操作系统课件2.ppt

1、第六章设备管理,6.1 设备管理的功能 6.2 外围设备的分类 6.3 独占设备的管理 6.4 磁盘的驱动调度 6.5 输入/输出操作的实现 6.6 缓冲技术 6.7 虚拟设备 6.8 UNIX的设备管理,6.1 设备管理的功能,1. 什么是计算机外部设备 在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。,2. 外部设备的分类 存储设备：用来存放各种信息的设备称为存储设备，例如，软盘、硬盘、光盘和磁带等； I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。 在现代计算机系统中有些设备既可以做存储设备，也可以做I/O设备，例

2、如，软盘、硬盘等。 I/O管理就是设备管理，它是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中所有的外部设备。,3. 引入设备管理后带来的优点 (1) 方便用户 (2) 提高了设备的利用率 (3) 充分发挥计算机系统的并行性，提高了系统效率 (4) 提高了外围设备和系统的可靠性和安全性,4. 设备管理的功能 (1) 实现对外围设备的分配与回收 (2) 实现外围设备的启动 (3) 实现对磁盘的驱动调度 (4) 处理外围设备的中断事件 (5) 实现虚拟设备,6.2 外围设备的分类,1. 独占设备 让一个作业在整个运行期间独占使用的设备。 2. 可共享设备 由多个作业、进程共同使用的设备。,6.3 独

3、占设备的管理,6.3.1 设备的绝对号和相对号 设备的绝对号：系统提供的设备的标准编号，它是永久的、不可更改的。 设备的相对号：是用户自己指定的设备号，它是暂时的、可更改的。,6.3.2 独占设备的分配 1. 设备独立性 所谓设备独立性是指，用户在编制程序时所使用的设备与实际使用的设备无关，也就是在用户程序中仅使用相对设备号。 实现设备独立性的优点： 方便用户 改善设备利用率 提高系统的可扩展性和可适应性,2. 独占设备的分配策略 采用静态分配策略： 静态分配策略：在一个作业执行前，将它所要使用的设备分配给它；当它结束撤离时，将分配给它的这类设备收回。 独享设备的静态分配存在的问题： 占有这些

4、设备的作业不能有效充分地利用它们。 这些设备分配给一个作业后，再有申请这些设备的作业将被拒绝。 作业执行中，I/O时间长而延长了作业的执行时间,3. 数据结构与分配回收算法 设备分配表：分为设备类表和设备表 分配算法： 回收算法：,6.4 磁盘的驱动调度,6.4.1 访问磁盘的操作时间 磁盘的存储空间地址：柱面号、磁头号、扇区号 执行一次输入/输出操作所需花费的时间： 寻找时间：磁头移动到指定柱面所需的时间 延迟时间：指定扇区旋转到磁头位置所需的时间 传送时间：磁道上的信息读入主存或主存中的信息写入磁道所需的时间,驱动调度：决定等待访问磁盘者执行次序的工作 根据移动臂的当前位置使寻找时间和延迟

5、时间尽可能小的那个访问者应优先得到服务 驱动调度包括： 移臂调度：根据等待访问者指定的柱面位置来决定次序的调度 旋转调度：根据延迟时间来决定执行次序的调度,6.4.2 移臂调度 1. 先来先服务调度算法 根据访问者提出访问请求的先后次序决定执行次序 2. 最短寻找时间优先调度算法 从等待访问者中挑选寻找时间最短的那个请求先执行 3. 电梯调度算法 沿移动臂的移动方向选择离当前移动臂最近的那个柱面的访问者 4. 单向扫描调度算法 总是从0号柱面开始向里扫描，按照各访问者所要访问的柱面位置的次序去选择访问者,6.4.3 旋转调度 优先选择延迟时间最短的访问者去执行。,6.4.4 信息的优化分布 信

