第五章 C 磁盤(pán)管理

1、15.6 5.6 磁盤(pán)存儲(chǔ)管理磁盤(pán)存儲(chǔ)管理 磁盤(pán)結(jié)構(gòu) 磁盤(pán)設(shè)備由一組盤(pán)組組成,可包括一張或多張盤(pán)片,每張盤(pán)片分正、反兩面,每面可劃分若干磁道,各磁道之間留有必要的間隙,每條磁道又分若個(gè)扇區(qū),各扇區(qū)之間留有一定的空隙,每個(gè)扇區(qū)的大小相當(dāng)于一個(gè)盤(pán)塊大小。 一個(gè)盤(pán)組中的所有盤(pán)片被固定在一根旋轉(zhuǎn)軸上,沿著一個(gè)方向高速旋轉(zhuǎn)。每個(gè)盤(pán)面配有一個(gè)讀/寫(xiě)磁頭,所有的讀寫(xiě)磁頭被固定在唯一的移動(dòng)臂上同時(shí)移動(dòng)。將磁頭按從上到下的次序進(jìn)行編號(hào),稱為磁頭號(hào)。每個(gè)盤(pán)面上有許多磁道,磁頭位置下各個(gè)盤(pán)面上的磁道處于同一個(gè)圓柱面上,稱這些磁道組成了一個(gè)柱面。每個(gè)盤(pán)面上的磁道從0開(kāi)始,由外向里順序編號(hào),通過(guò)移動(dòng)臂的移動(dòng),讀/寫(xiě)磁頭

2、可定位在任何一個(gè)磁道上, 移動(dòng)磁頭僅能以串行方式進(jìn)行讀/寫(xiě)。2 當(dāng)移動(dòng)臂移到某一個(gè)位置時(shí),所有的讀/寫(xiě)磁頭處在同一個(gè)柱面上,盤(pán)面上的磁道號(hào)即為柱面號(hào)。每個(gè)盤(pán)面被分成若干個(gè)扇區(qū),沿與磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)相反的方向給每個(gè)扇區(qū)編號(hào),稱為扇區(qū)號(hào)。為了減少移動(dòng)臂移動(dòng)花費(fèi)的時(shí)間,系統(tǒng)存放信息時(shí),并不是按盤(pán)面上的磁道順序存滿一個(gè)盤(pán)面后再存放到下一個(gè)盤(pán)面,而是按柱面順序存放,當(dāng)同一柱面上的磁道存滿后,再存放到下一個(gè)柱面上。 磁盤(pán)存儲(chǔ)空間的位置可以由三個(gè)參數(shù)決定:柱面號(hào)、磁頭號(hào)和扇區(qū)號(hào); 磁盤(pán)空間的盤(pán)塊按柱面(從0號(hào)柱面開(kāi)始) 、磁頭、扇區(qū)順序編號(hào)。34柱面柱面扇區(qū)扇區(qū)移動(dòng)臂移動(dòng)臂讀讀/寫(xiě)磁頭寫(xiě)磁頭軸軸磁道磁道盤(pán)面盤(pán)面磁盤(pán)

3、結(jié)構(gòu)磁盤(pán)結(jié)構(gòu)52、磁盤(pán)的類型 對(duì)磁盤(pán)可從不同的角度進(jìn)行分類。最常見(jiàn)的有：將磁盤(pán)分成硬盤(pán)和軟盤(pán)、單片盤(pán)和多片盤(pán)、固定頭磁盤(pán)和活動(dòng)頭磁盤(pán)等。下面僅對(duì)固定頭磁盤(pán)和移動(dòng)頭磁盤(pán)做一介紹。(1)固定頭磁盤(pán)固定頭磁盤(pán) 這種磁盤(pán)在每條磁道上都有一個(gè)讀寫(xiě)磁頭，所有的磁頭都被裝在一剛性磁臂中，通過(guò)這些磁頭可訪問(wèn)所有的磁道，并進(jìn)行并行讀寫(xiě)，有效地提高了磁盤(pán)的IO速度。這種結(jié)構(gòu)的磁盤(pán)主要用于大容量磁盤(pán)上。(2)移動(dòng)頭磁盤(pán)移動(dòng)頭磁盤(pán) 每一個(gè)盤(pán)面僅配有一個(gè)磁頭，也被裝入磁臂中，為能訪問(wèn)該盤(pán)面上的所有磁道該磁頭必須能移動(dòng)以進(jìn)行尋道?？墒?，移動(dòng)頭磁盤(pán)只能進(jìn)行串行讀寫(xiě)，致使IO速度較慢，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故仍廣泛地用于中、小型磁

