自考操作系統(tǒng)原理第六章設備管理

1、設備管理設備管理設備管理的功能設備管理的功能n把文件存放到存儲介質上時，必須要對外圍設把文件存放到存儲介質上時，必須要對外圍設備進行啟動和控制，這部分功能由操作系統(tǒng)中備進行啟動和控制，這部分功能由操作系統(tǒng)中的的設備管理設備管理完成。完成。設備管理的功能設備管理的功能n外圍設備的分類外圍設備的分類q存儲設備：磁盤機、磁帶機存儲設備：磁盤機、磁帶機q輸入輸入/輸出型設備：顯示器、輸入機、打印機輸出型設備：顯示器、輸入機、打印機n存儲型設備能使大量信息存儲到存儲介質上，能存儲型設備能使大量信息存儲到存儲介質上，能做為主存的擴充，也成為輔存。做為主存的擴充，也成為輔存。n輸入輸出型設備把外界的信息輸入

2、到計算機，把輸入輸出型設備把外界的信息輸入到計算機，把運算結果輸出。運算結果輸出。設備管理的功能設備管理的功能n主存和外設之間的信息傳送稱為主存和外設之間的信息傳送稱為輸入輸入/輸出操輸出操作作。n對對存儲型設備存儲型設備，輸入，輸入/輸出操作的信息傳送單輸出操作的信息傳送單位為位為“塊塊”。n對輸入對輸入/輸出型設備，輸入輸出型設備，輸入/輸出操作的信息傳輸出操作的信息傳送單位為送單位為“字符字符”。設備管理的功能設備管理的功能n設備管理帶來的好處：設備管理帶來的好處：q啟動外設的事務不由用戶承擔啟動外設的事務不由用戶承擔q實現(xiàn)外設的共享，提高設備的利用率實現(xiàn)外設的共享，提高設備的利用率q實

3、現(xiàn)外設和其他計算機部件的并行操作，提高系統(tǒng)實現(xiàn)外設和其他計算機部件的并行操作，提高系統(tǒng)利用率利用率q處理故障，防止用戶錯誤的使用外設，提高系統(tǒng)可處理故障，防止用戶錯誤的使用外設，提高系統(tǒng)可靠性和安全性靠性和安全性設備管理的功能設備管理的功能n實現(xiàn)對外圍設備的分配和回收實現(xiàn)對外圍設備的分配和回收n實現(xiàn)外圍設備的啟動實現(xiàn)外圍設備的啟動n實現(xiàn)對磁盤的驅動調度實現(xiàn)對磁盤的驅動調度n處理外設的中斷事件處理外設的中斷事件n實現(xiàn)虛擬設備實現(xiàn)虛擬設備外圍設備的分類外圍設備的分類n從使用的角度分析外圍設備的特性，可以把外從使用的角度分析外圍設備的特性，可以把外設分成兩類：設分成兩類：獨占設備獨占設備和和可共享設

4、備可共享設備。n作業(yè)執(zhí)行過程中只允許一個作業(yè)獨占的設備稱作業(yè)執(zhí)行過程中只允許一個作業(yè)獨占的設備稱為獨占設備。為獨占設備。n可以讓若干個作業(yè)同時使用可以讓若干個作業(yè)同時使用(交替使用交替使用)的設備的設備稱為可共享設備。稱為可共享設備。獨占設備的管理獨占設備的管理n實現(xiàn)多道程序設計的計算機系統(tǒng)可以同時接納實現(xiàn)多道程序設計的計算機系統(tǒng)可以同時接納多個用戶作業(yè)，每個作業(yè)都需要使用一些外設，多個用戶作業(yè)，每個作業(yè)都需要使用一些外設，有的時候幾道作業(yè)可能要求使用同樣的外設，有的時候幾道作業(yè)可能要求使用同樣的外設，對于設備管理來說，必須決定分配外設的策略，對于設備管理來說，必須決定分配外設的策略，盡可能滿

5、足作業(yè)的要求和提供設備利用率。盡可能滿足作業(yè)的要求和提供設備利用率。設備的絕對號與相對號設備的絕對號與相對號n計算機系統(tǒng)中配置有各種不同類型的設備，每一計算機系統(tǒng)中配置有各種不同類型的設備，每一類設備又可以有多臺，為了對設備進行管理，為類設備又可以有多臺，為了對設備進行管理，為每臺設備確定一個編號，這個編號稱為每臺設備確定一個編號，這個編號稱為設備的絕設備的絕對號對號。n用戶無法知道哪臺設備空閑，用戶申請設備時用戶無法知道哪臺設備空閑，用戶申請設備時不不能能使用絕對號。只要向系統(tǒng)說明所要設備的類型，使用絕對號。只要向系統(tǒng)說明所要設備的類型，實際分類哪一臺由系統(tǒng)決定。實際分類哪一臺由系統(tǒng)決定。設

