chap7设备管理课件

1、第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理第七章第七章 设备管理设备管理 本章学习目标 l l 数据传送的数据传送的4种方式：程序直接控制方式、中种方式：程序直接控制方式、中断控制方式、断控制方式、DMA方式及通道控制方式方式及通道控制方式l l 缓冲技术的概念及缓冲技术的概念及4种常见的缓冲技术：单缓种常见的缓冲技术：单缓冲、双缓冲、环形缓冲及缓冲池冲、双缓冲、环形缓冲及缓冲池l l 设备分配的概念及设备分配的概念及3种设备分配技术：独享分种设备分配技术：独享分配、共享分配及虚拟分配配、共享分配及虚拟分配l l I/O进程控制进程控制第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理一、

2、一、 设备类型设备类型 1按操作特性分类按操作特性分类按这种方法可把外部设备分为存储设备和输入按这种方法可把外部设备分为存储设备和输入/输出（输出（I/O）设备。设备。 2按传输的信息特点分类按传输的信息特点分类按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。 3按系统和用户的观点分类按系统和用户的观点分类按这种观点可将外部设备分为系统设备和用户设按这种观点可将外部设备分为系统设备和用户设备两种。备两种。4按设备的共享属性分类按设备的共享属性分类这种分类方式可将这种分类方式可将I/O设备分为如下三类：设备分为如下三类：(1)独占设备独占设备 (2) 共享

3、设备共享设备 (3) 虚拟设备虚拟设备7.1概述概述 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理5.按传输速率分类第一类是低速设备:这是指其传输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节的一类设备。属于低速设备的典型设备有键盘、 鼠标器、语音的输入和输出等设备。第二类是中速设备:这是指其传输速率在每秒钟数千个字节至数万个字节的一类设备。典型的中速设备有行式打印机、激光打印机等。第三类是高速设备: 这是指其传输速率在数百千个字节至数十兆字节的一类设备。 典型的高速设备有磁带机、 磁盘机、 光盘机等。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理二、二、 设备管理的任务和功能设备管理的任务和功能

4、1设备管理的任务设备管理的任务 提高设备的利用率 设备独立性字符编码的独立性设备处理的一致性2设备管理的功能设备管理的功能（1）监视系统中所有设备的状态。）监视系统中所有设备的状态。（2）设备分配。）设备分配。（3）设备控制是设备管理的另一功能，它包）设备控制是设备管理的另一功能，它包括设备驱动和设备中断处理，具体的工作过程括设备驱动和设备中断处理，具体的工作过程是在设备处理的程序中发出驱动某设备工作的是在设备处理的程序中发出驱动某设备工作的I/O指令后，再执行相应的中断处理。指令后，再执行相应的中断处理。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理7.2 I/O系统结构系统结构一、控制方

5、式的演变1、程序控制查询方式在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O设备的低速性， 致使CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中， 造成对CPU的极大浪费。在该方式中，CPU之所以要不断地测试I/O设备的状态，就是因为在CPU中无中断机构， 使I/O设备无法向CPU报告它已完成了一个字符的输入操作。缺点: 处理机与设备串行工作; 消耗大量处理机时间.第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理2、中断驱动方式在I/O设备输入每个数据的过程中，由于无须CPU干预，因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需CPU花费极短的时间去做些中断处理。可

6、见，这样可使CPU和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。例如，从终端输入一个字符的时间约为100 ms， 而将字符送入终端缓冲区的时间小于 0.1 ms。 若采用程序I/O方式，CPU约有 99.9 ms的时间处于忙等待中。 采用中断驱动方式后，CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其它事情，而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。 可见，中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用率。 特点: CPU与设备并行工作 设备多时对CPU打扰多第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理3、 直接存储器访问直接存储器访问DMA I/O控制方式控制方式

7、该方式的特点是： 数据传输的基本单位是数据块，即在CPU与I/O设备之间，每次传送至少一个数据块； 所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反； 仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。可见，DMA方式较之中断驱动方式，又是成百倍地减少了CPU对I/O的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理4、 I/O通道控制方式通道控制方式 I/O通道方式是DMA方式的发展，它可进一步减少CPU的干预，即把对一个数据块的读(或写)为单位的干预，减少为对一组数据块的读(或写)及有关的控制和

