操作系統(tǒng)——設(shè)備管理節(jié)選課件

1、1.1.輸入輸出管理輸入輸出管理2.2.數(shù)據(jù)傳送控制方式數(shù)據(jù)傳送控制方式3.3.緩沖技術(shù)緩沖技術(shù)4.4.設(shè)備分配設(shè)備分配5.5.磁盤設(shè)備管理磁盤設(shè)備管理6.Spooling6.Spooling系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)備管理的目標(biāo)設(shè)備管理的目標(biāo) 提高系統(tǒng)資源利用率提高系統(tǒng)資源利用率 方便用戶使用方便用戶使用 q設(shè)備的有效使用設(shè)備的有效使用q讓用戶方便使用設(shè)備讓用戶方便使用設(shè)備q設(shè)備和設(shè)備和CPUCPU的并行工作的并行工作：按照用戶的要求來控制設(shè)備操作：按照用戶的要求來控制設(shè)備操作，對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行管理，是操作系統(tǒng)中最具，對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行管理，是操作系統(tǒng)中最具多樣性、復(fù)雜性的部分。多樣性、復(fù)雜性的部分。按照按照用戶

2、的要求用戶的要求控制控制I IO O設(shè)備工作，完成設(shè)備工作，完成用戶所希望的用戶所希望的I IO O操作操作按照一定的按照一定的算法算法把把I IO O設(shè)備分配給對(duì)該設(shè)設(shè)備分配給對(duì)該設(shè)備提出請(qǐng)求的進(jìn)程備提出請(qǐng)求的進(jìn)程充分有效地使用充分有效地使用I IO O設(shè)備設(shè)備 I/OI/O管理功能管理功能1.1.狀態(tài)跟蹤狀態(tài)跟蹤 設(shè)備控制塊設(shè)備控制塊是存放設(shè)備管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)的記錄各種設(shè)備的狀態(tài)。2.2.制訂設(shè)備分配策略制訂設(shè)備分配策略 決定設(shè)備分配策略，以確定誰、何時(shí)使用設(shè)備，使用多長(zhǎng)時(shí)間。3.3.設(shè)備分配與回收設(shè)備分配與回收 作業(yè)級(jí)靜態(tài)分配進(jìn)程級(jí)動(dòng)態(tài)分配4.4.設(shè)備控制設(shè)備控制 實(shí)施設(shè)備

3、驅(qū)動(dòng)和中斷處理的工作。設(shè)備控制包括設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、完成和故障中斷處理。 按使用特性分類按使用特性分類：存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備終端設(shè)備終端設(shè)備 脫機(jī)設(shè)備脫機(jī)設(shè)備按從屬關(guān)系分類：按從屬關(guān)系分類：系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備用戶設(shè)備用戶設(shè)備 按信息組織方式分類按信息組織方式分類：塊設(shè)備塊設(shè)備字符設(shè)備字符設(shè)備按設(shè)備的從屬關(guān)系分類 操作系統(tǒng)時(shí)，就已經(jīng)登記過的各種標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)時(shí)，就已經(jīng)登記過的各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如：鍵盤，顯示器，打印機(jī)設(shè)備，如：鍵盤，顯示器，打印機(jī) 系統(tǒng)設(shè)備之外的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，安裝時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備之外的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，安裝時(shí)，需要裝驅(qū)動(dòng)程序，如：繪圖儀，掃描儀需要裝驅(qū)動(dòng)程序，如：繪圖儀，掃描儀 按操作