6、備的絕對號與相對號設備的絕對號與相對號n用戶可能同時使用幾臺同類型設備，為了避免使用戶可能同時使用幾臺同類型設備，為了避免使用時的混亂，用戶可以把自己要求使用的若干臺用時的混亂，用戶可以把自己要求使用的若干臺設備編號，由用戶對自己需要使用的若干臺設備設備編號，由用戶對自己需要使用的若干臺設備給出的編號稱為設備的給出的編號稱為設備的相對號相對號。n用戶總是用用戶總是用“設備類、相對號設備類、相對號”來提出使用設備。來提出使用設備。n系統(tǒng)在為用戶分配具體設備時就建立系統(tǒng)在為用戶分配具體設備時就建立“設備類、設備類、相對號相對號”和和“絕對號絕對號”的對應關系。的對應關系。獨占設備的分配獨占設備的分

7、配n作業(yè)申請獨占設備時，應指定所需的是什么設作業(yè)申請獨占設備時，應指定所需的是什么設備，指定的方式有兩種：備，指定的方式有兩種：q指定指定“絕對號絕對號” ： 系統(tǒng)把與絕對號對應的設備分系統(tǒng)把與絕對號對應的設備分配給作業(yè)，如果已占用或有故障，作業(yè)等待。配給作業(yè)，如果已占用或有故障，作業(yè)等待。q通常，用戶不用指定具體設備，而是指定哪種設備通常，用戶不用指定具體設備，而是指定哪種設備多少臺，用戶在程序中使用多少臺，用戶在程序中使用“設備類、相對號設備類、相對號”定定義邏輯設備。由系統(tǒng)將邏輯設備轉換成物理設備，義邏輯設備。由系統(tǒng)將邏輯設備轉換成物理設備，并啟動設備工作。用戶編制程序時使用的設備與實并

8、啟動設備工作。用戶編制程序時使用的設備與實際占用的設備無關，這種特性稱為際占用的設備無關，這種特性稱為設備的獨立性設備的獨立性。獨占設備的分類獨占設備的分類n設備獨立性帶來的好處：設備獨立性帶來的好處：q系統(tǒng)只要從指定類別的設備中找出系統(tǒng)只要從指定類別的設備中找出“好的且尚未分好的且尚未分配的配的”設備來分配設備來分配q萬一設備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以再找一臺萬一設備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以再找一臺“好的且尚好的且尚未分配的未分配的”設備來替換設備來替換獨占設備的分類獨占設備的分類n在設備分配策略上，對磁帶機、輸入機、打印在設備分配策略上，對磁帶機、輸入機、打印機等只適合機等只適合獨占的設備獨占的設備總是

9、采用總是采用靜態(tài)分配靜態(tài)分配策略。策略。n靜態(tài)分配：僅當一個作業(yè)所需的獨占設備能夠靜態(tài)分配：僅當一個作業(yè)所需的獨占設備能夠得到滿足時，該作業(yè)才能被裝入主存執(zhí)行，作得到滿足時，該作業(yè)才能被裝入主存執(zhí)行，作業(yè)撤離時，收回分配給它的設備。業(yè)撤離時，收回分配給它的設備。獨占設備的分類獨占設備的分類n為了記錄設備的分配情況，系統(tǒng)可以設置為了記錄設備的分配情況，系統(tǒng)可以設置設備分配表設備分配表，指出系統(tǒng)所配置，指出系統(tǒng)所配置的獨占設備類型、數(shù)量以及分配和使用的情況。的獨占設備類型、數(shù)量以及分配和使用的情況。n設備分配表由兩部分組成：設備分配表由兩部分組成：設備類表設備類表、設備表設備表設備類設備類總臺數(shù)總

10、臺數(shù)現(xiàn)存臺數(shù)現(xiàn)存臺數(shù)設備表設備表始址始址打印機打印機11輸入機輸入機21磁帶機磁帶機22設備類表設備類表絕對號絕對號好好/壞壞已已/未分未分配配占用作占用作業(yè)名業(yè)名相對號相對號001好好未分配未分配002好好已分配已分配J1001003好好未分配未分配004好好未分配未分配005好好未分配未分配設備表設備表獨占設備的分類獨占設備的分類n用戶申請使用某臺設備時，先查用戶申請使用某臺設備時，先查設備類表設備類表。n若果現(xiàn)存的臺數(shù)能夠滿足申請要求，則依次檢查若果現(xiàn)存的臺數(shù)能夠滿足申請要求，則依次檢查該類設備，找出該類設備，找出“好的且尚未分配的好的且尚未分配的”設備分配設備分配給用戶。給用戶。n分配

