第8章設備管理

1、第五章 設 備 管 理 第8章 設備管理8.1 引言8.2 數(shù)據(jù)傳送控制方式8.3 中斷技術8.4 緩沖技術8.5 設備分配8.6 I/O進程控制8.7 設備驅動程序第五章 設 備 管 理 n 文件系統(tǒng)的主要功能有哪些？n 邏輯文件發(fā)能為幾類？n 物理文件有幾類？優(yōu)缺點？n 成組塊鏈的分配過程（示意圖）？n 磁盤結構中的物理塊通常使用哪些參數(shù)描述? n 根據(jù)磁盤結構特點，如何訪問磁盤速率較高？思考題第五章 設 備 管 理 n I/O設備的特點 1）I/O性能經(jīng)常成為系統(tǒng)性能的瓶頸l CPU性能不等于系統(tǒng)性能； 響應時間也是一個重要因素l CPU性能越高，與I/O差距越大；彌補：多進程并發(fā)執(zhí)行l(wèi)

2、 進程切換多，系統(tǒng)開銷大； 2）OS中設備資源多、雜，并發(fā)性受I/O影響大l 外設種類繁多，結構各異；l 輸入輸出數(shù)據(jù)信號類型不同；l 速度差異很大；8.1 引 言第五章 設 備 管 理 n I/O設備的特點 3）理解I/O的工作過程與結構是理解操作系統(tǒng)的工作過程與結構的關鍵。 4）與其他功能聯(lián)系密切，特別是文件系統(tǒng)8.1 引 言第五章 設 備 管 理 n 設備分類 1）按使用特性分： 存儲型設備 輸入型設備（外設主機） 輸出型設備（主機外設） 輸入輸出型設備（交互型設備） 2）按數(shù)據(jù)組織分 塊設備：以數(shù)據(jù)塊為單位存儲、傳輸信息，如磁盤、磁帶等； 字符設備：以字符為單位存儲、傳輸信息，鍵盤、終

3、端、打印機；8.1 引 言第五章 設 備 管 理 n 設備分類 3）按資源分配角度分l 獨占設備 在一段時間內只能有一個進程使用的設備，一般為低速I/O設備（如打印機，磁帶等）；l 共享設備 在一段時間內可有多個進程共同使用的設備，多個進程以交叉的方式來使用設備，其資源利用率高（如硬盤）；8.1 引 言第五章 設 備 管 理 n 設備分類 4）按設備的從屬關系l 系統(tǒng)設備 系統(tǒng)設備是指那些在操作系統(tǒng)生成時就已配置好的各種標準設備。例如：鍵盤、打印機以及文件存儲設備等。l 用戶設備 用戶設備則是那些在系統(tǒng)生成時沒有配置，而由用戶自己安裝配置后由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理的設備。例如，網(wǎng)絡系統(tǒng)中的各種網(wǎng)板、

4、圖像處理系統(tǒng)的圖像設備等。8.1 引 言第五章 設 備 管 理 n 設備分類 4）從程序使用角度分 邏輯設備、物理設備 5）按數(shù)據(jù)傳輸率分 高速設備、低速設備8.1 引 言第五章 設 備 管 理 8.1 引 言第五章 設 備 管 理 n 設備管理的功能和任務（1） 選擇和分配設備；（2）控制設備和CPU（或內存）之間交換數(shù)據(jù)；（3）為用戶提供友好的透明接口，便于用戶使用；（4）保證在多道程序環(huán)境下，當多個進程競爭使用設備時，按一定策略分配和管理各種設備，使系統(tǒng)能有條不紊的工作。（5）保護 設備傳送或管理的數(shù)據(jù)應該是安全的、不被破壞的、保密的8.1 引 言第五章 設 備 管 理 設備管理的主要任

5、務之一是控制設備和內存或CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。 選擇和衡量控制方式有如下幾條原則： (1) 數(shù)據(jù)傳送速度足夠高； (2) 系統(tǒng)開銷小，所需的處理控制程序少； (3) 能充分發(fā)揮硬件資源的能力，使得I/O設備盡量忙，而CPU等待時間少。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 外圍設備和內存之間的常用數(shù)據(jù)傳送控制方式有4種。即： (1) 程序直接控制方式； (2) 中斷控制方式； (3) DMA方式； (4) 通道方式。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l 程序直接控制方式 由用戶進程來直接控制內存或CPU和外圍設備之間的信息傳送。這種方式的控制者是用戶進程。 當用戶進程需要傳輸數(shù)據(jù)

