操作系统第7章答案

1 第七章作业 赵盈盈 2011210593 1 什么是 设备独立性 引入这一概念有什么好处 答 设备独立性是指用户在编制程序时所使用的设备与实际使用的设备是无关的 也 就是在用户程序中仅使用逻辑设备名 由系统实现从逻辑设备到物理设备 实际设备 的 转换 好处 蓝体字 设计 I O 软件的一个关键目标之一就是实现设备独立性 也就是 说 除了直接与设备打交道的低层软件之外 其他部分的的软件并不依赖于硬件 I O 软件独立于设备 就可以提高设备管理软件的设计效率 当输入输出设备更新 时 没有必要重新编写全部设计设备管理的程序 在实际应用的一些操作系统中 只要安 装相应的设备驱动程序 就可以很方便地安装好新的输入输出设备 如 Windows 中 系统 可以自动为新安装的输入输出设备寻找和安装相应的设备驱动程序 从而实现输入输出设 备的即插即用 引入设备独立性 可使应用程序独立于物理设备 独立性可使用户程序独立于某一 特定的物理设备 此时 进程只需用逻辑设备命名去请求使用某类设备 当系统中有多台 该设备时 系统可将其中的任一台设备分配给请求进程 而不必局限于某一指定设备 这 样可以显著的提高资源的利用率和可适应性 独立性还可以使用户程序独立于设备类型 例如在进行输入输出的时候 既可以利 用显示终端进行输出 也可以利用打印机进行输出 有了这样的适应性 就看完一很方便 的实现输出重定向 类似地可以实现输入重定向 即 用户在申请使用设备时 只需要指定设备类型而无须指定具体的物理设备 系 统根据当前的请求 及设备分配的情况 在相同类别设备中 选择一个空闲的设备 将其 分配给一个申请进程 统一性 对于不同的设备采用统一的操作方式 在用户程序中使用的是逻辑设备 设备忙碌或者设备故障时 用户不必修改程序 改善了系统可适应性和可扩展性 方便用户 2 进程的逻辑设备如何与一个物理设备建立对应关系 答 逻辑设备与物理设备的联系通常是由操作系统命令语言中提供的信息实现的 1 在高级语言中 软通道实现设备独立性 使用高级语言提供的指派语句 通过指派一个逻辑设备名 通道号 来定义 一个设备或者文件 如 fd open dev lp mode 2 通过作业说明书实现设备独立性 3 在交互系统中 通过指派命令实现设备独立性 如 PDP 系列机上的 RT11 系 统 ASSIGN 设备物理名 设备逻辑名 4 在批处理系统中 用联接说明语句来定义 如 OUTPUT1 LPT 3 什么是缓冲 引入缓冲的原因是什么 答 缓冲是两种不同速度设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段 凡是数据到达和离去的速度不匹配的地方均可以采用缓冲技术 引入缓冲的原因 1 为了进一步缓和 CPU 和 I O 设备之间速度不匹配的矛盾 2 提高 CPU 与 I O 设备之间的并行性 3 为了减少中断次数和 CPU 的中断处理时间 如果没有缓冲 慢速 I O 设备每传 2 送一个字节就要产生一个中断 CPU 必须处理该中断 如果采用了缓冲 则慢速的 I O 设 备将缓冲区填满时 才向 CPU 发出中断 从而减少了中断次数和 CPU 的中断处理时间 4 为了解决 DMA 或者通道方式下数据传输的瓶颈问题 DMA 或者通道方式都适用 于成批数据传输 再无缓冲的情况下 慢速 I O 设备只能一个字节一个字节的传送信息 这造成了 DMA 或通道方式数据传输的瓶颈 缓冲区的设置适应了 DMA 或通道方式的成批数 据传输方式 解决了数据传输的瓶颈问题 4 试举一例说明采用缓冲技术可以提高设备并行操作能力 答 常用的缓冲技术有双缓冲 环形缓冲和缓冲池 双缓冲可以实现用户数据区与缓冲区之间交换数据和缓冲区与外设之间交换数据的 并行 例如 输入设备先将第一个缓冲区装满数据 在输入设备向第二个缓冲区装数据时 处理机就可以从第一个缓冲区取出数据进行处理 当第一个缓冲区数据处理完毕 若第二 个缓冲区已经装满数据 则处理机又可以从第二个缓冲区中取出数据进行处理 而输入设 备又可以向第一个缓冲区装填数据 5 对 I O 设备分配的一般策略是什么 若考虑设备使用特性 又有哪些针对设备特性 的调度策略 试简述这些分配策略的思想 答 1 常用的 I O 设备分配策略有 先请求先服务策略 优先级高者先分配策略 2 1 独占设备应采用独占分配方式 在申请设备时 如果设备空闲 就将其独 占 不再允许其他进程申请使用 一直等到设备被释放才允许其他进程申请使用 对于独占设备的分配 有两种分配方式 一种是静态分配 一种是动态分配 静态分配是指在进程运行前 完成设备分配 在运行结束时 收回设备 其缺点是 设备利用率低 动态分配是之在进程运行过程中 当用户提出设备要求时 进行分配 一旦停止使 用立即回收 其优点就是效率高 