8、管理为单位的干预。 同时，又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率。例如，当CPU要完成一组相关的读(或写)操作及有关控制时，只需向I/O通道发送一条I/O指令，以给出其所要执行的通道程序的首址和要访问的I/O设备，通道接到该指令后，通过执行通道程序便可完成CPU指定的I/O任务。通道控制方式的数据过程如下：（1）当进程要求设备输入时，）当进程要求设备输入时，CPU发指令指明发指令指明I/O操作、设备号和操作、设备号和对应通道。对应通道。（2）对应通道收到）对应通道收到CPU发来的启动指令后，读出内存中的通道指令发来的启动指令后，读出内存中的通道指令

9、程序、设置对应设备的控制状态寄存器的初值。程序、设置对应设备的控制状态寄存器的初值。（3）设备按通道指令的要求，把数据送往内存指定区域。）设备按通道指令的要求，把数据送往内存指定区域。（4）若传送结束，）若传送结束，I/O控制器通过中断请求线发中断信号请求控制器通过中断请求线发中断信号请求CPU做中断处理。做中断处理。（5）中断处理结束后，）中断处理结束后，CPU返回到被中断进程处继续执行。返回到被中断进程处继续执行。（6）当进程调度程序选中这个已得到数据的进程后，才能进行加工）当进程调度程序选中这个已得到数据的进程后，才能进行加工处理。处理。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理1

10、、 程序直接控制方式程序直接控制方式程序直接控制方式是指由程序直接控制内程序直接控制方式是指由程序直接控制内存或存或CPU和外围设备之间进行信息传送的和外围设备之间进行信息传送的方式。通常又称为方式。通常又称为“忙忙等等”方式或循环方式或循环测试方式。测试方式。在数据传送过程中，必不可少的一个硬件在数据传送过程中，必不可少的一个硬件设备是设备是I/O控制器，它是操作系统软件和硬控制器，它是操作系统软件和硬件设备之间的接口，它接收件设备之间的接口，它接收CPU的命令，的命令，并控制并控制I/O设备进行实际的操作。设备进行实际的操作。二、二、 输入输入/输出控制方式输出控制方式第七章第七章 设备管

11、理设备管理chap7设备管理下面讲述程序直接控制方式的工作过程。由于数下面讲述程序直接控制方式的工作过程。由于数据传送过程中输入和输出的情况比较类似，下面据传送过程中输入和输出的情况比较类似，下面只给出输出数据时的工作过程。只给出输出数据时的工作过程。（1）把一个启动位为）把一个启动位为“1”的控制字写入该设备的控制字写入该设备的控制状态寄存器。的控制状态寄存器。（2）将需输出数据送到数据缓冲寄存器。）将需输出数据送到数据缓冲寄存器。（3）测试控制状态寄存中的）测试控制状态寄存中的“完成位完成位”，若为，若为0，转（转（2），否则转（），否则转（4）。）。（4）输出设备将数据缓冲寄存器中的数据

12、取走）输出设备将数据缓冲寄存器中的数据取走进行实际的输出。进行实际的输出。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理2、 中断控制方式中断控制方式 （1）进程需要数据时，将允许启动和允许中断的控制字写入设）进程需要数据时，将允许启动和允许中断的控制字写入设备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。（2）该进程放弃处理机，等待输入的完成。操作系统进程调度）该进程放弃处理机，等待输入的完成。操作系统进程调度程序调度其他就绪进程占用处理机。程序调度其他就绪进程占用处理机。（3）当输入完成时，输入设备通过中断请求线向）当输入完成时，输入设备通过中断请

13、求线向CPU发出中断发出中断请求信号。请求信号。CPU在接收到中断信号之后，转向中断处理程序。在接收到中断信号之后，转向中断处理程序。（4）中断处理程序首先保护现场，然后把输入缓冲寄存器中的）中断处理程序首先保护现场，然后把输入缓冲寄存器中的数据传送到某一特定单元中去，同时将等待输入完成的那个进程数据传送到某一特定单元中去，同时将等待输入完成的那个进程唤醒，进入就绪状态，最后恢复现场，并返回到被中断的进程继唤醒，进入就绪状态，最后恢复现场，并返回到被中断的进程继续执行。续执行。（5）在以后的某一时刻，操作系统进程调度程序选中提出的请）在以后的某一时刻，操作系统进程调度程序选中提出的请求并得到获

