操作系統(tǒng)精髓與設計原理第11章IO管理和磁盤調度

1、第十一章管理和磁盤調度復習題列出并簡單定義執(zhí)行的三種技術。可編程：處理器代表進程給模塊發(fā)送給一個命令，該進程進入忙等待，等待操作的完成，然后才可以繼續(xù)執(zhí)行。中斷驅動：處理器代表進程向模塊發(fā)送一個命令，然后繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令，當模塊完成工作后，處理器被該模塊中斷。如果該進程不需要等待完成，則后續(xù)指令可以仍是該進程中的指令，否貝I，該進程在這個中斷上被掛起，處理器執(zhí)行其他工作。直接存儲器訪問（）:一個模塊控制主存和模塊之間的數據交換。為傳送一塊數據，處理器給模塊發(fā)送請求，只有當整個數據塊傳送完成后，處理器才被中斷。邏輯和設備有什么區(qū)別？邏輯：邏輯模塊把設備當作一個邏輯資源來處理，它并不關心實際控制設

2、備的細節(jié)。邏輯模塊代表用戶進程管理的一般功能，允許它們根據設備標識符以及諸如打開、關閉、讀、寫之類的簡單命令與設備打交道。設備：請求的操作和數據（緩沖的數據、記錄等）被轉換成適當的指令序列、通道命令和控制器命令。可以使用緩沖技術，以提高使用率。面向塊的設備和面向流的設備有什么區(qū)別？請舉例說明。面向塊的設備將信息保存在塊中，塊的大小通常是固定的，傳輸過程中一次傳送一塊。通?？梢酝ㄟ^塊號訪問數據。磁盤和磁帶都是面向塊的設備。面向流的設備以字節(jié)流的方式輸入輸出數據，其末使用塊結構。終端、打印機通信端口、鼠標和其他指示設備以及大多數非輔存的其他設備，都屬于面向流的設備。為什么希望用雙緩沖區(qū)而不是單緩沖

3、區(qū)來提高的性能？雙緩沖允許兩個操作并行處理，而不是依次處理。典型的，在一個進程往一個緩沖區(qū)中傳送數據（從這個緩沖區(qū)中取數據）的同時，操作系統(tǒng)正在清空（或者填充）另一個緩沖區(qū)。11.在5磁盤讀或寫時有哪些延遲因素？尋道時間，旋轉延遲，傳送時間11.簡6單定義圖11.中7描述的磁盤調度策略。按照先來先服務的順序處理隊列中的項目。選擇使磁頭臂從當前位置開始移動最少的磁盤請求。磁頭臂僅僅沿一個方向移動，并在途中滿足所有未完成的請求，直到它到達這個方向上最后一個磁道，或者在這個方向上沒有其他請求為止。接著反轉服務方向，沿相反方向掃描，同樣按順序完成所有請求。類似于，簡單定義圖層I:非冗余1：被鏡像；每個

4、磁盤都有一個包含相同數據的鏡像磁盤。2：通過漢明碼實現冗余；對每個數據磁盤中的相應都計算一個錯誤校正碼，并且這個碼位保存在多個奇偶校驗磁盤中相應的文件。3交錯位奇偶校驗；類似于第二層，不同之處在于為所有數據磁盤中同一位置的位的集合計算一個簡單的奇偶校驗位，而不是錯誤校正碼。4交錯塊分布奇偶校驗；對每個數據磁盤中相應的條帶計算一個逐位奇偶。5：交錯塊分布奇偶校驗；類似于第四層，但把奇偶校驗條帶分布在所有磁盤中。6：交錯塊雙重分布奇偶校驗；兩種不同的奇偶校驗計算保存在不同磁盤的不同塊中。11.典8型的磁盤扇區(qū)大小是多少？比5特12習題考慮一個程序訪問一個設備，并比較無緩沖的和使用緩沖區(qū)的/說明使用

5、緩沖區(qū)最多可以減少倍的運行時間。如果計算的時間正好等于它的時間（它是最佳環(huán)境），操作者和外圍設備同時運行。如果單獨運行，只要花費他們的一半時間，設是整個程序的計算時間，為所要求總的時間，因而寄存器最好的運行時間是，不需要寄存器的運行時間是+顯然（）wW把習題的結論推廣到訪問個設備的程序中。最佳比是（）：11.使3用與表11.類2似的方式，分析下列磁道請求：27，12，911，018，614，41，1，064，12。0假設磁頭最初定位在磁道10處0，并且沿著磁道號減小的方向移動。假設磁頭沿著磁道增大的方向移動，請給出同樣的分析。FIFO下一個被訪橫跨的磁道下一個被訪橫跨的磁道下一個被訪橫跨的磁道

6、下一個被訪橫跨的磁道問的磁道數問的磁道數問的磁道數問的磁道數2773110106436643612910212010412341231101912992714271418676147181017101714739186391101001861764110664122120101473910314123129912918645427141471812091205610171863911010平均尋道長度61.8平均尋道長度29.1平均尋道長度29.6平均尋道長度38如果磁頭沿著增大的方向，只有和的結果有變化下一個被訪下一個被訪橫跨的磁道下一個被訪橫跨的磁道問的磁道數問的磁道數1101011010

