緩沖池的組成課件

第五章設(shè)備管理5.1I/O系統(tǒng)5.2I/O控制方式5.3緩沖管理5.4設(shè)備分配5.5設(shè)備處理第五章設(shè)備管理5.1I/O系統(tǒng)1上節(jié)回顧I/O設(shè)備分類：傳輸速率、信息單位、共享屬性設(shè)備控制器：功能組成I/O通道：通道類型，解決瓶頸問題I/O控制方式程序I/O中斷驅(qū)動(dòng)DMA通道控制上節(jié)回顧I/O設(shè)備分類：傳輸速率、信息單位、共享屬性25.3緩沖管理5.3.1緩沖的引入緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。(2)減少對(duì)CPU的中斷頻率，放寬對(duì)CPU中斷響應(yīng)時(shí)間的限制。(3)提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行性。5.3緩沖管理5.3.1緩沖的引入緩和3圖5-10利用緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)緩沖圖5-10利用緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)緩沖45.3.2單緩沖和雙緩沖1.單緩沖(SingleBuffer)5.3.2單緩沖和雙緩沖1.單緩沖(SingleBu52.雙緩沖(DoubleBuffer)圖5-12雙緩沖工作示意圖2.雙緩沖(DoubleBuffer)圖5-12雙6圖5-13雙機(jī)通信時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置圖5-13雙機(jī)通信時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置75.3.3循環(huán)緩沖1.循環(huán)緩沖的組成圖5-14循環(huán)緩沖5.3.3循環(huán)緩沖1.循環(huán)緩沖的組成圖5-14循82.循環(huán)緩沖區(qū)的使用Getbuf過程。(2)Releasebuf過程。2.循環(huán)緩沖區(qū)的使用Getbuf過程。93.進(jìn)程同步Nexti指針追趕上Nextg指針。(2)Nextg指針追趕上Nexti指針。3.進(jìn)程同步Nexti指針追趕上Nextg指針。105.3.4緩沖池(BufferPool)1.緩沖池的組成 對(duì)于既可用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池，其中至少應(yīng)含有以下三種類型的緩沖區(qū)：①空(閑)緩沖區(qū)；②裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；③裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。

5.3.4緩沖池(BufferPool)1.緩沖池115.3.4緩沖池(BufferPool)1.緩沖池的組成 為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個(gè)隊(duì)列，于是可形成以下三個(gè)隊(duì)列：1)空緩沖隊(duì)列emq。2)輸入隊(duì)列inq。3)輸出隊(duì)列outq。 四種工作緩沖區(qū)：1）收容輸入2）提取輸入3）收容輸出4）提取輸出5.3.4緩沖池(BufferPool)1.緩沖池122.Getbuf過程和Putbuf過程ProcedureGetbuf(type)beginWait(RS(type));Wait(MS(type));B(number)∶=Takebuf(type);Signal(MS(type));endProcedurePutbuf(type,number)beginWait(MS(type));Addbuf(type,number);Signal(MS(type));Signal(RS(type));end2.Getbuf過程和Putbuf過程Procedur133.緩沖區(qū)的工作方式四種緩沖區(qū)的工作方式1、收容輸入2、提取輸入3、收容輸出4、提取輸出3.緩沖區(qū)的工作方式四種緩沖區(qū)的工作方式145.4設(shè)備分配5.4設(shè)備分配155.4.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5.4.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)161.設(shè)備控制表DCT圖5-16設(shè)備控制表1.設(shè)備控制表DCT圖5-16設(shè)備控制表172.控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表圖5-17COCT、CHCT和SDT表2.控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表圖5-1718控制器控制表、通道控制表、設(shè)備控制表的聯(lián)接CHCT