6、時，它通過CPU發(fā)出啟動設備命令，然后，用戶進程進入測試等待狀態(tài)，直到相應設備空閑，且準備好，即開始傳輸數(shù)據(jù)。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 第五章 設 備 管 理 l 程序直接控制方式 優(yōu)點：控制簡單，不需要多少硬件支持； 缺點： （1）CPU和外圍設備串行工作，CPU利用率低； （2）CPU只能和一臺外圍設備交換數(shù)據(jù)信息，從而不能實現(xiàn)設備之間的并行工作；（3）由于程序直接控制方式依靠測試設備標志觸發(fā)器的狀態(tài)位來控制數(shù)據(jù)傳送，因此無法發(fā)現(xiàn)和處理由于設備或其他硬件所產生的錯誤。 因此，該方式只適用于CPU速度慢，外圍設備較少的系統(tǒng)。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l中斷

7、方式 為了減少程序直接控制方式中CPU等待時間以及提高系統(tǒng)的并行工作程度，中斷(interrupt)方式被用來控制外圍設備和內存與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。 這種方式要求CPU與設備(或控制器)之間有相應的中斷請求線，且在設備控制器的控制狀態(tài)寄存器中保存中斷允許位。 數(shù)據(jù)的輸入步驟： (1) 進程通過CPU發(fā)出啟動外圍設備準備數(shù)據(jù)指令，同時將中斷允許位置1，以便在需要時，中斷程序可以被調用執(zhí)行。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l中斷方式 (2) 在進程發(fā)出指令啟動設備之后，該進程放棄處理機，等待輸入完成。 (3) 當輸入完成時，I/O控制器通

8、過中斷請求線向CPU發(fā)出中斷信號。CPU在接收到中斷信號之后，轉向中斷處理程序對數(shù)據(jù)進行處理。 (4) 進程調度選中該進程后，該進程即從約定的內存特定單元中取出數(shù)據(jù)繼續(xù)工作。 中斷控制方式的處理過程：8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l中斷方式優(yōu)點：中斷方式支持多道程序和設備的并行操作，提高CPU利用率缺點：（1）中斷發(fā)生在I/O設備數(shù)據(jù)緩沖器裝滿數(shù)據(jù)時，而數(shù)據(jù)緩沖器通常較小，因此，一次數(shù)據(jù)傳送發(fā)生中斷次數(shù)較多，將耗去大量CPU處理時間。 （2）如果很多設備通過中斷處理方式進行并行操作，則OS可能由于中斷次數(shù)急劇增加而造成CPU無法響應中斷

9、和出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。（3）如果外圍設備速度較高，可能造成數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)據(jù)由于CPU來不及取走而丟失。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l DMA（Direct Memory Access） 又稱直接存取方式?；舅枷胧窃谕鈬O備和內存之間開辟直接的數(shù)據(jù)交換通路。 在DMA方式中，I/O控制器具有比中斷方式和程序直接控制方式時更強的功能。 DMA方式采用竊取或挪用系統(tǒng)的總線控制權把數(shù)據(jù)直接送到內存。 即，DMA控制器可用來代替CPU控制內存和設備之間進行成批的數(shù)據(jù)交換。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 lDMA方式 DMA方式除了在數(shù)據(jù)塊傳送開始時需要CPU的啟動指令和在整個

10、數(shù)據(jù)塊傳送結束時需發(fā)中斷通知CPU進行中斷處理之外，不再像中斷控制方式時那樣需要CPU的頻繁干涉。DMA方式的數(shù)據(jù)輸入處理過程如下: (1) 當進程輸入數(shù)據(jù)時，CPU把內存始址和要傳送的字節(jié)數(shù)送入DMA控制器；中斷允許位和啟動位置1; 從而啟動設備開始進行數(shù)據(jù)輸入。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 圖8.5 DMA方式的傳送結構8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l DMA方式 (2) 發(fā)出數(shù)據(jù)要求的進程進入等待狀態(tài)，進程調度程序調度其他進程占據(jù)CPU。 (3) 輸入設備不斷地挪用CPU工作周期，直到所要求的字節(jié)全部傳送完畢。 (4) DMA控制器在傳送字節(jié)數(shù)完成時通過中斷請