14、取数据的进程，该进程从约定的内存特定单元中取出求并得到获取数据的进程，该进程从约定的内存特定单元中取出数据继续工作。数据继续工作。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理3 、DMA方式方式 DMA方式又称直接存储器访问（方式又称直接存储器访问（Direct Memory Access）方式。其基本思想是在外设和主存之间开辟直接的数据方式。其基本思想是在外设和主存之间开辟直接的数据交换通路。交换通路。DMA方式的特点是：方式的特点是： （1）数据传送的基本单位是数据块。）数据传送的基本单位是数据块。 （2）所传送的数据是从设备送内存，或者相反。）所传送的数据是从设备送内存，或者相反。

15、（3）仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需）仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需中断中断CPU，请求干预，整块数据的传送是在请求干预，整块数据的传送是在DMA控制器控制器控制下完成的。控制下完成的。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理DMA控制器与其他部件的关系控制器与其他部件的关系第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理4 、 通道控制方式通道控制方式 通道控制方式与DMA方式相类似，也是一种内存和设备直接进行数据交换的方式。与DMA方式不同的是，在通道控制方式中，数据传送方向存放数据的内存始址及传送的数据块长度均由一个专门负责输入/输出的硬件通道来控制。

16、另外，DMA方式每台设备至少需要一个DMA控制器，而通道控制方式中，一个通道可控制多台设备与内存进行数据交换。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理通道控制方式的数据过程如下：通道控制方式的数据过程如下： （1）当进程要求设备输入时，）当进程要求设备输入时，CPU发指令指明发指令指明I/O操作、设备操作、设备号和对应通道。号和对应通道。（2）对应通道收到）对应通道收到CPU发来的启动指令后，读出内存中的通发来的启动指令后，读出内存中的通道指令程序、设置对应设备的控制状态寄存器的初值。道指令程序、设置对应设备的控制状态寄存器的初值。（3）设备按通道指令的要求，把数据送往内存指定区域。

17、）设备按通道指令的要求，把数据送往内存指定区域。（4）若传送结束，）若传送结束，I/O控制器通过中断请求线发中断信号请求控制器通过中断请求线发中断信号请求CPU做中断处理。做中断处理。（5）中断处理结束后，）中断处理结束后，CPU返回到被中断进程处继续执行。返回到被中断进程处继续执行。（6）当进程调度程序选中这个已得到数据的进程后，才能进）当进程调度程序选中这个已得到数据的进程后，才能进行加工处理。行加工处理。返回本节返回本节第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理每条通道指令应包含以下的内容：每条通道指令应包含以下的内容：（1）操作码：它规定指令所执行的操作，如读、）操作码：它规定指

18、令所执行的操作，如读、写等。写等。（2）内存地址：标明数据传送时内存的首址。）内存地址：标明数据传送时内存的首址。（3）计数：表示传送数据的字节数。）计数：表示传送数据的字节数。（4）通道程序结束位）通道程序结束位R0，表示通道程序是否结表示通道程序是否结束。束。 （5）记录结束标志）记录结束标志R1，表示所处理的记录是否表示所处理的记录是否结束。结束。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理下面给出一个由二条通道指令所构成的简单下面给出一个由二条通道指令所构成的简单程序。程序。该程序是将内存中不同地址的数据写成多个该程序是将内存中不同地址的数据写成多个记录。记录。操作操作R0R1计

19、数计数内存地址内存地址WRITE00801420WRITE011702120第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理 通道方式的数据传送结构通道方式的数据传送结构第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理7.3设备分配设备分配 1设备分配的基本要求设备分配的基本要求 设备分配受设备的固有特性，设备在系统中的配置数量，用户应用需求等多方面的限制。两方面的目标：在系统方面，应最大限度地发挥设备的效率，分配尽量合理化，避免在分配完成后使占用设备的进程组内产生不安全性，引发死锁现象；从用户方面考虑，应使分配体现设备独立性，让用户面对逻辑设备，而与物理设备无关，从而减轻用户编程的负担，提高

20、应用程序的灵活性。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理2设备分配方式设备分配方式 设备分配中的分配方式主要有两种：静态分配与动态分配。 静态分配方式主要适用对独占型设备的分配，这种类型的分配在使用上必须是互斥地占用，所以往往是在某个作业执行之前，根据作业需求，全部一次性分出，当作业撤离时，再由系统收回。由于是预分配，一般不会引起不安全因素。这种方式主要用在分配设备上，而对数量较少的通道和设备控制器的分配不能采用此方式。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理动态分配的方式则是由进程在执行中根据需要来动态申请外设，资源分配的灵活性大，利用率高。在此方式下，设备不是进行预分