4、特性分類按操作特性分類 ：向主機(jī)輸入信息和輸出主機(jī)：向主機(jī)輸入信息和輸出主機(jī)信息的設(shè)備。如：鍵盤，顯示器信息的設(shè)備。如：鍵盤，顯示器 ：計(jì)算機(jī)中用來存放各種信息的載：計(jì)算機(jī)中用來存放各種信息的載體，如：磁盤，磁帶，磁鼓體，如：磁盤，磁帶，磁鼓按設(shè)備共享屬性分類 ：該類設(shè)備一旦分配給某進(jìn)程，直到該進(jìn)程結(jié)束之后才能釋放設(shè)備 ：在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程訪問的設(shè)備，如：磁盤 ：通過虛擬技術(shù)，將獨(dú)享設(shè)備變換為若干臺(tái)邏輯設(shè)備，供若干個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備獨(dú)立性1. 1. 設(shè)備獨(dú)立性的概念設(shè)備獨(dú)立性的概念（1 1）邏輯設(shè)備名）邏輯設(shè)備名邏輯設(shè)備名是用戶自己定義的設(shè)備名（或設(shè)邏輯設(shè)備名是用戶自己定義的設(shè)

5、備名（或設(shè)備號(hào)）。它是暫時(shí)的，可更改的。備號(hào)）。它是暫時(shí)的，可更改的。（2 2）物理設(shè)備名）物理設(shè)備名物理設(shè)備名是系統(tǒng)提供的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)名稱，物理設(shè)備名是系統(tǒng)提供的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)名稱，它是永久的、不可更改的它是永久的、不可更改的。（3 3）設(shè)備獨(dú)立性）設(shè)備獨(dú)立性 設(shè)備獨(dú)立性是指用戶在編程序時(shí)所使用的設(shè)備設(shè)備獨(dú)立性是指用戶在編程序時(shí)所使用的設(shè)備與實(shí)際與實(shí)際設(shè)備無關(guān)設(shè)備無關(guān)。也就是在用戶程序中可使用。也就是在用戶程序中可使用邏輯設(shè)備名。邏輯設(shè)備名。 3. 3. 設(shè)備獨(dú)立性的優(yōu)點(diǎn)設(shè)備獨(dú)立性的優(yōu)點(diǎn)方便用戶編程方便用戶編程提高系統(tǒng)資源的利用率提高系統(tǒng)資源的利用率 使用程序運(yùn)行不受具體的機(jī)器環(huán)境的限制。使用程序

6、運(yùn)行不受具體的機(jī)器環(huán)境的限制。 提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可適應(yīng)性提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可適應(yīng)性 外部設(shè)備外部設(shè)備在在中央處理機(jī)中央處理機(jī) 的控制下完成工作。的控制下完成工作。？中央處理機(jī)做多少工作？中央處理機(jī)做多少工作？外部設(shè)備做多少工作？外部設(shè)備做多少工作？決定決定 CPU I/OCPU I/O設(shè)備設(shè)備 并行能力并行能力2.2.數(shù)據(jù)傳送控制方式數(shù)據(jù)傳送控制方式設(shè)備控制器設(shè)備控制器一一 設(shè)備控制器設(shè)備控制器 什么是數(shù)據(jù)傳送控制方式：什么是數(shù)據(jù)傳送控制方式： 數(shù)據(jù)傳送控制方式是指如何控?cái)?shù)據(jù)傳送控制方式是指如何控制制設(shè)備設(shè)備與與內(nèi)存內(nèi)存之間之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸過程的方式過程的方式。設(shè)備控制器設(shè)備控制

7、器 在微型機(jī)和小型機(jī)中的控制器，常做成印刷電在微型機(jī)和小型機(jī)中的控制器，常做成印刷電路卡形式，因而也成接口卡，可將它插入計(jì)算路卡形式，因而也成接口卡，可將它插入計(jì)算機(jī)機(jī)( (插槽中插槽中) )。 設(shè)備控制器是計(jì)算機(jī)中的一個(gè)實(shí)體，其主要職設(shè)備控制器是計(jì)算機(jī)中的一個(gè)實(shí)體，其主要職責(zé)是控制一個(gè)或多個(gè)責(zé)是控制一個(gè)或多個(gè)( (同類同類)I/O)I/O設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)I/OI/O設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換。它是。它是CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備之間的設(shè)備之間的接口接口，它接收從，它接收從CPUCPU發(fā)來的命令，發(fā)來的命令，并去控制并去控制I/OI/O設(shè)備工作，以使處理