11、求線發(fā)出中斷信號，CPU在接收到中斷信號后轉中斷處理程序進行善后處理。 (5) 中斷處理結束時，CPU返回被中斷進程處執(zhí)行或被調度到新的進程上下文環(huán)境中執(zhí)行。DMA方式的處理過程如圖8.6所示。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l DMA方式 DMA方式與中斷方式的主要區(qū)別： （1）中斷方式時是在數(shù)據(jù)緩沖寄存器滿之后發(fā)中斷要求CPU進行中斷處理，而DMA方式則是在所要求轉送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結束時要求CPU進行中斷處理。減少了CPU進行中斷處理的次數(shù)。（2）中斷方式的數(shù)據(jù)傳送由CPU控制完成，而DMA方式是在DMA控制器的控制下完成的。這就排

12、除了因并行操作設備過多時CPU來不及處理或因速度不匹配而造成數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l DMA方式優(yōu)點：減少了中斷次數(shù)，DMA控制器與CPU并行，避免了設備緩沖器中的數(shù)據(jù)丟失問題；缺點：（1）DMA方式對外圍設備的管理和某些操作仍由CPU控制。（2）功能較差，不能滿足復雜的IO 要求。 因此，大中型計算機系統(tǒng)中除了設置DMA器件，還設置專門的硬件裝置通道。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l 通道控制方式 通道又稱輸入輸出處理器，它能完成主存儲器和外圍設備之間的信息傳送，與中央處理器并行地執(zhí)行操作。 此外，外圍設備和中央處理器能實現(xiàn)并行操作；通道和

13、通道之間能實現(xiàn)并行操作；各通道上的外圍設備也能實現(xiàn)并行操作，以達到提高整個系統(tǒng)效率這一根本目的。（優(yōu)點）8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l 通道控制方式 具有通道裝置計算機的主機、通道、控制器和設備之間采用四級連接，實施三級控制。通常，一個中央處理器可以連接若干通道，一個通道可以連接若干控制器，一個控制器可以連接若干臺設備。 中央處理器執(zhí)行輸入輸出指令對通道實施控制，通道執(zhí)行通道命令（CCW）對控制器實施控制，控制器發(fā)出動作序列對設備實施控制，設備執(zhí)行相應的輸入輸出操作。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l 通道控制方式n 輸入輸出過程如下：（1）CPU遇到IO請求，啟動

14、指定通道上的外設；（2）通道啟動成功，通道進行IO操作；（3）此時，CPU與通道并行工作；（4）IO結束，通道發(fā)出中斷請求；（5）CPU響應請求，處理IO操作結束事件。（6）中斷處理結束后，CPU調度進程運行。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l 通道控制方式n 通道分類：按照信息交換方式和加接設備種類不同，通道可分為三種類型：（1）字節(jié)多路通道。連接大量慢速外圍設備，如軟盤機、紙帶機、卡片機等。以字節(jié)為單位交叉地為多個設備輪流服務。（2）選擇通道。它用于連接高速磁帶機和磁盤機等設備。選擇通道在一段時間內只能執(zhí)行一個通道程序，選擇一臺設備進行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸完成后再選擇另一設備。8.2

15、 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 l 通道控制方式n 通道分類：（3）數(shù)組多路通道。對于磁盤類似設備，雖然傳輸時間短，但移臂定位時間長。使用選擇通道在移臂時間內，通道只能空等。 數(shù)組多路通道則先為一臺設備執(zhí)行一條通道命令，然后再為另一臺設備執(zhí)行一條通道命令。 對于若干臺磁盤機，可以按次序交叉?zhèn)鬏斠慌畔?，這樣就避免了移臂操作過長地占用通道。 數(shù)組多路通道的實質是：對通道程序采用多道程序設計技術的硬件實現(xiàn)。8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 8.2 數(shù)據(jù)傳送方式第五章 設 備 管 理 n 中斷的概念 中斷(Interrupt)是指計算機在

16、執(zhí)行期間，系統(tǒng)內發(fā)生任何非尋常的或非預期的急需處理事件，使得CPU暫時中斷當前正在執(zhí)行的程序而轉去執(zhí)行相應的事件處理程序，待處理完畢后又返回原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行或調度新的進程執(zhí)行的過程。 引起中斷發(fā)生的事件被稱為中斷源。中斷源向CPU發(fā)出的請求中斷處理信號稱為中斷請求，而CPU收到中斷請求后轉相應的事件處理程序稱為中斷響應。8.3 中斷技術第五章 設 備 管 理 系統(tǒng)允許CPU響應中斷稱為禁止中斷。禁止中斷也稱為關中斷，PSW的中斷允許位的設置也被稱為開中斷。 中斷請求、關中斷、開中斷等都由硬件實現(xiàn)。其中開中斷和關中斷是操作原語。 中斷屏蔽是指在中斷請求產生之后，系統(tǒng)用軟件方式有選擇地封鎖部分