11、后修改分配后修改“現(xiàn)存臺數(shù)現(xiàn)存臺數(shù)”，“已已/未分配未分配”標志，標志，填上作業(yè)名和作業(yè)中定義的相對號，并把設備的填上作業(yè)名和作業(yè)中定義的相對號，并把設備的絕對號和相對號對應關系通知用戶。絕對號和相對號對應關系通知用戶。獨占設備的分類獨占設備的分類n作業(yè)撤離時回收作業(yè)占用的全部設備作業(yè)撤離時回收作業(yè)占用的全部設備n根據(jù)作業(yè)名在設備表中找到該作業(yè)占用的全部根據(jù)作業(yè)名在設備表中找到該作業(yè)占用的全部設備，把標志改為設備，把標志改為“未分配未分配”，清除作業(yè)名。，清除作業(yè)名。n把回收的臺數(shù)加到把回收的臺數(shù)加到“現(xiàn)存臺數(shù)現(xiàn)存臺數(shù)”中。中。訪問磁盤的操作時間訪問磁盤的操作時間n任何一個訪問磁盤的請求，都應

12、給出訪問磁盤的存儲空間任何一個訪問磁盤的請求，都應給出訪問磁盤的存儲空間地址：地址：柱面號、磁頭號、扇區(qū)號柱面號、磁頭號、扇區(qū)號。n先把移動臂移到指定柱面，再等待指定的扇區(qū)旋轉到磁頭先把移動臂移到指定柱面，再等待指定的扇區(qū)旋轉到磁頭下面，讓指定的磁頭進行讀下面，讓指定的磁頭進行讀/寫。寫。n磁盤執(zhí)行一次輸入磁盤執(zhí)行一次輸入/輸出操作所花費的時間：輸出操作所花費的時間：尋道時間尋道時間、延遲時間延遲時間、傳送時間傳送時間三個部分組成。三個部分組成。磁道磁臂磁臂磁頭磁頭磁盤的驅動調度磁盤的驅動調度n磁盤是一種共享設備，同時會有若干個進程要磁盤是一種共享設備，同時會有若干個進程要求訪問磁盤，但每個時

13、刻只允許一個訪問者啟求訪問磁盤，但每個時刻只允許一個訪問者啟動。動。n系統(tǒng)會采用一定的調度策略來決定等待訪問者系統(tǒng)會采用一定的調度策略來決定等待訪問者的執(zhí)行次序，這項決定訪問者執(zhí)行次序的工作的執(zhí)行次序，這項決定訪問者執(zhí)行次序的工作稱為稱為驅動調度驅動調度，采用的調度策略稱為，采用的調度策略稱為驅動調度驅動調度算法算法。磁盤的驅動調度磁盤的驅動調度n磁盤驅動調度包括：磁盤驅動調度包括：移臂調度移臂調度和和旋轉調度旋轉調度兩部兩部分。分。n一般先進行移臂調度，再進行旋轉調度。一般先進行移臂調度，再進行旋轉調度。n移臂調度的目標是盡可能移臂調度的目標是盡可能減少尋找時間減少尋找時間。n旋轉調度的目標

14、是盡可能旋轉調度的目標是盡可能減少延遲時間減少延遲時間。移臂調度移臂調度n根據(jù)等待訪問者指定的柱面位置來決定次序的根據(jù)等待訪問者指定的柱面位置來決定次序的調度稱為調度稱為“移臂調度移臂調度”。n先來先服務調度算法先來先服務調度算法q按照訪問者提出訪問請求的先后次序。按照訪問者提出訪問請求的先后次序。q假設磁盤位于假設磁盤位于53號柱面，等待者依次要求號柱面，等待者依次要求 98，183，37，122，14，124，65，67號柱面號柱面0 143753656798122124183199最短尋找時間優(yōu)先調度算法最短尋找時間優(yōu)先調度算法n最短尋找時間優(yōu)先調度算法總是從等待訪問者中挑選最短尋找時間

15、優(yōu)先調度算法總是從等待訪問者中挑選尋找尋找時間最短時間最短的那個請求先執(zhí)行。的那個請求先執(zhí)行。n假設磁盤位于假設磁盤位于53號柱面，等待者依次要求號柱面，等待者依次要求 98，183，37，122，14，124，65，67號柱面號柱面014375365 6798122 124183電梯調度算法電梯調度算法n電梯調度算法總是電梯調度算法總是沿著臂的移動方向沿著臂的移動方向選擇最近的那個柱面選擇最近的那個柱面的訪問者，如果移動方向上無請求，就改變臂的移動方向的訪問者，如果移動方向上無請求，就改變臂的移動方向再進行選擇。再進行選擇。n假設磁盤位于假設磁盤位于53號柱面，號柱面，假設磁臂移動方向從內向

16、外假設磁臂移動方向從內向外(向向0號柱面方向號柱面方向)，等待者依次要求等待者依次要求 98，183，37，122，14，124，65，67號柱面號柱面014375365 6798122 124183電梯調度算法電梯調度算法n假設磁盤位于假設磁盤位于53號柱面，號柱面，假設磁臂移動方向從外向內假設磁臂移動方向從外向內(向向柱面號增大方向柱面號增大方向)，等待者依次要求等待者依次要求 98，183，37，122，14，124，65，67號柱面號柱面014375365 6798122 124183旋轉調度旋轉調度n移臂定位之后，可能會有多個訪問者訪問該柱移臂定位之后，可能會有多個訪問者訪問該柱面，