21、配，而是用时才分，运行中的进程当需要与外界交换信息时，通过执行系统中的访管指令，形成访管中断，系统响应后进入访管中断处理，启动分配程序工作，完成分配任务。系统必须采取一定的策略加以控制。常见的策略主要是先请求先分配、优先级高优先级两种。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理（1）先请求先分配当若干进程申请某一设备的请求得不到满足时，必须排入等队列中。这些进程由于申请时的先后次序，故排入等待队列的次序也是不相同的。当该设备被归还给系统后，就可以重新分配，此时，系统按进程在等待队列中排队的先后次序，将设备分给最早排入等待队列的那个进程。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理（

22、2）优先级高优先分配 在此分配对策中，进程的优先级起了决定作用。当从等待某设备的进程队列中挑选下一个可占用设备的进程时，往往按进程所具有的优先级来处理：高优先级的进程先分配；同优先级的，先申请先分配。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理1） 独享设备的分配独享设备的分配 所谓独享设备是指这类设备被分配给一个作业后，所谓独享设备是指这类设备被分配给一个作业后，被这个作业所独占使用，其他的任何作业不能使被这个作业所独占使用，其他的任何作业不能使用，直到该作业释放该设备为止。常见的独享设用，直到该作业释放该设备为止。常见的独享设备有行打印机、光电输入机等。针对独享设备，备有行打印机、光

23、电输入机等。针对独享设备，系统一般采用静态分配方式。即在一个作业执行系统一般采用静态分配方式。即在一个作业执行前，将它所需要使用的这类设备分配给它，当作前，将它所需要使用的这类设备分配给它，当作业结束撤离时，才将分配给它的独享设备收回。业结束撤离时，才将分配给它的独享设备收回。 3、 设备分配的实现设备分配的实现第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理2） 共享设备的分配共享设备的分配 所谓共享设备是指允许多个用户共同使用的设备。所谓共享设备是指允许多个用户共同使用的设备。如磁盘、磁鼓等设备，可由多个进程同时进行访如磁盘、磁鼓等设备，可由多个进程同时进行访问。设备的共享有两层含义：一是

24、指对设备介质问。设备的共享有两层含义：一是指对设备介质的共享，如磁盘上的各扇区。二是指对磁盘等驱的共享，如磁盘上的各扇区。二是指对磁盘等驱动器的共享，多个用户访问这些设备上的信息是动器的共享，多个用户访问这些设备上的信息是通过驱动器来实现的。通过驱动器来实现的。对共享设备的分配一般采用动态分配这一方式对共享设备的分配一般采用动态分配这一方式 。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理7.4设备驱动设备驱动 1设备驱动程序的功设备驱动程序的功能能 （1）实现逻辑设备到物理设备的转换。）实现逻辑设备到物理设备的转换。 （2）发出）发出I/O命令，启动相应的命令，启动相应的I/O设备，完成

25、设备，完成相应的相应的I/O操作。操作。 2设备驱动程序的处理过程设备驱动程序的处理过程不同的设备有不同的设备驱动程序，但设备驱动不同的设备有不同的设备驱动程序，但设备驱动程序大都可分为两部分，除有能驱动程序大都可分为两部分，除有能驱动I/O设备工设备工作的驱动程序外，还有设备中断处理作的驱动程序外，还有设备中断处理I/O完成后完成后的工作程序。的工作程序。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理补充：补充： 磁盘的访问时间构成磁盘的访问时间构成 磁盘的物理构造（如图）决定了一次磁盘的I/O操作，物理记录的位置必须由柱面号，磁头号（盘面号），扇区号三个参数共同确定。如何确定这三个参数是