17、中斷而允許其余部分的中斷仍能得到響應。8.3 中斷技術第五章 設 備 管 理 n 中斷的分類與優(yōu)先級 操作系統(tǒng)一般對中斷進行分類并對不同的中斷賦予不同的處理優(yōu)先級，以便在不同的中斷同時發(fā)生時，按輕重緩急進行處理。 根據(jù)中斷源產生的條件，可把中斷分為外中斷和內中斷。 外中斷指來自處理機和內存外部的中斷，包括I/O中斷、外部信號中斷、時鐘中斷、調試中斷等。 外中斷在狹義上一般被稱為中斷。8.3 中斷技術第五章 設 備 管 理 n 中斷的分類與優(yōu)先級 內中斷主要指在處理機和內存內部產生的中斷。內中斷一般稱為陷阱(trap)。 它包括程序運算引起的各種錯誤，如地址非法、校驗錯、頁面失效、存取訪問控制錯

18、、算術操作溢出、數(shù)據(jù)格式非法、除數(shù)為零、非法指令、用戶程序執(zhí)行系統(tǒng)調用指令、分時系統(tǒng)中的時間片中斷以及從用戶態(tài)到核心態(tài)的切換等都是陷阱的例子。8.3 中斷技術第五章 設 備 管 理 n 中斷和陷阱的區(qū)別 (1) 陷阱由處理機正在執(zhí)行的現(xiàn)行指令引起，而中斷則是由與現(xiàn)行指令無關的中斷源引起的。 (2) 陷阱處理程序提供的服務為當前進程所用，而中斷處理程序的服務則不是為了當前進程的。 (3) CPU在執(zhí)行完一條指令之后，下一條指令開始之前響應中斷，而在一條指令執(zhí)行中也可以響應陷阱。8.3 中斷技術第五章 設 備 管 理 n 軟中斷 中斷和陷阱都可以看作是硬中斷，因為這些中斷和陷阱要通過硬件產生相應的

19、中斷請求。 軟中斷是通信進程之間用來模擬硬中斷的一種信號通信方式。 相同：其中斷源發(fā)中斷請求或軟中斷信號后，CPU或接收進程在適當?shù)臅r機自動進行中斷處理或完成軟中斷信號所對應的功能。8.3 中斷技術第五章 設 備 管 理 n 中斷處理過程 一旦CPU響應中斷，轉入中斷處理程序，系統(tǒng)就開始進行中斷處理。 (1) CPU檢查響應中斷的條件是否滿足: 有中斷請求、CPU允許中斷。 (2) 如果CPU響應中斷，則CPU關中斷，使其進入不可再次響應中斷的狀態(tài)。 (3) 保存被中斷進程現(xiàn)場。必須保存處理機狀態(tài)字PSW和程序計數(shù)器PC等的值。8.3 中斷技術第五章 設 備 管 理 n 中斷處理過程 (4)

20、分析中斷原因，調用中斷處理子程序。 (5) 執(zhí)行中斷處理子程序。 (6) 退出中斷，恢復被中斷進程的現(xiàn)場或調度新進程占據(jù)處理機。 (7) 開中斷，CPU繼續(xù)執(zhí)行。8.3 中斷技術第五章 設 備 管 理 n 緩沖的引入（1）匹配外設與CPU之間的處理速度；（2）減少中斷次數(shù)和CPU的中斷處理時間；（3）解決DMA或通道方式時的瓶頸問題； 為此，在設備管理中引入了用來暫存數(shù)據(jù)的緩沖技術。 硬緩沖：在設備中設置緩沖區(qū)，由硬件實現(xiàn)。 軟緩沖：在內存中開辟一個空間，用作緩沖區(qū)。8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 n 緩沖的種類 根據(jù)系統(tǒng)設置的緩沖器的個數(shù)，可把緩沖技術分為單緩沖、雙緩沖和多緩沖以及緩