17、從效率考慮應優(yōu)先面，從效率考慮應優(yōu)先選擇延時時間最短選擇延時時間最短的訪的訪問者去執(zhí)行，根據(jù)延遲時間來決定執(zhí)行次序的問者去執(zhí)行，根據(jù)延遲時間來決定執(zhí)行次序的調度稱為調度稱為旋轉調度旋轉調度。旋轉調度旋轉調度n若干請求者要求訪問若干請求者要求訪問相同磁頭下的不同扇區(qū)相同磁頭下的不同扇區(qū)。0扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)旋轉方向磁頭4扇區(qū)5扇區(qū)2號請求1號請求旋轉調度旋轉調度n若干請求者要求訪問若干請求者要求訪問不同磁頭下的不同扇區(qū)不同磁頭下的不同扇區(qū)。0扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)磁頭4扇區(qū)5扇區(qū)1號請求0扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)旋轉方向磁頭4扇區(qū)5扇區(qū)2號請求旋轉調度旋轉調度n若干請求者要求訪問若干請求者要求

18、訪問不同磁頭下的相同扇區(qū)不同磁頭下的相同扇區(qū)。0扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)磁頭4扇區(qū)5扇區(qū)1號請求0扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)旋轉方向磁頭4扇區(qū)5扇區(qū)2號請求例例1：n有四個訪問有四個訪問5號柱面的訪問者，訪問要求如表所示：號柱面的訪問者，訪問要求如表所示：請求次序請求次序柱面號柱面號磁頭號磁頭號扇區(qū)號扇區(qū)號(1)541(2)515(3)545(4)528n練習練習 P187 9信息的優(yōu)化分布信息的優(yōu)化分布n信息在磁道上的排列方式也會影響旋轉調度時間。信息在磁道上的排列方式也會影響旋轉調度時間。n例：磁盤每個盤面例：磁盤每個盤面8個扇區(qū)，每次請求從磁盤上讀一個記個扇區(qū)，每次請求從磁盤上讀一個記錄，對讀

19、出的記錄花錄，對讀出的記錄花5ms的時間進行處理，然后再讀下一的時間進行處理，然后再讀下一個記錄，直至處理結束，假設磁盤轉速每周個記錄，直至處理結束，假設磁盤轉速每周20ms，記錄，記錄在磁盤上的分布如圖所示：在磁盤上的分布如圖所示：L7L5L4L3L2L1L6L8始點旋轉方向處理完這8個記錄需要多長時間信息的優(yōu)化分布信息的優(yōu)化分布L3L5L2L7L4L1L8L6始點旋轉方向處理所有記錄花的時間為： 8 * (2.5 + 5) = 60ms練習練習 P187 10通道結構和通道程序通道結構和通道程序n現(xiàn)代計算機系統(tǒng)引入了現(xiàn)代計算機系統(tǒng)引入了通道結構通道結構，主存和外設之間傳送信，主存和外設之間

20、傳送信息的操作不再由中央處理器承擔，而改由通道承擔。息的操作不再由中央處理器承擔，而改由通道承擔。n中央處理器只需啟動通道，通道就能按指定的要求獨立地中央處理器只需啟動通道，通道就能按指定的要求獨立地完成輸入完成輸入/輸出操作，中央處理器做其他工作，從而使得輸出操作，中央處理器做其他工作，從而使得中央處理器與外設可以并行工作。中央處理器與外設可以并行工作。n由于通道可以獨立工作，各通道上的外圍設備也能并行工由于通道可以獨立工作，各通道上的外圍設備也能并行工作。作。n由于通道能單獨地完成輸入由于通道能單獨地完成輸入/輸出操作，所以把通道稱為輸出操作，所以把通道稱為I/O處理機處理機。通道結構和通

21、道程序通道結構和通道程序通道命令通道命令(channel command word,CCW)n計算機計算機硬件提供硬件提供一組一組“通道命令通道命令”，每一條通，每一條通道命令規(guī)定了設備的一種操作，道命令規(guī)定了設備的一種操作，通道命令由通通道命令由通道執(zhí)行道執(zhí)行。n操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)可以用若干條通道命令來規(guī)定通道應可以用若干條通道命令來規(guī)定通道應做的工作，若干條通道命令就構成了做的工作，若干條通道命令就構成了通道程序通道程序。通道命令通道命令CCWn不同的操作系統(tǒng)通道命令格式不同，一般由不同的操作系統(tǒng)通道命令格式不同，一般由命令碼命令碼、數(shù)據(jù)主存地址數(shù)據(jù)主存地址、傳送字節(jié)數(shù)傳送字節(jié)數(shù)、標志碼標志

