《操作系统原理》 第8章 设备管理

1、第8章 设备管理,主讲：房道伟 Daowei_,计算机操作系统,在现代计算机系统中，为了实现与外界间的信息交往，更好地方便用户使用计算机，一般都配置了一系列各种类型的外围设备，例如：键盘，打印机，显示器，磁带机，卡片机，磁盘，磁鼓等。这些外围设备，由于其构造和物理特性各异，故在应用方式上风格各不相同，在管理方法上也有决然差别。,为了有效地完成对各类外围设备的管理，更好地提高外设资源的利用率，并在用户面前提供一种方便、统一的接口界面，在操作系统的设备管理子系统中，承担了各种设备的分配、管理及I/O操作控制任务。让用户使用的设备与系统中实际连接的物理设备分离开，使用户在不需要了解底层设备资源的状况

2、下，就可以采用逻辑设备名方便地使用外围设备，而逻辑设备到物理设备的转换工作则由系统自己完成。,本章所涉及的内容，主要是针对在现代计算机系统中，为充分合理利用各类设备资源而采起的各种分配管理策略，以及与之有关的各类技术问题，作出进一步的深入讨论，弄清设备管理中的各功能是如何实现的。在学习中，应以设备的类型划分为基础，正确区分独占资源与共享资源的不同管理办法，并对虚拟设备的任务是什么，通道技术、缓冲技术、中断技术起什么作用，数据在I/O系统中的传输方式有几种等方面的概念有一清晰的认识，对设备管理的一般原理和方法形成全面、总体的了解。,8.1 设备类型和设备管理子系统的功能,8.2 设备管理中的两种

3、支撑技术,8.3 I/O系统中数据的传输控制,8.4 设备分配,8.5 共享设备的驱动调度,8.6 虚拟设备,8.1设备类型和设备管理子系统的功能 8.1.1设备类型,在计算机系统中，除了作为操作处理时使用的CPU以及存储信息时用的存储器之外，还有一类比较重要的硬件资源I/O设备。I/O设备是计算机与外界进行信息交换的装置，因此，在各种类型的计算机中都配置有一定数量的I/O设备，这些设备可以从不同的角度进行分类。常见的有下列几种：,存储设备,输入输出设备,终端设备,脱机设备,外围设备,磁带机,硬盘,光盘,绘图仪,扫描仪,键盘,打印机,1.以设备的隶属关系划分： 1）系统设备（System De

4、vice）：这类设备属于计算机中最基本的标准配置设备，常常在操作系统启动时自动完成设备的登录。如打印机、键盘、显示器和磁盘驱动器等都属于这种类型的设备。 2）用户设备（User Device）：这类设备属于非标准配置，可由用户根据实际需要连入系统，在使用之前通过运行对应的驱动程序进行安装、登录。如绘图仪、扫描仪等。,2按信息组织方式划分： 1）字块设备（Block Device）：这种设备也称为存储型设备，在其上信息的组织、安排，都以块为单位进行，在进行存取访问时，也是以块进行计量的。常见的有磁盘驱动器、磁带机、磁鼓等。 2）字符设备（Character Device）：字符设备上的信息，是以

5、字符为单位来组织安排的,这类设备也称为输入/输出型设备.在信息存取调用时,都是以字符为单位来访问的。如键盘、纸带输入机、磁卡机等 属于该类型设备。,3.从资源分配角度进行划分 1)独占设备（Independence Device）：一次只允许分给一个用户作业使用的设备。设备一旦被分出去后，在作业的整个执行期间都被单独占用，别的作业不能与之共用，必须等占用释放后才可再用。而且，这类设备如果分配不当，可能会造成死锁。多数是一些慢速设备，如磁卡机、打印机、A/D、D/A转换器等。,2)共享设备（Share Device）：一次可以允许多个作业同时进行访问的设备。各作业在执行期间内，可以交替分时地对共