21、沖池幾種。 單緩沖是在設備和處理機之間設置一個緩沖器。設備和處理機交換數(shù)據(jù)時，先把被交換數(shù)據(jù)寫入緩沖器，然后，需要數(shù)據(jù)的設備或處理機從緩沖器取走數(shù)據(jù)。由于緩沖器屬于臨界資源，即不允許多個進程同時對一個緩沖器操作，因此，設備和設備之間不能通過單緩沖達到并行操作。8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 n 緩沖的種類 解決兩臺外設、打印機和終端之間的并行操作問題的辦法是設置雙緩沖。 有了兩個緩沖器之后，CPU可把輸出到打印機的數(shù)據(jù)放入其中一個緩沖器(區(qū))，讓打印機慢慢打印; 然后，它又可以從另一個為終端設置的緩沖器(區(qū))中讀取所需要的輸入數(shù)據(jù)。8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 n 緩沖的種類

22、 現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中一般使用多緩沖或緩沖池結構。多緩沖是把多個緩沖區(qū)連接起來組成兩部分，一部分專門用于輸入，另一部分專門用于輸出的緩沖結構。 緩沖池則是把多個緩沖區(qū)連接起來統(tǒng)一管理，既可用于輸入又可用于輸出的緩沖結構。 顯然，無論是多緩沖，還是緩沖池，由于緩沖器是臨界資源，在使用緩沖區(qū)時都有一個申請、釋放和互斥的問題。8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 n 緩沖池的結構 緩沖池由多個緩沖區(qū)組成。而一個緩沖區(qū)由兩部分組成: 一部分是用來標識該緩沖器和用于管理的緩沖首部，另一部分是用于存放數(shù)據(jù)的緩沖體。這兩部分有一一對應的映射關系。 對緩沖池的管理是通過對每一個緩沖器的緩沖首部進行操作實現(xiàn)的。緩

23、沖首部包括設備號、設備上的數(shù)據(jù)塊號(塊設備時)、互斥標識位以及緩沖隊列連接指針和緩沖器號等。8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 n 緩沖池的結構 系統(tǒng)把各緩沖區(qū)按其使用狀況連成三種隊列: (1)空白緩沖隊列em，其隊首指針為F(em)，隊尾指針為L(em); (2) 裝滿輸入數(shù)據(jù)的輸入緩沖隊列in，其隊首指針為F(in)，隊尾指針為L(in); (3) 裝滿輸出數(shù)據(jù)的輸出緩沖隊列out，其隊首指針為F(out)，隊尾指針為L(out)。8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 圖8.10 緩沖區(qū)隊列8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 n 緩沖池的結構 除了三種緩沖隊列之外，申請并獲得、處

24、于正在使用的緩沖器稱為工作緩沖區(qū)。在緩沖池中，有4種工作緩沖區(qū),即:(1) 用于收容設備輸入數(shù)據(jù)的收容輸入緩沖區(qū)hin;(2) 用于提取設備輸入數(shù)據(jù)的提取輸入緩沖區(qū)sin;(3) 用于收容CPU輸出數(shù)據(jù)的收容輸出緩沖區(qū)hout;(4) 用于提取CPU輸出數(shù)據(jù)的提取輸出緩沖區(qū)sout。8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 圖8.11 緩沖池的工作緩沖區(qū)8.4 緩沖技術第五章 設 備 管 理 n 概念 當某進程向系統(tǒng)提出I/O請求時，設備分配程序按一定策略分配設備、控制器和通道，形成一條數(shù)據(jù)傳輸通路，以供主機和設備間信息交換。8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 n 設備獨立性 通常用戶不指定

25、特定的設備，而指定邏輯設備，使得用戶作業(yè)和物理設備獨立開來，再通過其他途徑建立邏輯設備和物理設備之間的對應關系，稱設備的這種特性為“設備獨立性”。 優(yōu)點：用戶應用程序與物理設備無關，系統(tǒng)增減或變更物理設備時程序不必修改；易于對付輸入輸出設備的故障；提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了外圍設備分配的靈活性，能更有效地利用外圍設備資源，實現(xiàn)多道程序設計技術。8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 n 數(shù)據(jù)結構（1）系統(tǒng)設備表SDT（2）設備控制塊DCB（設備控制表DCT）（3）通道控制塊CHCB（通道控制表CHCT）（4）控制器控制塊COCB（控制器控制表COCT）8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 n

