息交换 它并不中断当前CPU的工作 而只是在CPU暂停的几个周期内由DMA控制器实现信息交换 可以说DMA为具有部分CPU功能的装置 优点 I O操作处理速度快 缺点 DMA方式只能完成简单的数据传输 不能满足更复杂的I O操作要求 在大 中型计算机系统中 普遍采用I O处理机来管理外部设备和主存之间的信息交换 第57页 直接内存存取方式示意图 DMA1 设备1 主存 CPU DMA2 DMAn 设备n 设备2 占用总线控制权 直接存取内存 第58页 4 通道 Channel 方式 背景 想把CPU从繁忙的杂务中解放出来 使I O设备的管理不再依赖于CPU 通道 是具有相对独立的I O处理能力的装置 如大型机的前端机 PC机的Intel8090 I O通道 等 在通道方式下 I O处理变成了处理机之间的通讯问题 在采用通道方式的I O系统中 CPU有两个作用 一是将I O操作任务下达给通道 由通道代替CPU专门处理I O工作 二是随时了解通道 控制器和设备工作的情况 第59页 通道控制示意图 四级连接 三级控制 主存CPU 通道 通道 通道 控制器 控制器 控制器 控制器 设备A 设备A 设备A 设备A 设备A 设备A 设备A CPU控制 通道 通道 控制 控制器 控制器 控制 设备 第60页 通道的分类 1 字节多路通道以字节为单位传送信息 可以分时执行多个通道程序 适用于中低速设备 2 选择通道一次将一个通道德败坏程序执行完 再转向下一个 适用于高速度设备 成批传送数据 3 数组多路通道分时执行多道程序 轮流为每道程序服务 每条指令可以传送一批数据 第61页 4 缓冲技术 CPU与各种外部设备的速度上的差异很大 设备与设备之间的速度的差异也很大 系统有时会产生大量的数据需要I O 有时又会很长时间没有I O 造成I O负荷的不均匀要解决这两个方面的问题就要引入缓冲的概念 缓冲是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段 缓冲技术是用来匹配CPU与设备之间速度差异和负荷的不均匀而采用的一种手段 常用的缓冲技术有三种 双缓冲 系统设置两个缓冲区环形缓冲 若干缓冲区形成了一个环缓冲池 多个缓冲区 形成一个缓冲池 第62页 5 设备管理系统 1 设备分配与回收当某进程向系统提出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 I O操作执行完毕 系统回收设备 控制器 和通道控制权 分配技术有3种 静态分配 作业执行前分配 用于独占设备动态分配 作业执行中分配虚拟分配 采用缓冲技术 将I O信息暂存到磁盘上 第63页 2 设备管理的特性 3种 设备独立性 即不能因为设备的忙碌 故障或更换而影响程序的运行 向用户屏蔽物理设备 呈现给用户的一个操作简单的逻辑设备抽象的I O操作 即设计一类通用的I O指令 它们的含义对不同类型的设备作不同解释 由系统将抽象的I O操作映射到专门的设备驱动程序通过多种数据结构 表 进行管理 设备控制块DCB 设备控制表DCT 设备标识 状态 相关控制器和进程 控制器控制块COCB 控制器控制表COCT 控制器标识 状态 相关通道 进程 通道控制块CHCB 通道控制表CHCT 通道标识 状态 相关控制器 进程 系统设备表SDT 设备名称 设备控制块地址 根据用户请求的I O设备的逻辑名 查找逻辑设备和物理设备的映射表 以物理设备为索引 查找SDT 找到该设备所连接的DCT 继续查找与该设备连接的COCT和CHCT 就找到了一条通路 第64页 3 I O设备分配策略及实现 在多道程序系统中 进程数往往多于资源数 从而产生资源竞争 为使系统有条不紊地工作 I O设备分配管理要遵循统一的 合理的分配原则 第65页 分配策略考虑的因素 I O设备的固有属性I O设备的分配算法设备的安全性与设备的无关性 第66页 I O设备的固有属性 独享设备 是一些慢速的设备 它不允许交叉使用 并在使用过程中需要人工干预 因此 一旦占用 只能到用完才能释放 收回 打印机 共享设备 如磁盘 其定位操作时间短 可供直接存取操作 可由多进程共享使用 所以采用共享分配方式 共享设备在系统中主要用于存储文件 磁盘 设备的属性不同要采用不同的分配方式 第67页 I O设备的分配算法 I O调度程序的分配策略与进程调度策略基本相同 但由于I O操作一旦启动 就不能停止的特点 因此 不能采用进程调度的时间片轮转法 先请求先分配当多个进程对同一个设备提出I O请求时 系统按请求的先后次序将进程排队 设备分配程序将I O设备分配给队列中第1个进程 优先数最高优先系统优先响应优先数最高的进程对I O设备的请求 对优先数相同的I O请求 则按先请求先分配的原则处理 第68页 设备分配的安全性 在有些系统下 出于安全的考虑 限定一个进程只能提出一个I O设备请求 以防止可能产生 死锁 导致设备分配不安全 设备分配程序在多请求方式中 为保证不发生死锁 一般要采取预防发生死锁的措施 如发出一个请求后 立即进入阻塞状态 直到请求完成 第69页 与设备无关性 为提高系统的可适应性和可扩展性 应使用户程序和实际使用的物理设备无关 引入逻辑设备名和物理设备名的概念 规定 在用户程序中只允许使用逻辑设备名 DOS中的PRN COM1 COM2等 与设备无关性通常是通过系统提供的逻辑设备和物理设备的映象表来实现的 也称为进程连接表PAT 若某逻辑设备已连接到相应的物理设备上 则PAT表中该物理设备表项由该类设备的逻辑设备名和物理设备名组成 第70页 4 I O设备分配的步骤 1 分配设备根据I O请求的逻辑设备名 找到其对应的物理设备名 检索SDT表 再找出其DCT 判别设备是否 忙 若忙 则将该进程插入到等待队列中排队 若闲 则调用分配程序进行分配 2 分配控制器当系统把设备分配给某进程后 从DCT中找出其对应的COCT 判别可分配否 若忙 则排队 否则 分配控制器 3 分配通道通过COCT可以找到CHCT 也判别该通道可分配否 不能分配 则排队等待 否则 就可以执行I O操作了 第71页 5 设备驱动程序 为了控制I O传输 系统必须为每类设备分别编制一组I O处理程序 称这组程序为设