COCT

DCT控制器控制表、通道控制表、設(shè)備控制表的聯(lián)接CHCTC195.4.2設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性設(shè)備分配算法設(shè)備分配安全性5.4.2設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性201.設(shè)備的固有屬性1.設(shè)備的固有屬性212.設(shè)備分配算法2.設(shè)備分配算法223.設(shè)備分配中的安全性3.設(shè)備分配中的安全性235.4.3設(shè)備獨(dú)立性1.設(shè)備獨(dú)立性(DeviceIndependence)的概念為了提高OS的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，在現(xiàn)代OS中都毫無例外地實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性，也稱為設(shè)備無關(guān)性。其基本含義是：應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。5.4.3設(shè)備獨(dú)立性1.設(shè)備獨(dú)立性(241.設(shè)備獨(dú)立性(DeviceIndependence)的概念引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備這兩個(gè)概念。在應(yīng)用程序中，使用邏輯設(shè)備名稱來請(qǐng)求使用某類設(shè)備；在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，還必須使用物理設(shè)備名稱。因此，系統(tǒng)須具有將邏輯設(shè)備名稱轉(zhuǎn)換為某物理設(shè)備名稱的功能，這非常類似于存儲(chǔ)器管理中所介紹的邏輯地址和物理地址的概念。1.設(shè)備獨(dú)立性(DeviceIndep25在實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性的功能后，可帶來以下兩方面的好處。在實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性的功能后，可帶262.設(shè)備獨(dú)立性軟件1)執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作①對(duì)獨(dú)立設(shè)備的分配與回收；②將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名，進(jìn)一步可以找到相應(yīng)物理設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序；③對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，禁止用戶直接訪問設(shè)備；④緩沖管理，即對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行有效的管理⑤差錯(cuò)控制。設(shè)備獨(dú)立性軟件只處理那些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序無法處理的錯(cuò)誤。2.設(shè)備獨(dú)立性軟件1)執(zhí)行所有設(shè)備的公272)向用戶層(或文件層)軟件提供統(tǒng)一接口無論何種設(shè)備，它們向用戶所提供的接口應(yīng)該是相同的。例如，對(duì)各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用read;而對(duì)各種設(shè)備的寫操作，也都使用write。2)向用戶層(或文件層)軟件提供統(tǒng)一接口28MCI的全稱是MediaControlInterface，是Microsoft提供的多媒體控制接口。MCI向Windows提供高層次的，獨(dú)立于設(shè)備的，控制多種多媒體設(shè)備的命令。它的優(yōu)點(diǎn)包括：1、MCI封裝了各種多媒體設(shè)備的具體控制細(xì)節(jié)，開發(fā)者只需要通過接口函數(shù)進(jìn)行操作，就可以完全有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，縮短了多媒體開發(fā)時(shí)間，提高開發(fā)效率2、MCI是一種訪問多媒體設(shè)備的高層次方法，獨(dú)立于設(shè)備的品牌、控制參數(shù)差異等，提高了程序的可移植性和可靠性。3、MCI提供了功能強(qiáng)大的，可以在C語言直接調(diào)用的函數(shù)庫。使得開發(fā)更加簡(jiǎn)單方便。MCI的全稱是MediaControlInterface29MCI提供的基本操作：Open使用MCI_OPEN命令打開一設(shè)備Close使用MCI_CLOSE命令關(guān)閉一設(shè)備。Play使用MCI_PLAY命令播放一設(shè)備。Pause使用MCI_PAUSE命令暫停播放或記錄。Stop使用MCI_STOP命令停止播放或記錄。Status使用MCI_STATUS查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)信息Set使用MCI_SET設(shè)定播放屬性Seek使用MCI_SEEK定位到指定的播放位置MCI提供的基本操作：303.邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備表2)LUT的設(shè)置問題圖5-18邏輯設(shè)備表3.邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備表圖5-1315.4.4獨(dú)占設(shè)備的分配程序1.基本的設(shè)備分配程序分配設(shè)備：檢查安全性分配控制器分配通道保證找到設(shè)備—控制器—通道的三者分配成功的鏈路5.4.4獨(dú)占設(shè)備的分配程序1.基本的設(shè)備分配程序分322.設(shè)備分配程序的改進(jìn)缺點(diǎn)：1）以物理設(shè)備名I/O請(qǐng)求2）采用單通路結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生“瓶頸”改進(jìn)：增加設(shè)備的獨(dú)立性考慮多通路情況2.設(shè)備分配程序的改進(jìn)缺點(diǎn)：335.4.5SPOOLing技術(shù)1.什么是SPOOLing為了緩和CPU的高速性與I/O設(shè)備低速性間的矛盾而引入了脫機(jī)輸入、脫機(jī)輸出技術(shù)。該技術(shù)是利用專門的外圍控制機(jī)，將低速I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；或者相反。事實(shí)上，當(dāng)系統(tǒng)中引入了多道程序技術(shù)后，完全可以利用其中的一道程序，來模擬脫機(jī)輸入時(shí)的外圍控制機(jī)功能，把低速I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；再用另一道程序來模擬脫機(jī)輸出時(shí)外圍控制機(jī)的功能，把數(shù)據(jù)從磁盤傳送到低速輸出設(shè)備上。這樣，便可在主機(jī)的直接控制下，實(shí)現(xiàn)脫機(jī)輸入、輸出功能。此時(shí)的外圍操作與CPU對(duì)數(shù)據(jù)的處理同時(shí)進(jìn)行，我們把這種在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱為SPOOLing(SimultaneausPeriphernalOperatingOn-Line)，或稱為假脫機(jī)操作。5.4.5SPOOLing技術(shù)1.什342.SPOOLing系統(tǒng)的組成2.SPOOLing系統(tǒng)的組成352.SPOOLing系統(tǒng)的組成2.SPOOLing系統(tǒng)的組成362.SPOOLing系統(tǒng)的組成2.SPOOLing系統(tǒng)的組成372.SPOOLing系統(tǒng)的組成圖5-19SPOOLing系統(tǒng)的組成2.SPOOLing系統(tǒng)的組成圖5-19SPOOLi383.共享打印機(jī)共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多用戶系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)求打印輸出時(shí)，SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出，但并不真正立即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程，而只為它做兩件事：①由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請(qǐng)一個(gè)空閑磁盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；②輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請(qǐng)一張空白的用戶請(qǐng)求打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列上。3.共享打印機(jī)共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用394.SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn)提高了I/O的速度。(2)將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備。(3)實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。4.SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn)提高了I/O的速度。40第五章設(shè)備管理5.1I/O系統(tǒng)5.2I/O控制方式5.3緩沖管理5.4設(shè)備分配5.5設(shè)備處理第五章設(shè)備管理5.1I/O系統(tǒng)41上節(jié)回顧I/O設(shè)備分類：傳輸速率、信息單位、共享屬性設(shè)備控制器：功能組成I/O通道：通道類型，解決瓶頸問題I/O控制方式程序I/O中斷驅(qū)動(dòng)DMA通道控制上節(jié)回顧I/O設(shè)備分類：傳輸速率、信息單位、共享屬性425.3緩沖管理5.3.1緩沖的引入緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。(2)減少對(duì)CPU的中斷頻率，放寬對(duì)CPU中斷響應(yīng)時(shí)間的限制。(3)提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行性。5.3緩沖管理5.3.1緩沖的引入緩和43圖5-10利用緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)緩沖圖5-10利用緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)緩沖445.3.2單緩沖和雙緩沖1.單緩沖(SingleBuffer)5.3.2單緩沖和雙緩沖1.單緩沖(SingleBu452.雙緩沖(DoubleBuffer)圖5-12雙緩沖工作示意圖2.雙緩沖(DoubleBuffer)圖5-12雙46圖5-13雙機(jī)通信時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置圖5-13雙機(jī)通信時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置475.3.3循環(huán)緩沖1.循環(huán)緩沖的組成圖5-14循環(huán)緩沖5.3.3循環(huán)緩沖1.循環(huán)緩沖的組成圖5-14循482.循環(huán)緩沖區(qū)的使用Getbuf過程。(2)Releasebuf過程。2.循環(huán)緩沖區(qū)的使用Getbuf過程。493.進(jìn)程同步Nexti指針追趕上Nextg指針。(2)Nextg指針追趕上Nexti指針。3.進(jìn)程同步Nexti指針追趕上Nextg指針。505.3.4緩沖池(BufferPool)1.緩沖池的組成 對(duì)于既可用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池，其中至少應(yīng)含有以下三種類型的緩沖區(qū)：①空(閑)緩沖區(qū)；②裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；③裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。