4、盤(pán)設(shè)備中。在微機(jī)上配置的溫盤(pán)(溫徹斯特)和軟盤(pán)，都采用移動(dòng)磁頭結(jié)構(gòu)，在此主要針對(duì)這類磁盤(pán)的IO進(jìn)行討論。63.磁盤(pán)訪問(wèn)時(shí)間（ Ts+ Tr+ Tt）(1)尋道時(shí)間Ts 這是把磁臂(磁頭)從當(dāng)前位置移動(dòng)到指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間。(2)旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間Tr Tr是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。(3)傳輸時(shí)間Tt Tt是指把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出，或向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間。7 磁盤(pán)是目前使用最典型而又最廣泛的一種塊設(shè)備。任何一個(gè)對(duì)磁盤(pán)的訪問(wèn)請(qǐng)求,應(yīng)給出訪問(wèn)磁盤(pán)的存儲(chǔ)空間地址:柱面號(hào)、磁頭號(hào)和扇區(qū)號(hào)。1. 1. 驅(qū)動(dòng)調(diào)度驅(qū)動(dòng)調(diào)度 當(dāng)多個(gè)訪盤(pán)請(qǐng)求在等待時(shí)，當(dāng)多個(gè)訪盤(pán)請(qǐng)求在等待時(shí)，采用一定的策略采用一定的策

5、略，對(duì)這些，對(duì)這些請(qǐng)求的服務(wù)順序調(diào)整安排，旨在請(qǐng)求的服務(wù)順序調(diào)整安排，旨在降低平均磁盤(pán)服務(wù)時(shí)間降低平均磁盤(pán)服務(wù)時(shí)間，達(dá)到公平、高效達(dá)到公平、高效 公平：一個(gè)公平：一個(gè)I/OI/O請(qǐng)求請(qǐng)求在有限時(shí)間內(nèi)滿足在有限時(shí)間內(nèi)滿足 高效：高效：減少減少設(shè)備設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的時(shí)間浪費(fèi)所帶來(lái)的時(shí)間浪費(fèi)驅(qū)動(dòng)調(diào)度驅(qū)動(dòng)調(diào)度82. 2. 驅(qū)動(dòng)調(diào)度考慮的問(wèn)題：驅(qū)動(dòng)調(diào)度考慮的問(wèn)題： 啟動(dòng)磁盤(pán)完成一次I/O操作所花的時(shí)間包括:尋找(道)時(shí)間、延遲時(shí)間和傳送時(shí)間。一次訪盤(pán)時(shí)間一次訪盤(pán)時(shí)間 = = 尋道時(shí)間尋道時(shí)間+ +旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間+ +存取時(shí)間存取時(shí)間尋道時(shí)間尋道時(shí)間：把磁頭移動(dòng)到：把磁頭移動(dòng)到指定磁道

6、指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間。上所經(jīng)歷的時(shí)間。旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間：指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。：指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。存取時(shí)間存取時(shí)間：把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出或向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的：把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出或向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間。時(shí)間。(1) (1) 減少尋道時(shí)間（活動(dòng)頭磁盤(pán)）減少尋道時(shí)間（活動(dòng)頭磁盤(pán)）(2) (2) 減少延遲時(shí)間（固定頭磁盤(pán)）減少延遲時(shí)間（固定頭磁盤(pán)）驅(qū)動(dòng)調(diào)度驅(qū)動(dòng)調(diào)度9磁盤(pán)調(diào)度磁盤(pán)調(diào)度 在訪問(wèn)磁盤(pán)時(shí)間中,尋道時(shí)間是機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間,通常在幾十毫秒時(shí)間量級(jí)上,因此,設(shè)法減小尋道時(shí)間是提高磁盤(pán)傳輸效率的關(guān)鍵。系統(tǒng)采用一定的調(diào)度策略來(lái)決定各個(gè)請(qǐng)求訪問(wèn)磁盤(pán)者的執(zhí)行次序,稱

7、為磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度,采用的調(diào)度策略稱為驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法。對(duì)磁盤(pán)來(lái)說(shuō),驅(qū)動(dòng)調(diào)度先進(jìn)行移臂調(diào)度,以盡可能地減少尋道時(shí)間,現(xiàn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度,以減少延遲時(shí)間。10移臂調(diào)度算法移臂調(diào)度算法 根據(jù)訪問(wèn)者指定的柱面位置來(lái)決定執(zhí)行次序的調(diào)度稱為移臂調(diào)度。移臂調(diào)度的目標(biāo)是盡可能地減少I(mǎi)/O操作中的尋道時(shí)間。常用的移臂調(diào)度算法有先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法、最短尋道時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法、單向/雙向掃描算法等。(1) (1) 先來(lái)先服務(wù)先來(lái)先服務(wù)(FCFS)(FCFS)：按訪問(wèn)請(qǐng)求到達(dá)的先后次序服務(wù)：按訪問(wèn)請(qǐng)求到達(dá)的先后次序服務(wù) 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，公平；優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，公平； 缺點(diǎn)：效率不高，相臨兩次請(qǐng)求可能會(huì)造成缺點(diǎn)：效率不高，相臨兩次請(qǐng)求可能