8、機(jī)從繁雜的設(shè)設(shè)備工作，以使處理機(jī)從繁雜的設(shè)備控制事務(wù)中解脫出來。備控制事務(wù)中解脫出來。程序（程序（CPUCPU）直接控制方式（直接控制方式（中斷驅(qū)動(dòng)方式（中斷驅(qū)動(dòng)方式（DMADMA控制方式控制方式 （通道控制方式（通道控制方式（）程序直接控制方式：程序直接控制方式：早期采用早期采用“被動(dòng)式被動(dòng)式”，控制器設(shè)置一個(gè)，控制器設(shè)置一個(gè)完成標(biāo)志完成標(biāo)志，等待，等待CPUCPU來查詢來查詢由由CPUCPU直接控制內(nèi)存和外圍設(shè)備之間的信息傳送。直接控制內(nèi)存和外圍設(shè)備之間的信息傳送。I/OI/O操作操作由程序發(fā)起，并等待操作完成。數(shù)據(jù)的每次讀寫通過由程序發(fā)起，并等待操作完成。數(shù)據(jù)的每次讀寫通過CPU CPU

9、 控控制，包括發(fā)送讀寫命令、循環(huán)測(cè)試設(shè)備狀態(tài)、傳輸數(shù)據(jù)。制，包括發(fā)送讀寫命令、循環(huán)測(cè)試設(shè)備狀態(tài)、傳輸數(shù)據(jù)。接下頁接下頁（b）接收到接收到Start命令命令做接收或發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備做接收或發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等待等待CPU來的下條命令來的下條命令標(biāo)志觸發(fā)器置標(biāo)志觸發(fā)器置“Done”執(zhí)行下條命令執(zhí)行下條命令開始數(shù)據(jù)傳送開始數(shù)據(jù)傳送等待等待發(fā)發(fā)Start命令命令準(zhǔn)備完畢？準(zhǔn)備完畢？設(shè)備標(biāo)志觸發(fā)設(shè)備標(biāo)志觸發(fā)器為器為“Done”外圍設(shè)備外圍設(shè)備（a）否否是是CPU是是否否程序直接控制方式圖示程序直接控制方式圖示接下頁接下頁返回返回優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1）CPUCPU和外圍設(shè)備只能串行工作

10、。和外圍設(shè)備只能串行工作。2 2）CPUCPU在一段時(shí)間內(nèi)只能和一臺(tái)外圍設(shè)備交換數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)只能和一臺(tái)外圍設(shè)備交換數(shù)據(jù)信息，從而不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的并行工據(jù)信息，從而不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的并行工 作。作。 3 3）由于程序直接控制方式依靠）由于程序直接控制方式依靠測(cè)試設(shè)備標(biāo)志觸發(fā)器測(cè)試設(shè)備標(biāo)志觸發(fā)器的狀態(tài)位的狀態(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(shè)備來控制數(shù)據(jù)傳送，因此無法發(fā)現(xiàn)和處理由于設(shè)備或其他硬件產(chǎn)生的錯(cuò)誤。或其他硬件產(chǎn)生的錯(cuò)誤。適合：專用控制系統(tǒng)；外設(shè)較少、適合：專用控制系統(tǒng)；外設(shè)較少、CPUCPU速度較慢的系統(tǒng)速度較慢的系統(tǒng)。 工作方式：工作方式：CPUCPU向向I/OI/O部件發(fā)出