5.3.4緩沖池(BufferPool)1.緩沖池515.3.4緩沖池(BufferPool)1.緩沖池的組成 為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個(gè)隊(duì)列，于是可形成以下三個(gè)隊(duì)列：1)空緩沖隊(duì)列emq。2)輸入隊(duì)列inq。3)輸出隊(duì)列outq。 四種工作緩沖區(qū)：1）收容輸入2）提取輸入3）收容輸出4）提取輸出5.3.4緩沖池(BufferPool)1.緩沖池522.Getbuf過程和Putbuf過程ProcedureGetbuf(type)beginWait(RS(type));Wait(MS(type));B(number)∶=Takebuf(type);Signal(MS(type));endProcedurePutbuf(type,number)beginWait(MS(type));Addbuf(type,number);Signal(MS(type));Signal(RS(type));end2.Getbuf過程和Putbuf過程Procedur533.緩沖區(qū)的工作方式四種緩沖區(qū)的工作方式1、收容輸入2、提取輸入3、收容輸出4、提取輸出3.緩沖區(qū)的工作方式四種緩沖區(qū)的工作方式545.4設(shè)備分配5.4設(shè)備分配555.4.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5.4.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)561.設(shè)備控制表DCT圖5-16設(shè)備控制表1.設(shè)備控制表DCT圖5-16設(shè)備控制表572.控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表圖5-17COCT、CHCT和SDT表2.控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表圖5-1758控制器控制表、通道控制表、設(shè)備控制表的聯(lián)接CHCT