8、會(huì)造成最內(nèi)到最最內(nèi)到最外的柱面尋道外的柱面尋道，使磁頭反復(fù)移動(dòng)，使磁頭反復(fù)移動(dòng)，增加了服務(wù)時(shí)間增加了服務(wù)時(shí)間，對(duì)機(jī)，對(duì)機(jī)械也不利械也不利11假設(shè)磁盤(pán)訪問(wèn)序列：假設(shè)磁盤(pán)訪問(wèn)序列：9898，183183，3737，122122，1414，124124，6565，6767 讀寫(xiě)頭起始位置：讀寫(xiě)頭起始位置：5353 安排磁頭服務(wù)序列安排磁頭服務(wù)序列 計(jì)算磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)）計(jì)算磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)）移臂調(diào)度移臂調(diào)度129898，183183，3737，122122，1414，124124，6565，6767讀讀/寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了640個(gè)柱面的距離個(gè)柱面的距離13(2) (2) 最短尋

9、道時(shí)間優(yōu)先最短尋道時(shí)間優(yōu)先(SSTF)(SSTF)：優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁頭最近：優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁頭最近的訪問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，主要考慮尋道優(yōu)先的訪問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，主要考慮尋道優(yōu)先 優(yōu)點(diǎn)：改善了磁盤(pán)平均服務(wù)時(shí)間；優(yōu)點(diǎn)：改善了磁盤(pán)平均服務(wù)時(shí)間； 缺點(diǎn)：造成某些訪問(wèn)請(qǐng)求長(zhǎng)期等待得不到服務(wù)缺點(diǎn)：造成某些訪問(wèn)請(qǐng)求長(zhǎng)期等待得不到服務(wù)移臂調(diào)度移臂調(diào)度149898，183183，3737，122122，1414，124124，6565，6767讀讀/寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了236個(gè)柱面的距離個(gè)柱面的距離15(3) (3) 掃描算法掃描算法 克服了最短尋道優(yōu)先的缺點(diǎn)，既考慮了距克服了最短尋道優(yōu)先的缺點(diǎn)，既考慮了

10、距離，同時(shí)又考慮了方向離，同時(shí)又考慮了方向 具體做法：具體做法：當(dāng)設(shè)備無(wú)訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，磁頭不動(dòng)；當(dāng)有訪問(wèn)當(dāng)設(shè)備無(wú)訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，磁頭不動(dòng)；當(dāng)有訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求時(shí)，磁頭按一個(gè)方向移動(dòng)磁頭按一個(gè)方向移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中對(duì)遇到的訪，在移動(dòng)過(guò)程中對(duì)遇到的訪問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，磁頭運(yùn)行總是由磁盤(pán)的最低磁道號(hào)（通問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，磁頭運(yùn)行總是由磁盤(pán)的最低磁道號(hào)（通常為常為0 0）到最高磁道號(hào)，然后再由最高磁道號(hào)到最低磁道）到最高磁道號(hào)，然后再由最高磁道號(hào)到最低磁道號(hào)重復(fù)運(yùn)行。號(hào)重復(fù)運(yùn)行。 160143753656798122124183199單向掃描調(diào)度示意圖單向掃描調(diào)度示意圖讀讀/寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了38

11、2個(gè)柱面的距離個(gè)柱面的距離170143753656798122124183199雙向掃描調(diào)度示意圖雙向掃描調(diào)度示意圖讀讀/寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了321個(gè)柱面的距離個(gè)柱面的距離18(4)(4)電梯算法電梯算法 電梯調(diào)度算法不僅考慮到電梯調(diào)度算法不僅考慮到請(qǐng)求訪問(wèn)者的磁頭與當(dāng)前磁頭請(qǐng)求訪問(wèn)者的磁頭與當(dāng)前磁頭之間的距離之間的距離, ,而且而且優(yōu)先考慮磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向優(yōu)先考慮磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向。判斷該方向。判斷該方向上是否還有訪問(wèn)請(qǐng)求，如果有則繼續(xù)掃描；上是否還有訪問(wèn)請(qǐng)求，如果有則繼續(xù)掃描；否則改變移動(dòng)方否則改變移動(dòng)方向向，并為經(jīng)過(guò)的訪問(wèn)請(qǐng)求服務(wù)，如此反復(fù)，并為經(jīng)過(guò)的訪問(wèn)請(qǐng)求服務(wù)，如此反復(fù)