26、磁盘访问成功的关键。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理找柱面，实质上是由磁臂带动磁头沿半径方向平行移动到指定柱面的工作。在磁盘中，每个盘面都对应一个磁头，所有磁头都被固定在唯一的磁臂上，一旦柱面被找到，所有磁头指向的都是同一柱面。系统中找柱面的操作被称为查找操作，所花费的移臂时间称为寻道时间寻道时间。 柱面找出后，磁头并不与磁道接触，而要等想访问的扇区转到磁头所在位置时，磁头才与扇区接触，完成对物理记录的读/写操作。扇区转动到磁头位置的时间称为旋转延迟时间延迟时间。 磁头将扇区的信息读到主存或是将主存的信息写入扇区都需要时间，这个时间称为传输时间传输时间。 第七章第七章 设备管

27、理设备管理chap7设备管理由查找时间、旋转延迟时间、传输时间三部分之和构成了一次磁盘的I/O访问时间。要使磁盘利用率高，应尽量减少每次I/O操作的访问时间，增加单位时间内的I/O操作吞吐量。系统应采用一定的管理对策，决定出当有多个访问请求发生时，让哪个访问者被先访问？这个管理对策被称为“驱动调度”。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理具体的磁盘驱动调度算法分为两部分： “ 移臂调度”：控制的是查找操作的先后次序； “旋转调度”：控制的是哪个扇区先被访问的问题。磁盘工作时，应先完成“移臂调度”，然后再进行“旋转调度”。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理移臂调度移臂调

28、度 先来先服务查找算法（先来先服务查找算法（FCFS） 这是一种最简单的移臂调度算法，它只考虑对磁盘请求的先后次序，而不考虑访问的物理位置，所有对磁盘有I/O请求的进程先去等待队列中排队，排在先的先给予服务。该算法对于访问进程是平等的，先提I/O请求的进程，磁盘先分配给它使用。这种算法当访问请求分布不好时，可能会造成磁臂反复来回移动，增加总的访问时间，无法实现查找优化，只适用于访问请求不太多的情况。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理最短查找时间优先的算法（最短查找时间优先的算法（SSFT，Shortest-Seek-Time-First） 这个算法是FCFS算法的改进。它总是选

29、择请求 队列中离当前磁头所在柱面最近的下一个柱面作为即将访问的对象，而不管请求访问者到达请求队列的先后次序（如图6-17所示）。此算法克服了FCFS算法中磁臂大幅度来回移动的缺陷，在吞吐量上有所提高。但对访问者的服务机会是不均衡的，有时会造成内外边缘磁道上的请求被无限推迟响应的现象。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理扫描算法扫描算法(SCAN) 该算法是为了克服SSTF算法的缺点而提出的一种查找优化的算法，在SSTF算法中只考虑了请求访问的柱面与磁头当前所处位置的距离，而不考虑磁臂的移动方向。而SCAN算法则既要考虑距离，也要考虑方向，且方向优先考虑。 第七章第七章 设备管理设

30、备管理chap7设备管理“电梯调度”算法。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理旋转调度旋转调度 通过移臂调度后，确定了访问的柱面号，当在同一柱面上有多个访问者等待访问时，如何安排访问者的访问次序？这就是旋转调度应解决的问题。旋转调度应以尽量减少旋转延迟时间为目标。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理“最短延迟时间优化”的策略。 该方法以时间为衡量指标，对同一柱面上扇区的访问请求不是按申请的先后次序来读写，而是经过重新排序后再处理，使时间上大大缩短。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理例如：假设号柱面上有四个访问者，它们的访问请求次序例如：假设号柱面上有

31、四个访问者，它们的访问请求次序如下：如下：请求次序柱面号磁头号扇区请求次序柱面号磁头号扇区号号（）（）（）（）（）（）（）（）若如不进行优化处理，处理完这四个访问请求可能需要若如不进行优化处理，处理完这四个访问请求可能需要两周的旋转时间。而采用（），（），（），（）的两周的旋转时间。而采用（），（），（），（）的次序处理，一周就可全部访问完毕，节省了一半的时间。次序处理，一周就可全部访问完毕，节省了一半的时间。有时几个访问请求所需的可能是同一柱面，不同磁头号有时几个访问请求所需的可能是同一柱面，不同磁头号所对应的是同一扇区，这样会造成这些扇区同时到达磁头位置所对应的是同一扇区，这样会造成这些扇