6、享设备进行占用。它是一个作业还未撤离设备，另一个作业便可使用的设备。常见的有磁盘、磁鼓等。,3)虚拟设备（Virtual Device）：严格来讲，虚拟设备是一种设备管理的技术。采用该技术可以使慢速独占设备的使用方式变为共享设备的使用方式，以利于独占设备使用效率的提高。在现代计算机系统中，主要采用了SPOOLING系统来实现以完成此功能。,8.1.2 设备管理子系统的主要功能 设备管理属于操作系统中最烦琐、最具复杂性的部分。为了有效的提高系统中设备的效率，在设备管理中不仅涉及了I/O中断、缓冲及通道技术,而且还包括了各种类型设备的分配、启动以及虚拟设备等多方面的管理。为了对物理特性各异的设备,

7、在调用时具有统一的格式和界面，以方便用户,在设备管理中应追求如下的目标：,(1)建立方便、一致的用户界面 (2)尽量使CPU与外围设备、外设与外设之间的并行处理能力提高 (3)充分发挥 I/O设备的效率,为实现目标要求,作为设备管理子系统,应具备以下功能： 1)完成设备的分配和回收。对类型不相同的设备，采取不同的分配策略将设备及其 它相关的硬件分配给申请设备的进程，对当前不能分配资源的进程，应将它们排到对应的等待队列中。进程使用完设备后，系统应及时收回。 2)实现缓冲区的管理。CPU的运行速度往往高于外设的处理速度，为了缓解两者间 的矛盾，使外设与CPU在处理速度上尽量匹配，系统通过设置缓冲区

8、来完成此任务。缓冲区的分配、回收及管理工作由设备管理部分实现.,3)控制I/O设备的启动。在计算机中，为保证设备调用的灵活性和可靠性，并使用户负担减轻，设备的启动由系统自己完成，不允许用户直接启动设备。 4)进行I/O事件的中断处理。具有通道的计算机系统中，I/O操作的控制是由通道执行通道程序来实现的。通道与CPU的协调操作依靠I/O中断信号来指挥，当I/O中断信号出现时,设备管理负责I/O中断事件的处理。,5)管理共享设备的驱动调度。共享设备在使用上允许多个作业交替启动占用不同的区域，故对它们不能预分配，用时才分。这使分配变为什么时候为谁服务的问题，即驱动调度问题。 6)提供虚拟设备。为提高

9、独占设备的利用率，用共享设备模拟独占设备，使独占设备的使用变为共享使用。为达到此目的，在设备管理中提供了一个SPOOLING系统。,8.2 设备管理中的两种支撑技术 8.2.1 缓冲技术,在设备管理中，采用通道技术，虽可以实现CPU与外设的并行工作方式，但CPU的速度一般总是比外设快许多。为了进一步改善CPU与外设之间的速度不匹配的矛盾，解决通道占用时的阻塞现象，提高CPU通道及外设设备之间的并行性，延长CPU对中断的响应时间，减少CPU的中断次数，有效地延长设备使用时间，并有效解决物理记录大小与逻辑记录大小不一致的问题，在操作系统中引入了缓冲技术。,1、缓冲技术的实现原理 当某个进程进行数据

10、输出操作时，先将数据送入缓冲区，当缓冲区满时再将缓冲区的内容送到输出设备上；反之，当一个进程完成输入操作时，先将输入设备上的数据送入缓冲区，当缓冲区满时，再由CPU将数据取走。在缓冲管理中必须建立缓冲区，缓冲区的设定有两种方式：可以采用专门的硬件方法来实现缓冲，但会增加硬件成本，除了在关键的地方采用少量必要的硬件缓冲器外，在许多操作系统中都采用另一种称为软件缓冲的方式，即从主存空间中划定出一个特殊的内存区域作为缓冲区。,单缓冲是在系统的CPU与外设之间只设立一个缓冲区，输入与输出操作全部经该缓冲区来完成。当输入设备占用缓冲区时，输出设备必须处于等待状态；而当输出设备正在缓冲区将数据取走时，输入