12、190143753656798122124183199當(dāng)前移動(dòng)臂由里向外移動(dòng)當(dāng)前移動(dòng)臂由里向外移動(dòng)讀讀/寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了208個(gè)柱面的距離個(gè)柱面的距離200143753656798122124183199讀讀/寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了寫(xiě)磁頭總共移動(dòng)了299個(gè)柱面的距離個(gè)柱面的距離當(dāng)前移動(dòng)臂由外向里移動(dòng)當(dāng)前移動(dòng)臂由外向里移動(dòng)21電梯調(diào)度與最短尋找時(shí)間區(qū)別電梯調(diào)度與最短尋找時(shí)間區(qū)別: : 相同相同: :盡量減少移動(dòng)臂移動(dòng)所花的時(shí)間為目標(biāo)盡量減少移動(dòng)臂移動(dòng)所花的時(shí)間為目標(biāo); ; 不同不同: :最短尋找時(shí)間優(yōu)先不考慮移動(dòng)臂的當(dāng)前移動(dòng)方最短尋找時(shí)間優(yōu)先不考慮移動(dòng)臂的當(dāng)前移動(dòng)方向向, ,總是選擇距

13、離當(dāng)前讀總是選擇距離當(dāng)前讀/ /寫(xiě)磁頭最近的柱面訪問(wèn)寫(xiě)磁頭最近的柱面訪問(wèn), ,移動(dòng)臂移動(dòng)臂來(lái)回改變移動(dòng)方向來(lái)回改變移動(dòng)方向, ,可能會(huì)導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程發(fā)生可能會(huì)導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程發(fā)生“饑餓饑餓”現(xiàn)現(xiàn)象象; ;電梯調(diào)度算法總是沿著移動(dòng)臂的移動(dòng)方向選擇距離當(dāng)電梯調(diào)度算法總是沿著移動(dòng)臂的移動(dòng)方向選擇距離當(dāng)前讀前讀/ /寫(xiě)磁頭最近的柱面訪問(wèn)寫(xiě)磁頭最近的柱面訪問(wèn), ,僅當(dāng)沿著移動(dòng)臂的移動(dòng)方向僅當(dāng)沿著移動(dòng)臂的移動(dòng)方向無(wú)等待訪問(wèn)時(shí)無(wú)等待訪問(wèn)時(shí), ,才改變移動(dòng)臂的方向才改變移動(dòng)臂的方向; ;22旋轉(zhuǎn)調(diào)度旋轉(zhuǎn)調(diào)度 一次移臂調(diào)度將移動(dòng)臂定位到某一柱面后一次移臂調(diào)度將移動(dòng)臂定位到某一柱面后, ,允許進(jìn)行允許進(jìn)行多次多次旋轉(zhuǎn)調(diào)

14、度旋轉(zhuǎn)調(diào)度。 旋轉(zhuǎn)調(diào)度旋轉(zhuǎn)調(diào)度: :選擇延遲時(shí)間最短的請(qǐng)求訪問(wèn)者執(zhí)行的調(diào)選擇延遲時(shí)間最短的請(qǐng)求訪問(wèn)者執(zhí)行的調(diào)度策略。度策略。進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度時(shí)應(yīng)分析下列情況進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度時(shí)應(yīng)分析下列情況: :(1)(1)若干等待訪問(wèn)者請(qǐng)求訪問(wèn)同一磁道上的不同扇區(qū)若干等待訪問(wèn)者請(qǐng)求訪問(wèn)同一磁道上的不同扇區(qū); ;(2)(2)若干等待訪問(wèn)者請(qǐng)求訪問(wèn)不同磁道上的不同編號(hào)的扇若干等待訪問(wèn)者請(qǐng)求訪問(wèn)不同磁道上的不同編號(hào)的扇區(qū)區(qū); ;(3)(3)若干等待訪問(wèn)者請(qǐng)求訪問(wèn)不同磁道上具有相同編號(hào)的若干等待訪問(wèn)者請(qǐng)求訪問(wèn)不同磁道上具有相同編號(hào)的扇區(qū)扇區(qū); ;23例例: :有有4 4個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求者個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求者, ,訪問(wèn)要求如下訪問(wèn)要求如下:

15、 :請(qǐng)求次序柱面號(hào)磁頭號(hào)扇區(qū)號(hào)1541251535454528 記錄在磁道上的排列方式會(huì)影響記錄在磁道上的排列方式會(huì)影響I/OI/O操作時(shí)間操作時(shí)間。系統(tǒng)采。系統(tǒng)采用記錄的優(yōu)化分布有利于減少延遲時(shí)間用記錄的優(yōu)化分布有利于減少延遲時(shí)間, ,縮短縮短I/OI/O操作時(shí)間。操作時(shí)間。對(duì)于一些能預(yù)知處理要求的信息采用優(yōu)化分布可以提高系對(duì)于一些能預(yù)知處理要求的信息采用優(yōu)化分布可以提高系統(tǒng)的效率。統(tǒng)的效率。241.若現(xiàn)在磁盤(pán)的移動(dòng)臂處于第若現(xiàn)在磁盤(pán)的移動(dòng)臂處于第15號(hào)柱面，并且有號(hào)柱面，并且有6個(gè)請(qǐng)求者等待個(gè)請(qǐng)求者等待訪問(wèn)磁盤(pán)如表所示，則如何響應(yīng)這些訪問(wèn)才最省時(shí)間？訪問(wèn)磁盤(pán)如表所示，則如何響應(yīng)這些訪問(wèn)才最

16、省時(shí)間？請(qǐng)求者序號(hào)柱面號(hào)磁頭號(hào)扇區(qū)號(hào)11226253231687464151673612563，5，1，6，4，2 3，5，6，1，4，25，3，1，6，4，2 5，3，6，1，4，225 1 1 設(shè)備處理程序的功能和處理方式設(shè)備處理程序的功能和處理方式 2 2 設(shè)備處理程序的處理過(guò)程設(shè)備處理程序的處理過(guò)程 1)1)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 2)2)設(shè)備中斷處理程序設(shè)備中斷處理程序設(shè)備處理設(shè)備處理 設(shè)備處理的一致性設(shè)備處理的一致性: :具有通道結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有通道結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng), ,從啟從啟動(dòng)外圍設(shè)備到完成動(dòng)外圍設(shè)備到完成I/OI/O操作操作, ,沒(méi)有考慮不同類型的物理設(shè)備沒(méi)有考慮不同類

17、型的物理設(shè)備的特性的特性, ,采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行處理。采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行處理。26設(shè)備處理設(shè)備處理 設(shè)備處理程序設(shè)備處理程序又稱又稱設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，是，是I/OI/O進(jìn)程進(jìn)程與與設(shè)備控制設(shè)備控制器器之間的通信和轉(zhuǎn)換程序之間的通信和轉(zhuǎn)換程序. .（1 1）設(shè)備處理程序的功能和處理方式）設(shè)備處理程序的功能和處理方式1 1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 1)1)接收接收上層軟件發(fā)來(lái)的抽象要求（如上層軟件發(fā)來(lái)的抽象要求（如readread命令等），再把它命令等），再把它轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成具體要求。成具體要求。 2)2)檢查檢查用戶用戶I/OI/O請(qǐng)求的合法性，請(qǐng)求的合法性，了解了解I/OI/O

18、設(shè)備的設(shè)備的狀態(tài)狀態(tài)，設(shè)置工作，設(shè)置工作方式。方式。 3)3)對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的的I/OI/O請(qǐng)求，自動(dòng)地請(qǐng)求，自動(dòng)地構(gòu)成通道程序構(gòu)成通道程序。4)由驅(qū)動(dòng)程序向設(shè)備控制器由驅(qū)動(dòng)程序向設(shè)備控制器發(fā)出發(fā)出I/O命令，命令，啟動(dòng)啟動(dòng)分配到的分配到的I/O設(shè)備，設(shè)備，完成完成指定的指定的I/O操作。操作。 5)及時(shí)及時(shí)響應(yīng)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷調(diào)用由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理處理。27 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要任務(wù)是啟

19、動(dòng)指定的設(shè)備主要任務(wù)是啟動(dòng)指定的設(shè)備。在啟動(dòng)。在啟動(dòng)設(shè)備之前設(shè)備之前, ,必須必須完成必要的準(zhǔn)備工作完成必要的準(zhǔn)備工作。首先檢查。首先檢查I/OI/O請(qǐng)求的請(qǐng)求的合法性合法性, ,了解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑了解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑, ,了解有關(guān)的傳遞參數(shù)及了解有關(guān)的傳遞參數(shù)及設(shè)置設(shè)備的工作方式。然后設(shè)置設(shè)備的工作方式。然后, ,向設(shè)備控制器發(fā)出向設(shè)備控制器發(fā)出I/OI/O命令命令, ,啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O設(shè)備完成指定的設(shè)備完成指定的I/OI/O操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)及時(shí)操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)及時(shí)響應(yīng)由控制器發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求響應(yīng)由控制器發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求, ,根據(jù)該中斷請(qǐng)求的類型根據(jù)該中斷請(qǐng)求的類型, ,調(diào)