6、息在磁道上的排列方式会影响旋转调度的时间。,6.5 输入/输出操作的实现,6.5.1 通道结构和通道程序 1. 通道结构 自成独立系统的通道结构 通道（I/O处理机）：承担主存与外围设备之间传送信息的I/O操作，使得CPU与外围设备之间、外围设备与外围设备之间能够并行工作。 CPU、通道、设备控制器、设备之间的多路交叉连接,2. 通道命令（CCW） 通道命令：每一条通道命令规定设备的一种操作。 通道命令的格式：命令码，数据主存地址，传送字节个数， 标志码 通道程序：若干条通道命令组成的程序,3. 通道地址字（CAW） 存放当前启动外围设备时要求通道执行的通道程序首地址。 4. 通道状态字（CS

7、W） 记录通道执行执行结束时的执行情况。,6.5.2 外围设备的启动 1. 准备阶段 设备管理在接到操作请求后组织好通道程序，将通道程序的首地址存放到通道地址字（CAW）中。 2. 启动I/O阶段 中央处理器执行“启动I/O指令”。 3. 结束处理阶段 通道发出I/O中断，操作系统进行相应的处理。,6.5.3 I/O中断事件的处理 1. 操作正常结束 2. 操作异常结束 包括设备故障和设备特殊情况两种,6.6 缓冲技术,缓冲技术是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。 I/O操作期间用来临时存放I/O数据的一块主存区域称为缓冲区。 常用的缓冲技术： 单缓冲技术 双缓冲技术 缓

8、冲池技术,6.6.1 单缓冲技术 主存储器的系统区中只设立一个缓冲区。,6.6.2 双缓冲技术 系统设置两个缓冲区，BUF1和BUF2，各进程使用这两个缓冲区。 工作过程：首先输入将数据送入BUF1，然后，申请BUF2，在向BUF2输入数据的同时，输出进程可从BUF1中取数据。同理，向BUF1输入与从BUF2中取数据可以并行。,sio，读一张卡片到 buf1,等待卡片输入机结束,等待打印机就绪,sio，打印 buf1的内容,sio，读一张卡片到 buf2,等待卡片输入机结束,等待打印机就绪,sio，打印 buf2的内容,读卡机、打印机可并行操作,读卡机、打印机可并行操作,说明使用双缓冲可以提高

9、I/O的效率的例,6.6.3 缓冲池技术 系统设置多个缓冲区，形成一个缓冲池。这个池中的缓冲区为系统中所有的进程共享使用。例如，UNIX系统中，在块设备管理中设置了一个15个缓冲区组成的缓冲池。,6.7 虚拟设备,6.7.1 为什么要提供虚拟设备 1. 问题的提出 独享设备的静态分配存在的问题： 占有这些设备的作业不能有效充分地利用它们。 这些设备分配给一个作业后，再有申请这些设备的作业将被拒绝。 作业执行中，I/O时间长而延长了作业的执行时间。 2. 什么是虚拟技术 所谓虚拟技术，是在一类物理设备上模拟另一类物理设备的技术，是将独占设备转化为共享设备的技术。,3. 什么是虚拟设备 通常把用来

10、代替独占型设备的那部分外存空间(包括有关的控制表格)称为虚拟设备。 4.虚拟设备技术的特点 作业执行中不再和低速的设备联系，提高了I/O速度， 缩短了作业执行时间。 设备不被任何进程独占，实现了设备共享，提高了独占设备的利用率。,6.7.2 虚拟设备的实现 1. 基本条件 硬件：大容量的磁盘、中断装置和通道 软件：采用多道程序设计技术 2. 实现原理,3. 实现技术 (1) 输入井和输出井 (2) 斯普林系统（SPOOLING） 操作系统实现虚拟设备的功能模块： 斯普林系统（SPOOLING）联机的外围设备同时操作 斯普林系统的组成： 预输入程序、缓输出程序、井管理程序 (3) 数据结构 作业表、预输入表、缓输出表,6.8 UNIX的设备管理,6.8.1 UNIX的设备和