11、设备也必须等待，其工作方式是串行完成的。此时，缓冲区成了可共享的临界资源，必须互斥占用，不可能实现并行工作。,单缓冲的结构如图8-1 8-1 单缓冲,cpu,缓冲区,输入设备,输出设备,2双缓冲管理 由于单缓冲不能实现并行处理，为避免单缓冲造成的设备利用率不高的状况，可引入双缓冲技术,为输入或输出分配两个缓冲区（如图x-2），并让两个缓冲区交替工作，就可以形成并行操作的方式。当输入或是输出时，外设先占用一个缓冲区，等当该缓冲区满后，再转去占用另一个缓冲区，同时第一个缓冲区中的数据可被取走，缓冲区可以释放，当另一个缓冲区满后，设备又可转过来占用被释放的缓冲区。这样交替占用的缓冲区，可以使CPU与

12、外设间的并行度进一步提高。,x-2 双缓冲,双缓冲不可能彻底解决在实际系统中的并行操作，由于计算机中配备有多种外围设备，CPU与外设的速度匹配全部由双缓冲来承担是不能胜任的。为此，必须使用多缓冲或是缓冲池结构来解决并行问题。 下面举一个例子来说明双缓冲的使用。,有一批卡片要从卡片机上读如，然后再从打印机上输出，系统设置了两个缓冲区buf1h和buf2，它们用于从卡片机上接受数据，恰当时交打印机输出。假定卡片机的速度为1000卡/分，打印机的速度为1000行/分，先将一卡读入buf1,当打印buf1 内容时，将下一张卡送入buf2；当打印完缓冲区buf1的内容后，又启动下一张卡送入buf1,同时

13、buf2 的内容又被送去打印。反复重复上述过程，直到结束 （如图）。,3多缓冲及缓冲池管理 双缓冲技术提高了I/O设备的并行度，但由于在计算机系统中，CPU的速度总是比外设快得多，真正要实现CPU与外设的并行操作，双缓冲技术还不能达到要求，为此，在计算机中都采用多缓冲或缓冲池结构。多缓冲是把主存中的多个缓冲区组织成两部分，一部分用于做输入缓冲区，另一部分作为输出缓冲区。缓冲池则是将多个缓冲区连接成一个完整的区域，其中每个区既可以作为输入又可以作为输出用。多缓冲及缓冲池是系统中的共享资源，可供各进程使用，由系统统一分配和管理。它的使用必须互斥地进行。,下面讨论的是缓冲池的管理方式。缓冲池是若干缓

14、冲区的集合，每一个缓冲区有两部分：一部分是标识缓冲器的缓冲首都（如图8-10），另一部分是保存信息的缓冲体。 缓冲区在缓冲池内按使用情况链接成三条队列：空闲缓冲区队列，输入缓冲区队列及输出缓冲区队列 。, 空闲缓冲区队列：由空闲缓冲区连接而成，用em指针指向队首。 输入缓冲区队列：由装满输入数据的缓冲区连接而成，用in指针指向队首。 输出缓冲区队列：由装满输出数据的缓冲区连接而成，用out指针指向队首.,缓冲首部 缓冲池,缓冲池的工作原理如下： 系统开始启动时，所有缓冲区全部排入em队列中。 当有输入任务时，收容输入进程执行读数操作时，自动从em队列的队首取下一空闲缓冲区，将输入数据装入其中，

15、待满后排入in队列尾部。并对em队列长度和in队列长度作减一、加一操作。 当有输出任务时，收容输出进程从em队列中取下一个空闲缓冲区，将输出数据装入，满后排入队列尾部。让em队列长度和out队列长度作减一、加一操作。, 当系统要从输入缓冲区为用户进程取数时，由提取输入进程从in队列中取出一缓冲区，将其中的数据复制到用户指定的区域。并将该缓冲区排如em队列的尾部，同时，in队列数减一，em队列数加一。 当系统要从输出缓冲区输出数时，由提取输出进程从out队列中取出一缓冲区，将其中的数据送给输出设备进行操作。然后将该缓冲区排如em队列的尾部，同时，out队列数减一，em队列数加一。,4缓冲的作用