20、調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程28設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程(1)(1)預(yù)置設(shè)備預(yù)置設(shè)備 系統(tǒng)在初始或啟動(dòng)設(shè)備傳輸時(shí)系統(tǒng)在初始或啟動(dòng)設(shè)備傳輸時(shí), ,預(yù)置設(shè)備的初始狀態(tài)預(yù)置設(shè)備的初始狀態(tài) 1)1)將用戶和上層軟件對(duì)設(shè)備控制的將用戶和上層軟件對(duì)設(shè)備控制的抽象要求抽象要求轉(zhuǎn)換成對(duì)設(shè)轉(zhuǎn)換成對(duì)設(shè)備的備的具體要求具體要求，如對(duì)抽象要求的盤(pán)塊號(hào)轉(zhuǎn)換為磁盤(pán)的盤(pán)面、，如對(duì)抽象要求的盤(pán)塊號(hào)轉(zhuǎn)換為磁盤(pán)的盤(pán)面、磁道及扇區(qū)。磁道及扇區(qū)。 2)2)檢查檢查I/OI/O請(qǐng)求的合理性。請(qǐng)求的合理性。 3)3)讀出和讀出和檢查檢查設(shè)備

21、的狀態(tài)，確保設(shè)備處于就緒態(tài)。設(shè)備的狀態(tài)，確保設(shè)備處于就緒態(tài)。 4)4)傳送必要的參數(shù)，如傳送的傳送必要的參數(shù)，如傳送的字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在主存的首在主存的首址址等。等。設(shè)備處理設(shè)備處理29 5) 5)工作方式的設(shè)置。工作方式的設(shè)置。 6)6)啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O設(shè)備，并設(shè)備，并檢查啟動(dòng)是否成功檢查啟動(dòng)是否成功，如成功則將控制，如成功則將控制返回給返回給I/OI/O控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)，在，在I/OI/O設(shè)備忙于傳送數(shù)據(jù)時(shí)，該用戶設(shè)備忙于傳送數(shù)據(jù)時(shí)，該用戶進(jìn)程把自己阻塞進(jìn)程把自己阻塞，直至，直至中斷到來(lái)才將它喚醒中斷到來(lái)才將它喚醒，而，而CPUCPU可干別可干別的事。的事。(2)(2)啟動(dòng)啟動(dòng)

22、I/OI/O設(shè)備設(shè)備 完成預(yù)置工作后完成預(yù)置工作后, ,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以向控制器中的命令設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以向控制器中的命令寄存器傳送相應(yīng)的控制命令寄存器傳送相應(yīng)的控制命令, ,負(fù)責(zé)啟動(dòng)設(shè)備的傳送。負(fù)責(zé)啟動(dòng)設(shè)備的傳送。(3)(3)設(shè)備中斷處理設(shè)備中斷處理 負(fù)責(zé)處理設(shè)備發(fā)出的各種中斷負(fù)責(zé)處理設(shè)備發(fā)出的各種中斷; ;設(shè)備處理設(shè)備處理30 設(shè)備中斷是外圍設(shè)備設(shè)備中斷是外圍設(shè)備( (通道通道) )和和CPUCPU協(xié)調(diào)工作的一種手段協(xié)調(diào)工作的一種手段。設(shè)備設(shè)備( (通道通道) )借助借助I/OI/O中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求CPUCPU進(jìn)行干預(yù)進(jìn)行干預(yù),CPU,CPU根據(jù)產(chǎn)生的根據(jù)產(chǎn)生的I/OI/O事件了解事件了解I

23、/OI/O操作的執(zhí)行情況。操作的執(zhí)行情況。I/OI/O中斷事件或由設(shè)備中斷事件或由設(shè)備( (通通道道) )工作引起工作引起, ,或由外界的原因產(chǎn)生。或由外界的原因產(chǎn)生。對(duì)于不同的中斷事件對(duì)于不同的中斷事件, ,操作系統(tǒng)采用不同的處理方法操作系統(tǒng)采用不同的處理方法。(1)(1)操作正常結(jié)束操作正常結(jié)束 當(dāng)通道狀態(tài)字當(dāng)通道狀態(tài)字(CSW)(CSW)中有通道結(jié)束、控制器結(jié)束和設(shè)備中有通道結(jié)束、控制器結(jié)束和設(shè)備結(jié)束時(shí)結(jié)束時(shí), ,表示已完成一次表示已完成一次I/OI/O操作操作, ,形成形成I/OI/O操作正常結(jié)束中斷操作正常結(jié)束中斷事件。事件。(2)(2)操作異常結(jié)束操作異常結(jié)束 當(dāng)在當(dāng)在I/OI/O