26、 數(shù)據(jù)結構 1、系統(tǒng)設備表SDT 整個系統(tǒng)一張表，記錄系統(tǒng)中所有I/O設備的信息，為每個物理設備設一表項。表目包括： 設備類型、設備標識符、進程標識符、DCT表指針等。 2、設備控制表DCT 每個物理設備一張表，包括設備類型、設備標識符、設備狀態(tài)、與此設備相連的COCT、等待隊列的隊首和隊尾指針、I/O程序地址等。 設備表8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 n 數(shù)據(jù)結構 3、 控制器表COCT(COntroler Control Table) 每個控制器一張，它反映I/O控制器的使用狀態(tài)以及和通道的連接情況等。 4、通道控制表CHCT(CHannel Control Table) 每個通道

27、一張。包括通道標識符、通道忙/閑標識、等待獲得該通道的進程等待隊列的隊首指針與隊尾指針等；顯然，一個進程只有獲得了通道、控制器和所需設備三者之后，才具備了進行I/O操作的物理條件。8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 圖8.12 數(shù)據(jù)結構表8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 n 設備分配的原則 設備分配的總原則是既要充分發(fā)揮設備的使用效率，盡可能的讓設備忙，但又要避免由于不合理的分配方法造成進程死鎖; 另外還要做到把用戶程序和具體物理設備隔離開來，即用戶程序面對的是邏輯設備，而分配程序將在系統(tǒng)把邏輯設備轉換成物理設備之后，再根據(jù)要求的物理設備號進行分配。8.5 設備分配第五章 設 備 管

28、 理 n 設備分配的原則 靜態(tài)分配方式是在用戶作業(yè)開始執(zhí)行之前，由系統(tǒng)一次分配該作業(yè)所要求的全部設備、控制器和通道。靜態(tài)分配方式不會出現(xiàn)死鎖，但設備的使用效率低。 動態(tài)分配在進程執(zhí)行過程中通過系統(tǒng)調用命令向系統(tǒng)提出設備請求.動態(tài)分配方式有利于提高設備的利用率，但如果分配算法使用不當，則有可能造成進程死鎖。8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 n 設備分配策略 與進程調度相似，動態(tài)設備分配也是基于一定的分配策略的。 1) 先請求先分配 系統(tǒng)按提出I/O請求的先后順序，將進程發(fā)出的I/O請求命令排成隊列，其隊首指向被請求設備的DCT。當該設備空閑時，系統(tǒng)從該設備的請求隊列的隊首取下一個I/O請求

29、消息，將設備分配給發(fā)出這個請求消息的進程。8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 n 設備分配策略 2) 優(yōu)先級高者先分配 進程的優(yōu)先級高，它的I/O請求也優(yōu)先予以滿足。對于相同優(yōu)先級的進程來說，則按先請求先分配策略分配。因此，優(yōu)先級高者先分配策略把請求某設備的I/O請求命令按進程的優(yōu)先級組成隊列，從而保證在該設備空閑時，系統(tǒng)能從I/O請求隊列隊首取下一個具有最高優(yōu)先級進程發(fā)來的I/O請求命令，并將設備分配給發(fā)出該命令的進程。8.5 設備分配第五章 設 備 管 理 n 設備驅動程序 設備驅動程序是驅動物理設備和DMA控制器或I/O控制器等直接進行I/O操作的子程序的集合。 為了對驅動程序進行管

30、理，系統(tǒng)中設置有設備開關表DST。設備開關表中給出相應設備的各種操作子程序的入口地址。8.7 設備驅動程序第五章 設 備 管 理 n 概念 在一類設備上模擬另一類設備，常用共享設備模擬獨占設備，用高速設備模擬低速設備，被模擬的設備稱為虛設備。目的：將慢速的獨占設備改造成多個用戶可共享的設備，提高設備的利用率；（實例：SPOOLing技術，利用虛設備技術 用硬盤模擬輸入輸出設備）虛設備第五章 設 備 管 理 n SPOOLING 的設計和實現(xiàn) 為了存放從輸入設備輸入的信息以及作業(yè)執(zhí)行的結果，系統(tǒng)在輔助存儲器上開辟了輸入井和輸出井?！熬笔怯米骶彌_的存儲區(qū)域，采用井的技術能調節(jié)供求之間的矛盾，消除人工干預帶來的損失。虛設備第五章 設 備 管 理 虛設備第五章 設 備 管 理 n SPOOLING 的設計和實現(xiàn) 兩個例子：（1）打印機spooling 守護進程 對于打印機，屬于獨占設備。系統(tǒng)可創(chuàng)建一個守護進程（daemon）以及一個特殊的目錄，稱spooling 打印目錄。 在打印之前，進程產生完整的待打印文件并放在spooling 打印目錄下。 當打印機空閑時，守護進程便啟動，打印待輸出的文