11、命令后，轉(zhuǎn)去做其他有部件發(fā)出命令后，轉(zhuǎn)去做其他有用的工作。用的工作。當(dāng)當(dāng)I/OI/O部件準(zhǔn)備好一個(gè)數(shù)據(jù)（對(duì)輸入）或輸出完一個(gè)數(shù)據(jù)部件準(zhǔn)備好一個(gè)數(shù)據(jù)（對(duì)輸入）或輸出完一個(gè)數(shù)據(jù)后（對(duì)輸出）后，利用中斷通知后（對(duì)輸出）后，利用中斷通知CPUCPU，再由再由CPUCPU完成設(shè)完成設(shè)備與內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸。備與內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸。特點(diǎn)：特點(diǎn)： CPUCPU不必反復(fù)測(cè)試寄存器狀態(tài)，節(jié)約了時(shí)間。不必反復(fù)測(cè)試寄存器狀態(tài)，節(jié)約了時(shí)間。CPUCPU可以與設(shè)備并行工作。但每可以與設(shè)備并行工作。但每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸都必須傳輸都必須經(jīng)過經(jīng)過CPUCPU寄存器轉(zhuǎn)發(fā)。寄存器轉(zhuǎn)發(fā)。接下頁接下頁中斷控制方式處理過程中斷控制

12、方式處理過程中斷處理（處理數(shù)據(jù)傳輸）中斷處理（處理數(shù)據(jù)傳輸）接收到接收到CPUCPU到到StartStart指令指令準(zhǔn)備數(shù)據(jù)并將其準(zhǔn)備數(shù)據(jù)并將其置入緩沖寄存器置入緩沖寄存器標(biāo)志觸發(fā)器置標(biāo)志觸發(fā)器置“DoneDone”調(diào)度程序調(diào)度其他程序調(diào)度程序調(diào)度其他程序向設(shè)備發(fā)向設(shè)備發(fā)StartStart命令，命令，將中斷允許位置將中斷允許位置1 1緩沖寄存緩沖寄存器滿嗎？器滿嗎？收到中斷信號(hào)收到中斷信號(hào)了嗎？了嗎？設(shè)備設(shè)備否否是是CPUCPU是是否否其他進(jìn)程執(zhí)行其他進(jìn)程執(zhí)行被中斷進(jìn)程執(zhí)行被中斷進(jìn)程執(zhí)行接下頁接下頁優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：CPUCPU利用率較程序直接控制器有大大的利用率較程序直接控制器有大大的 提高，且

13、能支持多道程序和設(shè)備的并行操提高，且能支持多道程序和設(shè)備的并行操 作。作。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1）在一次數(shù)據(jù)（若干字節(jié)）傳送過程中，）在一次數(shù)據(jù)（若干字節(jié)）傳送過程中， 發(fā)生中斷次數(shù)較多。發(fā)生中斷次數(shù)較多。 2 2）CPUCPU由于中斷次數(shù)增多而無法響應(yīng)中由于中斷次數(shù)增多而無法響應(yīng)中 斷和出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。斷和出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。適合：適合：低速的字符設(shè)備低速的字符設(shè)備返回返回以上介紹的程序控制方式和中斷方式，主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳送都是以CPU為中心組織的。DMADMA方式方式: :直接存取方式直接存取方式 其基本思路是在外部設(shè)備和內(nèi)存其基本思路是在外部設(shè)備和內(nèi)存之間開辟之間開辟直接的數(shù)據(jù)交換通路直接的數(shù)

14、據(jù)交換通路 直接存取方式直接存取方式: :直接存儲(chǔ)訪問方式直接存儲(chǔ)訪問方式( (DMA, Direct Memory DMA, Direct Memory Access)Access)工作方式工作方式：由程序設(shè)置由程序設(shè)置DMADMA控制器中的控制器中的若干寄存器值（如內(nèi)存始址，傳送字若干寄存器值（如內(nèi)存始址，傳送字節(jié)數(shù)），然后發(fā)起節(jié)數(shù)），然后發(fā)起I/OI/O操作；在操作；在DMADMA控控制之下完成內(nèi)存與外設(shè)的成批數(shù)據(jù)交制之下完成內(nèi)存與外設(shè)的成批數(shù)據(jù)交換，在操作完成時(shí)由換，在操作完成時(shí)由DMADMA控制器向控制器向CPUCPU發(fā)出中斷。發(fā)出中斷。接下頁接下頁DMA方式的傳送結(jié)構(gòu)2、DMA控制