24、傳輸過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備故障或設(shè)備特殊情況時(shí)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備故障或設(shè)備特殊情況時(shí), ,形形成操作異常結(jié)束的成操作異常結(jié)束的I/OI/O中斷事件。中斷事件。 設(shè)備的中斷處理設(shè)備的中斷處理31喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程對(duì)被中斷進(jìn)程的對(duì)被中斷進(jìn)程的CPU現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)分析中斷原因分析中斷原因,轉(zhuǎn)入相應(yīng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程序的中斷處理程序?打印機(jī)中斷處理程序打印機(jī)中斷處理程序終端中斷處理程序終端中斷處理程序磁盤(pán)中斷處理程序磁盤(pán)中斷處理程序.恢復(fù)被中斷進(jìn)程的恢復(fù)被中斷進(jìn)程的CPU現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)返回被中斷的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行返回被中斷的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行中斷處理流程中斷處理流程32虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備1.1

25、.脫機(jī)外圍設(shè)備操作脫機(jī)外圍設(shè)備操作 使用兩臺(tái)外圍計(jì)算機(jī)和一臺(tái)主計(jì)算機(jī),其中一臺(tái)外圍計(jì)算機(jī)專門(mén)負(fù)責(zé)把一批作業(yè)信息從讀卡機(jī)上讀取并記錄到輸入磁盤(pán)上;然后,把含有輸入信息的輸入磁盤(pán)人工地移動(dòng)到主計(jì)算機(jī)上,在多道程序環(huán)境下,每個(gè)作業(yè)執(zhí)行時(shí)不再啟動(dòng)輸入機(jī)讀取信息,而是讓作業(yè)從磁盤(pán)上取各自的信息,把作業(yè)運(yùn)行的結(jié)果寫(xiě)入到輸出磁盤(pán)上;最后把存有輸出結(jié)果的輸出磁盤(pán)移動(dòng)到另一臺(tái)外圍計(jì)算機(jī)上打印輸出.33外圍計(jì)算機(jī)外圍計(jì)算機(jī)一批作業(yè)信息一批作業(yè)信息作業(yè)作業(yè)信息信息主計(jì)算機(jī)主計(jì)算機(jī)作業(yè)作業(yè)信息信息執(zhí)行執(zhí)行結(jié)果結(jié)果外圍計(jì)算機(jī)外圍計(jì)算機(jī)執(zhí)行執(zhí)行結(jié)果結(jié)果打印結(jié)果打印結(jié)果脫機(jī)外圍設(shè)備操作脫機(jī)外圍設(shè)備操作 兩臺(tái)外圍計(jì)算機(jī)并不進(jìn)

26、行計(jì)算,只是將低速I(mǎi)/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)從一臺(tái)外圍計(jì)算機(jī)傳送到高速磁盤(pán)上,或者相反,這種操作是獨(dú)立于主計(jì)算機(jī)的,不在主計(jì)算機(jī)的直接控制下進(jìn)行,稱為脫機(jī)外圍設(shè)備操作.342.2.聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有足夠的功能和大容量的磁盤(pán),具有CPU與通道的并行工作能力,可以在執(zhí)行計(jì)算的同時(shí)進(jìn)行聯(lián)機(jī)外圍操作?？稍谥饔?jì)算機(jī)的直接控制下,實(shí)現(xiàn)脫機(jī)I/O功能,此時(shí)外圍操作與CPU對(duì)數(shù)據(jù)的處理同時(shí)進(jìn)行,把這種在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍設(shè)備操作稱為SPOOLing或稱為假脫機(jī)操作。輸入機(jī)上的作業(yè)流從打印機(jī)輸出結(jié)果預(yù)輸入程序作業(yè)執(zhí)行緩輸出程序輸入井輸出井CPU磁盤(pán)磁盤(pán)聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作聯(lián)

27、機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作35 SPOOLing技術(shù)是對(duì)脫機(jī)I/O系統(tǒng)的模擬,它必須建立在具有多道程序功能的操作系統(tǒng)上,需要有高速的、大容量的隨機(jī)存儲(chǔ)器支持。在磁盤(pán)上劃出專用存儲(chǔ)空間,稱為“井”,用以存放作業(yè)的初始信息和執(zhí)行結(jié)果。為了便于管理,把“井”分為“輸入井”和“輸出井” ?！拜斎刖敝写嫒胱鳂I(yè)的初始信息,“輸出井”中存放作業(yè)的執(zhí)行結(jié)果。操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作功能的部分也稱為SPOOLing系統(tǒng)， SPOOLing系統(tǒng)主要由三部分程序組成，即“預(yù)輸入”程序、實(shí)現(xiàn)輸入井讀和輸出井寫(xiě)的“井管理”程序和“緩輸出”程序。(1)預(yù)輸入程序 把一批作業(yè)組織在一起形成作業(yè)流,由預(yù)輸入程序把作業(yè)流中