COCT

DCT控制器控制表、通道控制表、設(shè)備控制表的聯(lián)接CHCTC595.4.2設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性設(shè)備分配算法設(shè)備分配安全性5.4.2設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性601.設(shè)備的固有屬性1.設(shè)備的固有屬性612.設(shè)備分配算法2.設(shè)備分配算法623.設(shè)備分配中的安全性3.設(shè)備分配中的安全性635.4.3設(shè)備獨(dú)立性1.設(shè)備獨(dú)立性(DeviceIndependence)的概念為了提高OS的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，在現(xiàn)代OS中都毫無例外地實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性，也稱為設(shè)備無關(guān)性。其基本含義是：應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。5.4.3設(shè)備獨(dú)立性1.設(shè)備獨(dú)立性(641.設(shè)備獨(dú)立性(DeviceIndependence)的概念引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備這兩個(gè)概念。在應(yīng)用程序中，使用邏輯設(shè)備名稱來請(qǐng)求使用某類設(shè)備；在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，還必須使用物理設(shè)備名稱。因此，系統(tǒng)須具有將邏輯設(shè)備名稱轉(zhuǎn)換為某物理設(shè)備名稱的功能，這非常類似于存儲(chǔ)器管理中所介紹的邏輯地址和物理地址的概念。1.設(shè)備獨(dú)立性(DeviceIndep65在實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性的功能后，可帶來以下兩方面的好處。在實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性的功能后，可帶662.設(shè)備獨(dú)立性軟件1)執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作①對(duì)獨(dú)立設(shè)備的分配與回收；②將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名，進(jìn)一步可以找到相應(yīng)物理設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序；③對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，禁止用戶直接訪問設(shè)備；④緩沖管理，即對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行有效的管理⑤差錯(cuò)控制。設(shè)備獨(dú)立性軟件只處理那些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序無法處理的錯(cuò)誤。2.設(shè)備獨(dú)立性軟件1)執(zhí)行所有設(shè)備的公672)向用戶層(或文件層)軟件提供統(tǒng)一接口無論何種設(shè)備，它們向用戶所提供的接口應(yīng)該是相同的。例如，對(duì)各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用read;而對(duì)各種設(shè)備的寫操作，也都使用write。2)向用戶層(或文件層)軟件提供統(tǒng)一接口68MCI的全稱是MediaControlInterface，是Microsoft提供的多媒體控制接口。MCI向Windows提供高層次的，獨(dú)立于設(shè)備的，控制多種多媒體設(shè)備的命令。它的優(yōu)點(diǎn)包括：1、MCI封裝了各種多媒體設(shè)備的具體控制細(xì)節(jié)，開發(fā)者只需要通過接口函數(shù)進(jìn)行操作，就可以完全有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，縮短了多媒體開發(fā)時(shí)間，提高開發(fā)效率2、MCI是一種訪問多媒體設(shè)備的高層次方法，獨(dú)立于設(shè)備的品牌、控制參數(shù)差異等，提高了程序的可移植性和可靠性。3、MCI提供了功能強(qiáng)大的，可以在C語言直接調(diào)用的函數(shù)庫。使得開發(fā)更加簡(jiǎn)單方便。MCI的全稱是MediaControlInterface69MCI提供的基本操作：Open使用MCI_OPEN命令打開一設(shè)備Close使用MCI_CLOSE命令關(guān)閉一設(shè)備。Play使用MCI_PLAY命令播放一設(shè)備。Pause使用MCI_PAUSE命令暫停播放或記錄。Stop使用MCI_STOP命令停止播放或記錄。Status使用MCI_STATUS查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)信息Set使用MCI_SET設(shè)定播放屬性Seek使用MCI_SEEK定位到指定的播放位置MCI提供的基本操作：703.邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備表2)LUT的設(shè)置問題圖5-18邏輯設(shè)備表3.邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備表圖5-1715.4.4獨(dú)占設(shè)備的分配程序1.基本的設(shè)備分配程序分配設(shè)備：檢查安全性分配控制器分配通道保證找到設(shè)備—控制器—通道的三者分配成功的鏈路5.4.4獨(dú)占設(shè)備的分配程序1.基本的設(shè)備分配程序分722.設(shè)備分配程序的改進(jìn)缺點(diǎn)：1）以物理設(shè)備名I/O請(qǐng)求2）采用單通路結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生“瓶頸”改進(jìn)：增加設(shè)備的獨(dú)立性考慮多通路情況2.設(shè)備分配程序的改進(jìn)缺點(diǎn)：735.4.5SP