32、区同时到达磁头位置下，这时可以按请求的先后次序，先请求的先读写。下，这时可以按请求的先后次序，先请求的先读写。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理未考虑读写延迟的扇区编号：扇区0扇区7扇区6扇区5扇区4扇区3扇区2扇区1第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理扇区0扇区7扇区3扇区6扇区2扇区5扇区1扇区4考虑读写延迟的扇区编号(单交错)：第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理扇区0扇区5扇区2扇区7扇区4扇区1扇区6扇区3考虑读写延迟的扇区编号(双交错)：第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理一、一、 缓冲的引入缓冲的引入引入缓冲的主要目的有以下几点

33、。引入缓冲的主要目的有以下几点。1缓和处理机和缓和处理机和I/O设备间速度不匹配的矛盾设备间速度不匹配的矛盾2减少对减少对CPU的中断次数的中断次数3提高提高CPU和和I/O设备之间的并行性设备之间的并行性缓冲技术缓冲技术 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理二、二、 单缓冲单缓冲 单缓冲是操作系统提供的最简单的一种单缓冲是操作系统提供的最简单的一种缓冲形式。每当一个进程发出一个缓冲形式。每当一个进程发出一个I/O请请求时，操作系统便在主存中为之分配一求时，操作系统便在主存中为之分配一缓冲区，该缓冲区用来临时存放输入缓冲区，该缓冲区用来临时存放输入/输输出数据。出数据。第七章第七章

34、 设备管理设备管理chap7设备管理三、三、 双缓冲双缓冲 解决外设之间并行工作的最简单的办法是设置双解决外设之间并行工作的最简单的办法是设置双缓冲。在双缓冲方案中，具体的做法是为输入或缓冲。在双缓冲方案中，具体的做法是为输入或输出操作设置两个缓冲区输出操作设置两个缓冲区buffer1和和buffer2。双缓冲方式和单缓冲方式相比，虽然双缓冲方式双缓冲方式和单缓冲方式相比，虽然双缓冲方式能进一步提高能进一步提高CPU和外设的并行程度，并能使输和外设的并行程度，并能使输入设备和输出设备并行工作，但是在实际系统中入设备和输出设备并行工作，但是在实际系统中很少采用这一方式，这是因为在计算机系统中的很

35、少采用这一方式，这是因为在计算机系统中的外设很多，又有大量的输入和输出，同时双缓冲外设很多，又有大量的输入和输出，同时双缓冲很难匹配设备和很难匹配设备和CPU的处理速度。因此现代计算的处理速度。因此现代计算机系统中一般使用环形缓冲或缓冲池结构。机系统中一般使用环形缓冲或缓冲池结构。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理四、四、 环形缓冲环形缓冲环形缓冲技术是在主存中分配一组大小相等的存环形缓冲技术是在主存中分配一组大小相等的存储区作为缓冲区，并将这些缓冲区链接起来，每储区作为缓冲区，并将这些缓冲区链接起来，每个缓冲区中有一个指向下一个缓冲的指针，最后个缓冲区中有一个指向下一个缓冲的指

36、针，最后一个缓冲区的指针指向第一个缓冲区，这样一个缓冲区的指针指向第一个缓冲区，这样n个个缓冲区就成了一个环形。此外，系统中有个缓冲缓冲区就成了一个环形。此外，系统中有个缓冲区链首指针指向第一个缓冲区。环形缓冲区结构区链首指针指向第一个缓冲区。环形缓冲区结构如图如图5.3所示。所示。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理环形缓冲区结构环形缓冲区结构返回本节返回本节第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理五、五、 缓冲池缓冲池从自由主存中分配一组缓冲区即可构成缓冲池。 1缓冲池的组成缓冲池的组成缓冲池中的缓冲区一般有以下三种类型：空闲缓冲区、装输入数据的缓冲区和装输出数据的缓冲

37、区。 2缓冲池的工作方式缓冲池的工作方式缓冲区可以在收容输入、提取输入、收容输出和提取输出四种方式下工作。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理图图 缓冲区队列缓冲区缓冲区队列缓冲区第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理图图 缓冲池的工作缓冲区缓冲池的工作缓冲区第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理1虚拟设备的分配虚拟设备的分配所谓虚拟设备是指代替独享设备的那部分存储空所谓虚拟设备是指代替独享设备的那部分存储空间及有关的控制结构。对虚拟设备采用的是虚拟间及有关的控制结构。对虚拟设备采用的是虚拟分配，其过程是：当进程中请求独享设备时，系分配，其过程是：当进程中请求