28、的每個(gè)作業(yè)的初始信息傳送到磁盤(pán)的“輸入井”保存以備作業(yè)調(diào)度。36(2)井管理程序 井管理程序包括井管理讀程序和井管理寫(xiě)程序兩部分: 當(dāng)作業(yè)請(qǐng)求從輸入機(jī)上讀文件信息時(shí),就把任務(wù)轉(zhuǎn)交給井管理讀程序,從輸入井中讀出信息供用戶使用。 當(dāng)作業(yè)請(qǐng)求從打印機(jī)上輸出結(jié)果時(shí),就把任務(wù)轉(zhuǎn)交給井管理寫(xiě)程序,把產(chǎn)生的結(jié)果保存到“輸出井”中。(3)緩輸出程序 緩輸出程序負(fù)責(zé)查看輸出井中是否有等待輸出的結(jié)果信息,若有,則啟動(dòng)打印機(jī)把作業(yè)的結(jié)果文件打印輸出。37一、選擇題一、選擇題:1.緩沖技術(shù)中的緩沖池在緩沖技術(shù)中的緩沖池在( )中。中。A. 內(nèi)存內(nèi)存 B.外存外存 C.ROM D.寄存器寄存器2.如果如果I/O所花費(fèi)時(shí)

29、間比所花費(fèi)時(shí)間比CPU處理時(shí)間短的多，則緩沖區(qū)處理時(shí)間短的多，則緩沖區(qū)( )。A.最有效最有效 B.幾乎無(wú)效幾乎無(wú)效 C.均衡均衡 D.以上都不是以上都不是3.CPU輸出數(shù)據(jù)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于打印機(jī)的打印速度，為了解決這一矛盾可采用輸出數(shù)據(jù)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于打印機(jī)的打印速度，為了解決這一矛盾可采用( )。A. 并行技術(shù)并行技術(shù) B. 覆蓋技術(shù)覆蓋技術(shù)C. 緩沖技術(shù)緩沖技術(shù) D. 虛存技術(shù)虛存技術(shù)4.通過(guò)硬件和軟件的功能擴(kuò)充，把原來(lái)獨(dú)占的設(shè)備改造成能為若干用戶共享的通過(guò)硬件和軟件的功能擴(kuò)充，把原來(lái)獨(dú)占的設(shè)備改造成能為若干用戶共享的設(shè)備，這種設(shè)備稱為設(shè)備，這種設(shè)備稱為( )。A. 存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備 B.

30、系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備C. 用戶設(shè)備用戶設(shè)備 D .虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備5. 為了使多個(gè)進(jìn)程能有效地同時(shí)處理輸入和輸出，最好使用為了使多個(gè)進(jìn)程能有效地同時(shí)處理輸入和輸出，最好使用( )結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的緩沖技術(shù)。緩沖技術(shù)。A. 緩沖池緩沖池 B. 循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖 C. 單緩沖單緩沖 D. 雙緩沖雙緩沖ABCDA38.6.如果如果I/O設(shè)備與存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò)設(shè)備與存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò)CPU來(lái)完成，這種數(shù)據(jù)交換方式來(lái)完成，這種數(shù)據(jù)交換方式是是( ) 。A. 程序查詢程序查詢 B.中斷方式中斷方式 C.DMA方式方式 D.無(wú)備件存取方式無(wú)備件存取方式7.在采用在采用SPOOLing技術(shù)的系統(tǒng)中，用戶的打印結(jié)果首先被送到技術(shù)的系統(tǒng)中，用戶的打印結(jié)果首先被送到( )。A.磁盤(pán)固定區(qū)域磁盤(pán)固定區(qū)域 B.內(nèi)存固定區(qū)域內(nèi)存固定區(qū)域 C.終端終端 D.打印機(jī)打印機(jī)8.大多數(shù)低速設(shè)備屬于大多數(shù)低速設(shè)備屬于( )設(shè)備。設(shè)備。A. 獨(dú)享獨(dú)享 B. 共享共享C. 虛擬虛擬 D. SPOOLing9.( )用作連接大量的低速或中速用作連接大量的低速或中速I(mǎi)/O設(shè)備。設(shè)備。A. 數(shù)據(jù)選擇通道數(shù)據(jù)選擇通道 B. 字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道 C .數(shù)據(jù)多路通道數(shù)據(jù)多路通道 10. ( )是直接存取的存儲(chǔ)設(shè)備。是直接存取的存儲(chǔ)設(shè)備。A. 磁盤(pán)磁盤(pán) B. 磁帶磁帶 C. 打印機(jī)打印機(jī) D. 鍵盤(pán)顯示