16、1）很好地解决了CPU与I/O设备速度不匹配的问题，使信息得以在系统中平滑传输。 2）提高了CPU、通道和设备之间的并行性，从而使系统的资源利用率及吞吐量增高。 3）减少了系统的中断次数，降低了CPU的开销。,8.3 I/O系统中数据的传输控制 在一个完整的I/O系统内,包含了I/O设备、设备控制器、通道及相关的管理软件。由于计算机应用领域的拓宽,使得信息的输入输出工作量加大,I/O操作在计算机中占由了重要的地位。好的I/O控制方式,不但有利于提高计算机中CPU与外围设备的并行处理效率，而且还可以形成多种外设间的并行操作。特别是在多通道程序设计环境下,I/O操作控制能力已经成为计算机系统综合处

17、理能力的重要构成因素。,一般选取衡量I/O控制方式的好坏时应考虑如下因素： 1)信息传输效率尽量高，以形成大的吞吐量。 2)I/O系统资源利用率好，实现资源的均衡使用。 3)尽量减少CPU用于进行I/O处理的开销，使CPU效率得以充分发挥。,为此,按照I/O数据传输控制能力的强弱程度,以及CPU与外设并行处理程度的不同。常将I/O系统中信息的传输控制方式分为四类: 1)程序直接控制方式(CPU直接询问方式) 2)中断方式 3)DMA方式 4)通道方式 这四种方式代表了计算机系统中I/O控制的四个不同的发展阶段。每个阶段的发展都受到计算机硬件组织结构发展变迁的影响。,8.3.1 程序直接控制方式

18、 程序直接控制方式，也称为CPU直接询问方式。在早期的计算机系统中，由于无中断技术与通道技术的支撑，为了控制I/O操作，往往是CPU在一条启动外设的I/O指令发出后，便检测一台设备的忙闲标志，如果外设的工作没有完成，则标志一直为忙状态，CPU便一直进行循环检测下去，直到标志为不忙为止。然后，主存与外设之间便可以交换一定量的信息。.这种操作方式，使CPU将大量的时间花费在循环等待上，使CPU效率发挥极差，外设也不能合理利用，整个系统的效率很低。现在已较少使用这种方式作为I/O的数据传输控制。,8.3.2 中断方式 随着计算机技术的向前发展,在计算机系统中引入了中断机构。利用中断信号，外设可以将自

19、身操作的状态及时反馈给中央处理CPU，这样，CPU便可以在发出一条I/O指令后，转去继续完成其他任务。而对外设的I/O工作，则转成了由设备控制器来指挥完成。当I/O操作完成后。外设控制控制器自动向CPU发出中断请求信号。CPU接到I/O中断信号后进行干预，启动I/O中断处理程序执行。,8.3.3 DMA方式 DMA方式也称为直接存取方式，主要用在块设备的I/O操作中。在DMA方式中，利用总线直接连接外设和内存，由DMA控制机构窃取总线占有权，完成外设与内存间的成批数据交换。,这样，除了在数据块进行I/O操作初始由CPU发出启动命令以及完成时CPU进行中断处理外，在整个数据块的传输期间不再需要C

20、PU进行干预。这样可减轻CPU的负担，不必要象I/O中断控制方式那样需要CPU的频繁干涉。CPU只需暂停几个周期，从而使I/O的数据交换速度大大提高。,8.3.4通道方式 通道的引入，是为了进一步提高CPU与外设之间的并行工作能力，使I/O操作形成独立于CPU的体系，以减少CPU的负担，使外设与内存的数据交换更加灵活。在没有通道的计算机系统中，外设与主机间的连接，必须以通道及设备控制器作为中介，实现四级连接，三级控制。而且往往是通道、设备控制器、设备间实行多路连接，形成多路交叉传输，以利于I/O效率的提高。,通道也称为I/O处理机，专门负责内存与外设之间的信息交换工作。 在通道机构中含有通道指

21、令，每一条通道命令规定了设备的一种操作，由通道指令可构成指挥外设工作的通道程序。 在I/O操作时，CPU只要发出启动命令，就可以启动通道。当通道启动成功后，通道执行相应的通道程序控制外设进行I/O操作。然后CPU就可转去执行其他任务，并形成与通道并行工作的状态。,CPU与通道互不干涉，独立工作，直到I/O工作结束时，通道发出中断信号，CPU停止当前操作，转I/O中断处理，完成I/O操作的结束工作。,在计算机中，按信息交换方式不同，通道可分为三类： 1）字节多路通道：它连接控制的是大量的慢速设备，如终端、打印机、磁卡机、纸带机等。字节多路通道工作时，以字节为单位交替地传送数据，当为一台设备传送一