38、独享设备时，系统将共享设备的一部分存储空间分配给它。进程统将共享设备的一部分存储空间分配给它。进程与设备交换信息时，系统把要交换的信息存放在与设备交换信息时，系统把要交换的信息存放在这部分存储空间，在适当的时候对信息作相应的这部分存储空间，在适当的时候对信息作相应的处理。如打印时，把要打印的信息送到某个存储处理。如打印时，把要打印的信息送到某个存储空间中，在打印机空闲时将存储空间上的信息送空间中，在打印机空闲时将存储空间上的信息送到打印机上打印出来。到打印机上打印出来。8.7 虚拟设备的分配与假脱机技术虚拟设备的分配与假脱机技术 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理2假脱机技术假脱

39、机技术通过共享设备来模拟独享设备所采用的操作是假脱机操作，即在联机情况下外部设备设备同时操作。所使用的假脱机技术称之为假脱机技术。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理3假脱机系统的组成假脱机系统的组成 输入井和输出井输入井和输出井 输入缓冲区和输出缓冲区输入缓冲区和输出缓冲区 输入进程和输出进程输入进程和输出进程 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理图图 假脱机系统的组成假脱机系统的组成第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理4假脱机系统的特点假脱机系统的特点（1）提高了）提高了I/O速度。从对低速速度。从对低速I/O设备进行的设备进行的I/O操操作变为对输入井

40、或输出井的操作，如同脱机操作一作变为对输入井或输出井的操作，如同脱机操作一样，提高了样，提高了I/O速度，缓和了速度，缓和了CPU与低速与低速I/O设备速设备速度不匹配的矛盾。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）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井中，分配给进程的是一存储区和建立一张I/O请求请求表。表。（3）实现了虚拟设备功能。多个进程同时使用一独）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。设备，不过，

41、该设备是逻辑上的设备。第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理1、输入井和输出井的作用是什么？ 答：为实现虚拟设备，必须在磁盘上划出的专用存储空间，这部分空间就是“井”，其中又分为两部分：用于存放作业的初始信息的井是输入井，存放作业执行结果的是输出井。 -2、SPOOL系统由哪些部分组成？简述它们的功能。 答：SPOOL系统由三部分程序组成： 预输入程序。通过该程序把作业流中每个作业的初始信息传送到“输入井”保存起来以以备作业执行时使用。 井管理程序：包括井管理读程序和井管理写程序两个功能，井管理读程序负责从输入机上读取文件信息供用户使用，井管理写程序负责把作业执行产生的结果保存到输出

42、井中。 缓输出程序。它负责查看“输出井”中是否有待输出的结果信息，若有则启动打印机把作业结果输出。 -3、实现虚拟设备的主要条件是什么？ 答：实现虚拟设备的硬件条件：大容量磁盘；中断装置和通道；中央处理器与通道并行工作的能力。 实现虚拟设备的软件条件是要求操作系统采用多道程序设计技术。 -4、SPOOL系统为什么能提高独占设备的利用率？ 答：SPOOL系统借助硬件的中断装置和通道技术使得中央处理器与各种外围设备以及各外围设备之间均可并行工作。操作系统采用多道程序设计技术，合理分配处理器，实现联机的外围设备同时操作。 作业执行时从磁盘上读写信息来代替从输入机和打印机的读写操作，不仅使多个作业可以

43、同时执行，而且加快了作业的执行速度，提高了单位时间内处理作业的能力。在作业执行的同时还可利用输入机继续预输入作业信息和利用打印机输出结果，于是，整个系统可以是第一批作业的执行结果在打印输出，第二批作业正在处理，第三批作业信息正在预输入到磁盘的“输入井”中。 这种联机同时操作极大地提高了独占设备的利用率，也使计算机系统的各种资源被充分利用。5、实现虚拟设备后从哪些方面提高了系统效率? 答：实现虚拟设备后系统从输入、输出以及作业执行速度方面均提高了效率。具体如上题答案中所述。 第七章第七章 设备管理设备管理chap7设备管理设有一个长度为L字节的文件需存放到磁带上，今划定磁带的物理块长为B，试问：(1)存放该文件需占用多少个磁带块？(2)若启动一次磁带机可交换8个块的信息，则读/写这个文件需要执行多少次输入输出操作？(3)若启动一次磁带机交换8个块的信息，为满足读/写该文件信息的需要，应设置主存缓冲区至少需多少个字节？答