7、120101201012991299147181471818639186396412210176412327172714411410176423平均尋道長度29.1平均尋道長度35.1考慮一個磁盤，有個磁道，磁道號從到-并且假設請求的扇區(qū)隨機地均勻分布在磁盤上?，F在要計算一次尋道平均跨越的磁道數。首先，計算當磁頭當前位于磁道時，尋道長度為的可能性。提示：這是一個關于確定所有組合數目的問題，所有磁道位置作為尋道目標的可能性是相等的。接下來計算尋道長度為的可能性。提示：這包括所有移動了個磁道的可能性之和。使用下面計算期望值得公式，計算一次尋道平均跨越的磁道數目：工i.說明檔比較大時，一次尋道平均跨

8、越的磁道數接近()設表示位于磁道，尋道長度為的概率，知隨機訪問一個任何一個磁道的可能性為相等為/因此我們有或者前一種情況下，當前磁道接近于磁盤的兩端。因此只有一個相距長度的磁道，故為/()令ii1()可知，取值的有個磁道，取值為有()個，所以有Pk(2=k(N+2()N(-Nk=)2(NN-k)(N*N(ick)*EPkik2=k=(N-k)(N*N當比較大時，從上文可以看出一次尋道平均跨越磁道數接近下面的公式適用于高速緩沖存儲器和磁盤高速緩存：X請把這個公式推廣到級存儲器結構，而不是僅僅級。定義：從級存儲器找到信息的時間；消息在第級存儲器并且沒有在更高級存儲器的概率；從第（）級向第級傳送一塊

9、數據的時間。假設緩存在1級存儲上，主存在2級存儲上，如此下去，形成一個級存儲結構，因此有若消息在層，可以立即被讀，如果在中，不在中，那么這塊數據從傳到中再讀。因此進而有3=A即有A所以TAA因為工最后可得TAA對基于頻率的替換算法（見圖）1定義新區(qū)，中間區(qū)和的高速緩存片段，顯然和分別為包含如果有（高速緩存大?。┱埛謩e描述該策略。a圖11在的1中1間區(qū)是空的，因此這種策略退化為圖的策略。b老區(qū)由一塊組成，并且我們有替換策略。在對7于一個有9個磁道的磁帶，磁帶速度為12英0寸每秒，磁帶密度為16線位/英寸，請問它的傳送率為多少？密度可表示為線位每英寸，因此傳送速率為X線位每秒。.假8設有一個240

10、英0寸的磁帶盤，記錄間的間隙為0.英6寸，這個間隙是磁帶在讀操作之間的停止；在間隙期間磁帶速度成線性增加或減小，磁帶的其他與習題11.相7同。磁帶上的數據按物理記錄組織，每個物理記錄包含固定數目的由用戶定義的單元，稱為邏輯記錄。在磁帶上讀取分裝在個物理記錄中的個邏輯記錄需要多少時間？b同樣。如果是分裝在個物理記錄中，則需要多少時間？對于上述每種分塊方案，整個磁帶分別可以保存多少個邏輯記錄？對于上述每種分塊方案，有效的總傳速率分別是多少？磁.帶的容量是多少？假設每個記錄由30塊組成。b我們先定義從一個物理塊加間隙到了另一塊的讀取時間物理塊的大小（個邏輯記錄每物理記錄）X（比特每邏輯記錄）英寸0分

11、6秒1物0理5塊個0物5理記錄和字節(jié)物理塊的長度=36字0節(jié)0/（160比英寸0分6秒1物0理5塊個0物5理記錄和因此，讀取時間為X秒如果分裝在個物理記錄中，磁帶包含X個邏輯記錄。分裝在個物理記錄中的有效傳輸數率：（X）字節(jié)秒容量X字節(jié)分如9果磁盤中扇區(qū)大小固定為每扇區(qū)為51字2節(jié)，并且每磁道96個磁區(qū)，每面?zhèn)€磁道，一共有個可用的面，對于習題（）,計算存儲這些邏輯記錄需要多少磁盤空間（扇區(qū)、磁道和面）。忽略文件頭記錄和磁道索引，并假設記錄不能跨越兩個扇區(qū)。每個扇區(qū)能容納4個記錄，所需扇區(qū)數=303150/4=7578所需磁道數=75788/96=790所需面數=790/110=8考慮習題所描述

12、的磁盤系統(tǒng)，假設該磁盤的旋轉速度為r一個處理器使用中斷驅動從磁盤中讀取一個扇區(qū)，每個字節(jié)一個中斷。如果處理每個中斷需要5處理器花費在處理上的時間占多少百分比（忽略尋道時間）？每扇區(qū)51字2節(jié)，每字節(jié)一個中斷，所以每扇區(qū)51個2中斷。中斷總時間XO每個扇區(qū)讀取時間XX扇區(qū)磁道處理器花費在處理上的時間百分比0%如果使用策略并假設每個扇區(qū)一個中斷，重做習題。使用策略，中斷總時間處理器花費在處理上的時間百分比X36一1個232位計算機有兩個選擇通道和一個多路通道，每個選擇通道支持兩個磁盤和兩個磁帶部件。多路通道有兩個行式打印機、兩個卡片閱讀機，并連接著個終端。假設有以下的傳送率：磁盤驅動器800KB磁帶驅動器200KB行式打印機6.6KB卡片閱讀機1.2KB系統(tǒng)中的最大合計傳送率為多少？每次只有一個驅動設備能在選擇通道上得到服務，因此，最大速率XXX當條帶大小比大小小時，磁盤條帶化