15、器的組成控制器的組成為了實(shí)現(xiàn)在主機(jī)與控制器之間成塊數(shù)據(jù)成塊數(shù)據(jù)的直接交換 1) 命令命令/狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器CR。用于接收從。用于接收從CPU發(fā)來的發(fā)來的I/O命令或有命令或有關(guān)控制信息，或設(shè)備的狀態(tài)。關(guān)控制信息，或設(shè)備的狀態(tài)。 2) 內(nèi)存地址寄存器內(nèi)存地址寄存器MAR。在輸入時(shí)，它存放把數(shù)據(jù)從設(shè)備傳。在輸入時(shí)，它存放把數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到內(nèi)存的起始目標(biāo)地址；在輸出時(shí)，它存放由內(nèi)存到設(shè)備的送到內(nèi)存的起始目標(biāo)地址；在輸出時(shí)，它存放由內(nèi)存到設(shè)備的內(nèi)存源地址。內(nèi)存源地址。 3) 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器DR。用于暫存從設(shè)備到內(nèi)存，或從內(nèi)存到設(shè)備。用于暫存從設(shè)備到內(nèi)存，或從內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)。 4)

16、數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器DC。存放本次。存放本次CPU要讀或?qū)懙淖忠x或?qū)懙淖?節(jié)節(jié))數(shù)。數(shù)。DRMARDCCRI/O控制邏輯主機(jī)控制器接口控制器與塊設(shè)備接口count內(nèi)存CPU命令系統(tǒng)總線DMA控制器 在DMA方式中，I/O控制除了控制狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器之外，DMA控制器中還包括傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器、內(nèi)存地址寄存器等。 DMA方式竊取或挪用CPU的一個(gè)工作周期把數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)直接送到內(nèi)存地址寄存器所指向的內(nèi)存區(qū)域。DMADMA傳輸數(shù)據(jù)步驟：傳輸數(shù)據(jù)步驟：1.1.一進(jìn)程請(qǐng)求設(shè)備一進(jìn)程請(qǐng)求設(shè)備I/OI/O，CPUCPU做如下事：做如下事： 內(nèi)存起始地址內(nèi)存起始地址DMADMA控制器的地址寄

17、存器控制器的地址寄存器 傳輸字節(jié)數(shù)傳輸字節(jié)數(shù) DMADMA控制器的字節(jié)計(jì)數(shù)器控制器的字節(jié)計(jì)數(shù)器 啟動(dòng)啟動(dòng)DMADMA控制器控制器2.2.該進(jìn)程阻塞，等待該進(jìn)程阻塞，等待I/OI/O完成完成3.DMA3.DMA與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成批數(shù)據(jù)傳送由字節(jié)計(jì)數(shù)器計(jì)與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成批數(shù)據(jù)傳送由字節(jié)計(jì)數(shù)器計(jì)算控制算控制4.4.傳輸完，向傳輸完，向CPUCPU發(fā)中斷完成信號(hào)發(fā)中斷完成信號(hào)5.CPU5.CPU接受接受DMADMA中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)中斷處理程序中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)中斷處理程序6.6.數(shù)據(jù)傳送完成，喚醒被阻塞進(jìn)程數(shù)據(jù)傳送完成，喚醒被阻塞進(jìn)程優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：CPUCPU只需干預(yù)只需干預(yù)I/OI/O操作的開始和結(jié)束，

18、操作的開始和結(jié)束，而而一批數(shù)據(jù)一批數(shù)據(jù)傳輸由傳輸由DMADMA控制，無需控制，無需CPUCPU控制，控制，提高了提高了CPUCPU與設(shè)備的并行工作程度，排除了與設(shè)備的并行工作程度，排除了中斷方式中的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。適于高速設(shè)備。中斷方式中的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。適于高速設(shè)備。如：磁盤如：磁盤返回返回 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： DMA方式對(duì)外圍設(shè)備的管理和某些操方式對(duì)外圍設(shè)備的管理和某些操作仍由作仍由CPU控制。系統(tǒng)中多個(gè)控制。系統(tǒng)中多個(gè)DMA同同時(shí)使用，可能造成內(nèi)存地址沖突。管時(shí)使用，可能造成內(nèi)存地址沖突。管理和控制復(fù)雜化。理和控制復(fù)雜化。 DMA方式方式一次只能傳送一批地址連續(xù)一次只能傳送一批地址連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，如