22、碼組成。組成。n例如例如IBM系統(tǒng)通道命令用系統(tǒng)通道命令用8字節(jié)表示：字節(jié)表示：n要控制外圍設備完成指定工作，首先要用通道程序把要控制外圍設備完成指定工作，首先要用通道程序把要求表示出來，然后啟動通道，通道按照通道程序的要求表示出來，然后啟動通道，通道按照通道程序的要求指定外設工作。要求指定外設工作。命令碼命令碼傳送字節(jié)數(shù)傳送字節(jié)數(shù)標志碼標志碼數(shù)據(jù)主存地址數(shù)據(jù)主存地址063通道命令通道命令CCW例：用戶要求從打印機上輸出一行信息“operating system”，信息打印在新的一頁第4行， “operating system”存放在主存001000號單元，占16個字節(jié)，編制一個含有三條命令的

23、通道程序，程序存放在主存的K號單元開始的區(qū)域中。(16進制表示)走到新頁開始，繼續(xù)下一條命令走紙到第四行，繼續(xù)下一條命令打印主存001000開始的16個字節(jié)數(shù)據(jù)，通道程序結束07 000000 60 000001EF 000000 60 000001F9 001000 00 000010KK+8K+1600100000100FOperating System主存通道地址字通道地址字(channel address word,CAW)n編制好的通道程序是放在主存的，主存中設置編制好的通道程序是放在主存的，主存中設置一個固定單元存放通道程序首地址，這個存放一個固定單元存放通道程序首地址，這個存放通

24、道程序首地址的主存固定單元稱為通道程序首地址的主存固定單元稱為通道地址通道地址字字(CAW)。07 000000 60 000001EF 000000 60 000001F9 001000 00 000010KK+8K+16主存主存KCAW通道狀態(tài)字通道狀態(tài)字(channel status word，CSW)n當通道被啟動后，在執(zhí)行通道程序時，需要把當通道被啟動后，在執(zhí)行通道程序時，需要把通道和設備執(zhí)行操作的情況記錄下來。通道和設備執(zhí)行操作的情況記錄下來。n通道程序執(zhí)行結束時，被記錄的執(zhí)行情況存儲通道程序執(zhí)行結束時，被記錄的執(zhí)行情況存儲到主存的一個固定單元中，這個單元稱為到主存的一個固定單元中

25、，這個單元稱為通道通道狀態(tài)字狀態(tài)字(CSW)通道狀態(tài)字通道狀態(tài)字(channel status word，CSW)nIBM系統(tǒng)的通道狀態(tài)字：系統(tǒng)的通道狀態(tài)字：n通道命令地址：下一條通道指令在主存中的地址通道命令地址：下一條通道指令在主存中的地址n設備狀態(tài)：設備和設備控制器識別的狀態(tài)，忙、出設備狀態(tài)：設備和設備控制器識別的狀態(tài)，忙、出錯、結束等錯、結束等n通道狀態(tài)：通道識別的狀態(tài)通道狀態(tài)：通道識別的狀態(tài)n剩余字節(jié)數(shù)：最近的一次通道命令執(zhí)行后還剩多少剩余字節(jié)數(shù)：最近的一次通道命令執(zhí)行后還剩多少字節(jié)沒有傳輸完字節(jié)沒有傳輸完通道命令地址通道命令地址剩余字節(jié)數(shù)剩余字節(jié)數(shù)通道狀態(tài)通道狀態(tài)設備狀態(tài)設備狀態(tài)0

26、6348474039323187外圍設備的啟動外圍設備的啟動準備階段準備階段文件管理確定文件物理地址以及信息存放的主存地址用戶請求存取文件設備管理組織通道程序，把通道程序在主存的首地址寫入通道地址字(CAW)告知設備管理外圍設備的啟動外圍設備的啟動啟動啟動I/O階段階段設備管理程序組織“啟動I/O”指令，參數(shù)為通道號和設備號，CPU執(zhí)行 “啟動I/O”指令通道收到指令后，根據(jù)自己和設備的工作情況形成條件碼，向中央處理器報告是否成功啟動分析條件碼，若成功啟動，中央處理器繼續(xù)執(zhí)行其他進程從通道地址字中取出通道程序首地址，裝入通道狀態(tài)字,按照程序要求控制設備工作，執(zhí)行的情況記錄在通道狀態(tài)字中外圍設備

27、的啟動外圍設備的啟動結束處理階段結束處理階段通道發(fā)現(xiàn)通道狀態(tài)字中有結束、出錯等情況將產(chǎn)生中斷的通道號、設備絕對號報給中斷控制器，中斷狀態(tài)字CSW寫入主存發(fā)出I/O中斷保護斷點，分析中斷原因，轉向中斷處理程序設備處理一致性設備處理一致性n具有通道的計算機系統(tǒng)，從啟動外設到輸入具有通道的計算機系統(tǒng)，從啟動外設到輸入/輸出完成，都不考慮物理設備的特性，使用統(tǒng)輸出完成，都不考慮物理設備的特性，使用統(tǒng)一方法進行處理，這種不考慮設備的具體物理一方法進行處理，這種不考慮設備的具體物理特性的處理方法稱為特性的處理方法稱為設備處理一致性設備處理一致性。I/O中斷事件的處理中斷事件的處理nI/O中斷事件可以分為操