22、个字节后，接着又转去为另一台设备传送一个字节。在IBM370系统中所有设定的字节多路通道可接256台设备。当启动I/O操作时，可以交替地为这256台设备分时传送字节。,2)选择通道：对于象磁盘、磁鼓这样的快速设备，如果仍然按字节交叉方式传送数据，设备的利用率极差。因此，出现了按成批方式传送数据的选择通道。选择通道虽然可连接多台高速设备，但一段时间内只能为一台设备服务，只有一个输入或输出请求完成后释放了通道，通道才可再转向另一台设备服务。由于工作方式是独占的，所以利用效率不高。,3)数组多路通道：这种通道是将字节多路通道与选择通道的优点抽取出来所设计的一种效率很高的通道。在数组多路通道中，信息量

23、的交换按成批方式进行，而通道的占用选用了分时交叉使用的办法，从而在数据传输率及通道利用率两方面都获得了满意的效果。数组多路通道可以被认为是多道程序设计技术思想在通道中的体现，可以广泛用于中、高速外设的连接中。,8.4 设备的分配与调度算法,8.4.1 管理设备时的数据结构 为了管理系统中的外部设备，操作系统为每一台设备开辟一个存储区，随时记录系统中每一台设备的基本信息，这个存储区被称为“设备控制块DCB（Device Control Block）”。,设备控制块DCB及设备请求队列,因为设备控制块DCB中存放的是一台具体设备的有关信息，找到一个设备的DCB，就得到了该设备的特性、各种参数、使用

24、情况等，所以DCB是设备管理中最重要的一种数据结构。 为了管理设备，系统除了为每个设备设置DCB外，整个系统还要有一张所谓的“系统设备表（SDTSystem Device Table）”。,图8-5 系统设备表SDT,8.4.2 独享设备的分配,“独享设备”即是在使用上具有排它性的设备。 独享设备的使用具有排它性，因此对这类设备只能采取“静态分配”的策略。,为了管理起见，系统在内部对每一台设备进行编号，以便相互识别。设备的这种内部编号称为设备的“绝对号”。,为了便于区分，避免混乱，允许用户对自己要求使用的几台相同类型的设备进行编号。这种编号出自于用户，因此称为设备的“相对号”。,用户是通过“设

25、备类，相对号”来提出使用设备的请求的。,操作系统设置两种表，一是“设备类表”，整个系统就只有一张设备类表；一是“设备表”，每一类设备有一张。,图8-7 设备类表和设备表,对于独享设备，常采用的分配算法有如下两种： （1）先来先服务 （2）优先级高者先服务,8.5 共享设备的驱动调度 配置在计算机中的共享设备，由于在使用特征上表现为在同一时间段内允许多作业的进程交替占用，故这类设备在分配方式上就不可能将设备只分给某个进程使用，别的进程不能使用。所以，对共享设备的分配，实质上变成了决定设备在某一时刻到底应该被启动、为谁服务的问题。也就是常说的驱动调度问题。不同的共享设备，由于其构造特征不同，所采用

26、的驱动调度策略也会有差别。下面针对比较熟悉的共享设备磁盘来讨论驱动调度问题。,8.5.1 磁盘的访问时间构成 磁盘的物理构造（如图x-15）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磁盘访问成功的关键。,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查找时间。,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

27、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。 一般外设与主存相连时，在它们之间有一条数据通路，数据在数据通路上传输要花费一定时间。磁盘也不例外，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，这个称为传输时间。,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I/O访问的时间。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。为了实现这一目的，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”。,具体的磁盘驱动调度算法分为两部分：“移臂调度算