缺点就是在分配策略不好时可能产生死锁 2 2 共享设备分配策略有 先请求先服务策略 优先级高者先分配策略等 3 1 先请求先服务分配思想 当多个进程对某一个设备提出 I O 请求时 或者 是在同一设备上进行多次 I O 操作时 系统按提出 I O 请求的先后顺序 将进程发出的 I O 请求命令排成队列 其对首指向被请求设备的 DCT 当该设备空闲时 系统从该设备的 请求队列的队首取下一个 I O 请求消息 将设备分配给发出这个请求消息的进程 3 2 优先级高者先分配思想 优先级高者是指发出 I O 请求命令的优先级最高的 进程 这种策略与优先数法是一致的 即进程的优先级高 它的 I O 请求也优先得到满足 对于相同优先级的进程来说 则按先请求先分配策略分配 因此 优先级高者分配策略把 请求某设备的 I O 请求命令按照进程的优先级组成队列 从而保证在该设备空闲时 系统 能从 I O 请求队列队首取下一个具有最高优先级的进程发出来的 I O 请求命令 并设备分 配给发出该命令的进程 6 什么是虚拟设备技术 什么是虚拟设备 如何进行虚拟分配 答 虚拟设备技术 是在一类物理设备上模拟另一个物理设备的技术 是将独占设备转 换成共享设备的技术 目前最广泛流行的虚拟设备技术是 SPOOLing 技术 虚拟设备是指在一类设备上模拟另一类设备 被模拟的设备是虚拟设备 通过虚拟技 术将一台设备转换为若干逻辑设备 供若干个用户进程使用 通常这种经过虚拟技术处理 过后的设备成为虚拟设备 引入虚拟设备的目的是提高设备利用率 克服独占设备所具有 3 的速度较慢 资源的利用率低的缺点 虚拟分配是针对虚拟设备而言的 当进程申请独占设备时 由系统分配给它共享设备 如磁盘 上的一部分存储空间 当进程要与设备交换信息 以输出为例 时 系统就将 要交换的信息存放到这部分存储空间中 在适当的时候 系统再将存储空间中的信息传送 到独占设备上 7 实现虚拟设备技术的主要条件是什么 列举出采用虚拟设备技术的三个优点 并 逐一解释之 答 实现虚拟设备技术的硬件条件是 配置大容量的磁盘 要有中断装置和通道 操作 系统应设计好 预输入 程序 井管理 程序 缓输出 程序 实现虚拟设备技术的软件条件是 要采用多道程序设计技术 虚拟设备技术的优点 spooling 技术特点 1 提高了 I O 速度 从对低速 I O 设备进行的 I O 操作变为对输入井或输出井的操作 如 同脱机操作一样 提高了 I O 速度 缓和了 CPU 与低速 I O 设备速度不匹配的矛盾 2 设备并没有分配给任何进程 在输入井或输出井中 分配给进程的是一存储区和建 立一张 I O 请求表 3 实现了虚拟设备功能 多个进程同时使用一独享设备 而对每一进程而言 都认为自 己独占这一设备 不过 该设备是逻辑上的设备 8 什么是 SPOOLING 技术 简述 SPOOLING 系统的功能要点 答 SPOOLing 技术是低速输入输出设备与主机交换的一种技术 通常也称为 假脱机 真联机 他的核心思想是以联机的方式得到脱机的效果 功能 预输入 该系统在作业执行前将作业信息通过独占设备预先输入到辅存上的 一个特定区域存放 缓输出 作业执行中 也不必直接启动独占设备输出数据 而只要将作业输 出数据写入磁鼓或磁盘中存放 在作业执行完毕后 有操作系统来组织信息输出 1 当输入数据 或作业需要进入系统时 利用输入进程模拟外围机输入到磁 盘专用存储区 读调入作业或者取数据 从专用存储区读入 2 在进程有输出时 利用输出进程模拟外围机输出到专用存储区上 待输出 设备空闲时 再将存储在专用存储区上的数据送往低速输出设备上 3 假脱机 I O 系统 操作系统需建立 I O 模块 构成 I O 进程 CPU 执行系 统 I O 进程模拟外围处理机 Spooling 系统的特点 提高 I O 速度 将低速 I O 变成高速磁盘访问 实现主机与外部低速设备的并行操作 利用共享设备模拟独占设备 逻辑上为每一个用户都配备一台高速独占设备 提高设备利用率和系统吞吐量 实现对独占设备的改造和提高了进程的并发度和执行效率 9 I O 控制的主要功能是什么 答 I O 控制的主要功能是 将 I O 设备与计算机系统进行同通信 或进行信息交换 4 1 解释用户的 I O 系统调用 2 设备驱动 3 中断处理 10 画图说明请求 I O 的进程 I O 过程 设备处理进程和中断例程之间的控制关系 和同步关系 答 用户进程 I O 进程 I O 处理进程 控制关系 I O 系统层次结构及每层的主要功能图 层 各层的 I O 功能 用户进程 与设备无关的软件 设备驱动程序 中断处理程序 硬件 doio ldev mode amount addr 等 I O 完成 标识设备 执行出错检查 构成 iocb 将 iocb 送入设备 请求