28、作中斷事件可以分為操作正常結束正常結束和操作和操作異異常結束常結束兩大類，這兩類中斷的處理原則如下：兩大類，這兩類中斷的處理原則如下：n操作正常結束操作正常結束q通道狀態(tài)字中有通道結束、設備結束、控制器結束通道狀態(tài)字中有通道結束、設備結束、控制器結束時，表示通常完成了通道程序規(guī)定的操作。時，表示通常完成了通道程序規(guī)定的操作。q操作系統(tǒng)根據(jù)通道號、設備號查詢設備分配表，得操作系統(tǒng)根據(jù)通道號、設備號查詢設備分配表，得到進程名稱，將進程狀態(tài)由到進程名稱，將進程狀態(tài)由“等待等待”變成變成“就緒就緒”I/O中斷事件的處理中斷事件的處理n操作異常結束操作異常結束q設備故障設備故障n執(zhí)行輸入執(zhí)行輸入/輸出操

29、作時，發(fā)現(xiàn)硬件故障等情況時形成操作輸出操作時，發(fā)現(xiàn)硬件故障等情況時形成操作異常結束的異常結束的I/O中斷。中斷。n操作系統(tǒng)處理這類事件的原則是操作系統(tǒng)處理這類事件的原則是讓通道程序復執(zhí)讓通道程序復執(zhí)。q設備特殊設備特殊n打印機缺紙、磁帶到了末尾等特殊情況打印機缺紙、磁帶到了末尾等特殊情況n操作系統(tǒng)分類處理，通知操作員裝紙，換磁帶等。操作系統(tǒng)分類處理，通知操作員裝紙，換磁帶等。緩沖技術緩沖技術n緩和緩和CPU與與I/O設備間速度不匹配的矛盾。設備間速度不匹配的矛盾。n在主存中開辟在主存中開辟緩沖區(qū)緩沖區(qū)，用來臨時存放輸入，用來臨時存放輸入/輸輸出信息。出信息。n在操作系統(tǒng)中，把利用緩沖區(qū)來緩解處

30、理器與在操作系統(tǒng)中，把利用緩沖區(qū)來緩解處理器與外設之間速度不匹配的矛盾而采用的技術稱為外設之間速度不匹配的矛盾而采用的技術稱為緩沖技術緩沖技術。n核心：核心： “提前讀，延遲寫提前讀，延遲寫”無緩沖無緩沖I/O設備工作區(qū)用戶進程T處理p不采用緩沖技術，一塊數(shù)據(jù)的平均處理時間為T+p單緩沖單緩沖I/O設備緩沖區(qū)工作區(qū)用戶進程Tt處理p采用單緩沖，一塊數(shù)據(jù)的平均處理時間為采用單緩沖，一塊數(shù)據(jù)的平均處理時間為max(T,p) + tT1t1p1T2t2p2T3p3t3T4p4t4T5p5t5假設p TT2T1t1p1t2p2T3p3t3T4p4t4T5p5t5假設p TT2T1t1p1t2p2T3p

31、3t3T4p4t4T5p5t5假設 p+t Tp1T2T1t1t2p2T3p3t3T4p4t4T5p5t5緩沖池緩沖池n主存中設置主存中設置一組緩沖區(qū)一組緩沖區(qū)，這一組緩沖區(qū)稱為，這一組緩沖區(qū)稱為緩沖池。緩沖池。緩沖池是公共資源，可供各進程共享，由操作系統(tǒng)統(tǒng)緩沖池是公共資源，可供各進程共享，由操作系統(tǒng)統(tǒng)一分配和管理。一分配和管理。in queueempty queueout queueBuffer PoolDeviceCPU緩沖池緩沖池n用戶請求用戶請求讀讀磁盤文件，首先為其分配一個或幾個緩沖區(qū)，磁盤文件，首先為其分配一個或幾個緩沖區(qū)，然后啟動磁盤將文件讀到緩沖區(qū)中，當把緩沖區(qū)的信息傳然后啟動