28、法”和“旋转调度算法”。“ 移臂调度”控制的是查找操作的先后次序；而“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”。,8.5.2 移臂调度 移臂调度算法有若干种，但着眼点都放在查询优化上，即查找时间尽量短，吞吐量尽量大。目前广泛使用的查找策略有 下列几种：,1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，磁盘先分给它使用。（如图8-1）。这种算法当访问请

29、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。,图8-1 FCFS算法,2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x-17）。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。,图8-2 SSFT算法,3扫描算法(SCAN)： 该算法是

30、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。SCAN算法在选下一个访问者时，先选与磁臂移动方向一致的访问请求，在此基础上，选出与磁头当前柱面最近距离的柱面作为下一个访问对象。,也就是说，如果磁臂目前向内移动，则下一个访问对象，应该是磁头当前所在柱面以内的那些柱面中，距磁头最近的那个柱面。下一个访问对象仍这样选择，直到该方向上没有更内侧的请求为止。磁头改变方向转向外，边移动边服务，完后又转向内服务，反复扫描访问请求，依次给予服务。此方法与自

31、然界中电梯工作的方式极为相象，故也称“电梯调度”算法。,SCAN算法是一种高效率的算法。它很好地解决了磁头来回移动浪费时间的现象，使系统吞吐量增大，资源利用率好。图8-3是此算法的示例。在实际的磁盘调度策略的使用中,多以SCAN算法为主。在此基础上又演变出了下面的两种算法：N步扫描法与循环扫描法。,图 8-3 SCAN算法(电梯调度算法),. 循环扫描法 循环扫描法也称单向扫描，它对请求者的服务总是每次从柱面号开始，然后移动至最大柱面。遇着访问进行服务。一次完后，磁头再版返回号柱面，又重复上述步骤。,循环扫描(单向扫描调度算法),8.5.3 旋转调度 通过移臂调度后，确定了访问的柱面号，当在同

32、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的。 用于旋转调度的方法也有很多种，各种方法都试图通过对各个访问请求进行巧妙的排序来实现旋转优化，从而达到减少旋转延迟时间的目的。下面介绍一种常见的“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。例如：假设号柱面上有四个访问者，它们的访问请求次序如下： 请求次序柱面号磁头号扇区号 （） （） （） （）,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

33、用（），（），（），（）的次序处理，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，不同磁头号所对应的同一扇区，这样会造成这些扇区同时到达磁头位置下，这时候可以按请求的先后次序，先请求的先读写。,8.6 虚拟设备 8.6.1虚拟设备技术的发展： 虚拟设备实际上是一种提高独占设备利用率而采用的管理技术。在计算机系统中，一些慢速的独占设备（如象打印机，卡片机等），由于它们的使用特性，使系统对它们分配时往往采取的是静态分配。造成了这些设备在系统中一方面是各使用者争夺的紧俏资源；而另一方面又有大量的时间资源处于浪费。,因为作业一旦分到了这类设备，在它用完之前不能再分给其

34、它作业，而分给作业的设备，除一部分时间用于工作外，其余的时间都处于闲置状态，别的作业对设备的请求又得不到满足。这种现象使系统资源处于极大浪费，系统效率受到严重损伤。例如，系统中有台打印机，如果有个作业来申请使用，打印机只能先分给个作业用，作业在输入和处理时，打印机都是闲着不用。为解决这样的问题，操作系统在管理中采用了虚拟设备技术来克服独占设备管理上的缺陷。,早期的虚拟设备技术采用的是脱机外围机操作技术。在这种方法中，除了主机系统之外，系统还必须提供两台卫星机。一台负责预输入，完成的工作是将独占慢速的输入设备上的信息预先输入到共享高速的磁盘上，当磁盘一个卷满后，由系统操作员将卷移动到主机系统中；另一台则专门负责缓输出的工作，当主机加工完后即将要输出的结果，先存入主机的另一个磁盘内，盘满后由操作员将存有结果的磁盘移到负责缓输出的卫星机上，由该机控制打印输出。如图x-20。,图x- 20脱机外围设备操作系统,脱机外围操作技术，使主机系统在输入或输出时面对的都是高速的共享设备，存/取速度快、效率高。而且两台卫星机是完全独立于主机运行的，与主机系统形成并