32、磁盤將文件讀到緩沖區(qū)中，當把緩沖區(qū)的信息傳送到工作區(qū)后，送到工作區(qū)后，緩沖區(qū)信息保留緩沖區(qū)信息保留。n用戶請求把文件用戶請求把文件保存保存在磁盤上時，首先為其分配一個或幾在磁盤上時，首先為其分配一個或幾個緩沖區(qū)，然后把主存中的文件信息復制到緩沖區(qū)中，個緩沖區(qū)，然后把主存中的文件信息復制到緩沖區(qū)中，不不啟動磁盤保存該文件啟動磁盤保存該文件。直到緩沖區(qū)要被回收時，才寫會磁。直到緩沖區(qū)要被回收時，才寫會磁盤盤-“延遲寫延遲寫”。虛擬設備虛擬設備n操作系統(tǒng)利用操作系統(tǒng)利用共享設備共享設備來模擬來模擬獨占設備獨占設備的工作，的工作，并且讓每個作業(yè)都感覺自己獨占設備，操作系并且讓每個作業(yè)都感覺自己獨占設備

33、，操作系統(tǒng)采用的這種技術成為統(tǒng)采用的這種技術成為“虛擬設備虛擬設備”。為什么要提供虛擬設備為什么要提供虛擬設備n獨占設備通常采用靜態(tài)分配方式獨占設備通常采用靜態(tài)分配方式q占有打印機的作業(yè)，只有一部分時間使用打印機，占有打印機的作業(yè)，只有一部分時間使用打印機，其余時間即使不用，也不允許其他作業(yè)用，其余時間即使不用，也不允許其他作業(yè)用，不能有不能有效利用設備效利用設備q當系統(tǒng)只配有一臺輸入機、一臺打印機的時候，就當系統(tǒng)只配有一臺輸入機、一臺打印機的時候，就不能接受兩個以上的作業(yè)同時運行，不能接受兩個以上的作業(yè)同時運行，不利用多道并不利用多道并行行q獨占設備大多是低速設備，作業(yè)執(zhí)行過程中等待時獨占設

34、備大多是低速設備，作業(yè)執(zhí)行過程中等待時間長而間長而延長了作業(yè)的執(zhí)行時間延長了作業(yè)的執(zhí)行時間虛擬設備的基本條件虛擬設備的基本條件n硬件條件硬件條件q大容量的硬盤大容量的硬盤q中斷裝置中斷裝置q通道通道n軟件條件軟件條件q支持多道程序設計支持多道程序設計虛擬設備的實現(xiàn)原理虛擬設備的實現(xiàn)原理輸入機主存J1J3J2打印機結果輸入機主存J1J3J2打印機結果磁盤磁盤虛擬設備的實現(xiàn)技術虛擬設備的實現(xiàn)技術n為了實現(xiàn)虛擬設備，必須在磁盤上劃出稱為為了實現(xiàn)虛擬設備，必須在磁盤上劃出稱為“井井”的專用空間。的專用空間。q輸入井輸入井：存放作業(yè)的初始信息：存放作業(yè)的初始信息q輸出井輸出井：作業(yè)的執(zhí)行結果：作業(yè)的執(zhí)行

35、結果SPOOLING系統(tǒng)系統(tǒng)n操作系統(tǒng)中實現(xiàn)虛擬設備的功能模塊是在計算操作系統(tǒng)中實現(xiàn)虛擬設備的功能模塊是在計算機控制下通過機控制下通過聯(lián)機的外圍設備同時操作聯(lián)機的外圍設備同時操作(simultaneous peripheral operation on line),簡稱簡稱spooling。Spooling系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成輸入輸入機機主主存存J1J3J2打印打印機機結果結果預輸入程序預輸入程序緩輸出程序緩輸出程序J1J2J3輸入井輸入井J1結果結果J2結果結果J3結果結果輸出井輸出井井管理讀程序井管理讀程序井管理寫程序井管理寫程序Spooling系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構作業(yè)名作業(yè)名作業(yè)狀態(tài)作業(yè)

36、狀態(tài)文件數(shù)文件數(shù)其他其他預輸入表位置預輸入表位置緩輸出表位置緩輸出表位置A執(zhí)行執(zhí)行B收容收容作業(yè)表作業(yè)表輸入井中的作業(yè)狀態(tài)輸入井中的作業(yè)狀態(tài) 輸入態(tài)輸入態(tài) ： 正在將作業(yè)信息傳輸?shù)捷斎刖趯⒆鳂I(yè)信息傳輸?shù)捷斎刖?收容態(tài)：收容態(tài)： 作業(yè)已經(jīng)存放在輸入井中，但尚未被選中執(zhí)行作業(yè)已經(jīng)存放在輸入井中，但尚未被選中執(zhí)行 執(zhí)行態(tài)執(zhí)行態(tài) ： 作業(yè)被選中并裝入主存執(zhí)行作業(yè)被選中并裝入主存執(zhí)行 完成態(tài)：完成態(tài)： 作業(yè)已執(zhí)行結束，執(zhí)行結果在輸出井中作業(yè)已執(zhí)行結束，執(zhí)行結果在輸出井中等待輸出等待輸出Spooling系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構文件名文件名設備類設備類長度長度其他其他文件存放始址文件存放始址F1輸入機輸

37、入機150第第 78塊塊F2輸入機輸入機210第第 24塊塊預輸入表預輸入表文件名文件名設備類設備類長度長度其他其他文件存放始址文件存放始址F1打印機打印機150第第 200塊塊F2打印機打印機210第第 216塊塊緩輸出表緩輸出表功能實現(xiàn)功能實現(xiàn)作業(yè)作業(yè)名名作業(yè)作業(yè)狀態(tài)狀態(tài)文件文件數(shù)數(shù)預輸入預輸入表位置表位置緩輸出緩輸出表位置表位置輸入輸入機機J1J3J2預輸入程序預輸入程序輸入井輸入井J1文件名文件名設備類設備類長度長度 文件存放始址文件存放始址F1輸入機輸入機150第第78塊塊F2輸入機輸入機210第第24塊塊J1輸入輸入功能實現(xiàn)功能實現(xiàn)主主存存J1J2J3輸入井輸入井井管理讀程序井管理

38、讀程序作業(yè)作業(yè)名名作業(yè)作業(yè)狀態(tài)狀態(tài)文件文件數(shù)數(shù)預輸入預輸入表位置表位置緩輸出緩輸出表位置表位置文件名文件名設備類設備類長度長度 文件存放始址文件存放始址F1輸入機輸入機150第第78塊塊F2輸入機輸入機210第第24塊塊J1收容收容功能實現(xiàn)功能實現(xiàn)主主存存J2結果結果J3結果結果輸出井輸出井井管理寫程序井管理寫程序作業(yè)作業(yè)名名作業(yè)作業(yè)狀態(tài)狀態(tài)文件文件數(shù)數(shù)預輸入預輸入表位置表位置緩輸出緩輸出表位置表位置J1執(zhí)行執(zhí)行文件名文件名設備類設備類長度長度 文件存放始址文件存放始址F1打印機打印機150第第 200塊塊F2打印機打印機210第第 216塊塊J1結果結果功能實現(xiàn)功能實現(xiàn)打印打印機機結果結果緩

39、輸出程序緩輸出程序J1結果結果J2結果結果J3結果結果輸出井輸出井作業(yè)作業(yè)名名作業(yè)作業(yè)狀態(tài)狀態(tài)文件文件數(shù)數(shù)預輸入預輸入表位置表位置緩輸出緩輸出表位置表位置J1完成完成文件名文件名設備類設備類長度長度 文件存放始址文件存放始址F1打印機打印機150第第 200塊塊F2打印機打印機210第第 216塊塊UNIX的設備的設備n設備分類設備分類q塊設備塊設備 ： 以以塊塊為單位和主存交換信息，是用來存為單位和主存交換信息，是用來存儲信息的設備，塊設備也稱儲信息的設備，塊設備也稱存儲設備存儲設備。q字符設備字符設備 ： 以以字節(jié)字節(jié)為單位與主存交換信息，也稱為單位與主存交換信息，也稱輸入輸入/輸出設備輸

40、出設備。nUNIX對每一類設備給出一個編號，稱對每一類設備給出一個編號，稱為主設為主設備號備號，每臺設備有一個編號，稱為，每臺設備有一個編號，稱為次設備號次設備號。n請求設備工作時，給出主設備號和次設備號。請求設備工作時，給出主設備號和次設備號。設備文件設備文件nUNIX把設備當做文件來對待，每個設備文件把設備當做文件來對待，每個設備文件有文件名，并對它像文件一樣操作。有文件名，并對它像文件一樣操作。文件名文件名索引節(jié)點號索引節(jié)點號printer21# 2#3# 4# 5#索引節(jié)點區(qū)索引節(jié)點區(qū)文件存儲區(qū)文件存儲區(qū)1# 2#3# 4# 5#/dev目錄目錄di_mode：字符設備：字符設備主設備

41、號：主設備號：2次設備號次設備號:32#索引節(jié)點：索引節(jié)點：nfd = open(“/dev/tty13”, o_RDWR);文件名文件名索引節(jié)點號索引節(jié)點號abc5user.h15tty1318不在主存從硬盤讀入118/dev目錄：目錄：i_modei_mode：字符：字符主設備號：主設備號：1 1次設備號：次設備號：2 2活動索引節(jié)點f_flag: o_RDWRf_count :1f_inode :f_offset : 0系統(tǒng)打開文件表系統(tǒng)打開文件表fd進程打開文件表進程打開文件表openclosereadwrite0coopencoclosecoreadcowrite1tyopentyclosetyreadtywrite2dzopendzclosedzreaddzwritenclose(fd);i_modei_mode：字符：字符主設備號：主設備號：1 1次設備號：次設備號：2 2活動索引節(jié)點f_flag: o_RDWRf_count :1f_inode :f_offset : 0系統(tǒng)打開文件表系統(tǒng)打開文件表fd進程打開文件表進程打開文件表openclosereadwrite0coopencoclosecoreadcowrite1tyopentyclosetyreadtywrite2dzopendzclosedzreaddz