19、果需傳送多個(gè)地址不連的數(shù)據(jù)塊，如果需傳送多個(gè)地址不連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，則需啟動(dòng)續(xù)的數(shù)據(jù)塊，則需啟動(dòng)DMA多次。多次。通道控制方式通道控制方式 與DMA方式不同的是： 在DMA方式中，數(shù)據(jù)的傳送方向、存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址以及傳送的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度等都由CPU控制，而在通道方式中，這些都由專管輸入輸出的硬件通道來進(jìn)行控制。 DMA方式時(shí)每臺(tái)設(shè)備至少一個(gè)DMA控制器相比，通道控制方式可以做到一個(gè)通道控制多臺(tái)設(shè)備與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而，通道方式進(jìn)一步減輕了CPU的工作負(fù)擔(dān)和增加了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的并行工作程度。 由于通道是一個(gè)專管輸入輸出操作控制的硬件，有必要更進(jìn)一步完整地描述一下通道的定義：通道是一個(gè)獨(dú)立于CPU的專

20、管輸入輸出控制的處理機(jī)，它控制設(shè)備與內(nèi)存直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。它有自己的通道指令，這些通道指令受CPU啟動(dòng)，并在操作結(jié)束時(shí)向CPU發(fā)中斷信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)一次通道執(zhí)行一個(gè)通道程序可以傳啟動(dòng)一次通道執(zhí)行一個(gè)通道程序可以傳送幾批地址不連續(xù)的數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)傳輸過程中送幾批地址不連續(xù)的數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)傳輸過程中對(duì)對(duì)CPUCPU的干擾比的干擾比DMADMA更少，更少，CPUCPU利用率更高，對(duì)利用率更高，對(duì)通道的控制更簡(jiǎn)單。通道的控制更簡(jiǎn)單。通道通過執(zhí)行通道程序控制輸入輸出，比通道通過執(zhí)行通道程序控制輸入輸出，比較靈活較靈活。返回返回程序（程序（CPUCPU）直接控制方式（直接控制方式（中斷驅(qū)動(dòng)方式（中斷驅(qū)動(dòng)

21、方式（DMADMA控制方式控制方式 （通道控制方式（通道控制方式（）在IO系統(tǒng)中增加，用以代替CPU與各設(shè)備控制器通信，對(duì)它們進(jìn)行控制。具有通道裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，整個(gè)輸入輸出系統(tǒng)呈現(xiàn)如圖所示的四級(jí)連接、三級(jí)控制方式。 一個(gè)通道可以以分時(shí)方式同時(shí)執(zhí)行幾個(gè)通道指令程序。按照信息交換方式不同，一個(gè)系統(tǒng)中可設(shè)立三種類型的通道，即字節(jié)多路通道、數(shù)組多路通道和選擇通道。圖9.7 通道方式的數(shù)據(jù)傳送結(jié)構(gòu)字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道以字節(jié)為單位以字節(jié)為單位傳送數(shù)據(jù)，它主傳送數(shù)據(jù)，它主要用來連接大量的低速設(shè)備，如終端、打印要用來連接大量的低速設(shè)備，如終端、打印機(jī)等機(jī)等2. 數(shù)組多路通道數(shù)組多路通道以塊為單位以塊為單

22、位傳送數(shù)據(jù)，它具有傳送數(shù)據(jù)，它具有傳送速率高和能分時(shí)操作不同的設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)傳送速率高和能分時(shí)操作不同的設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)組多路通道主要用來連接中速塊設(shè)備，。數(shù)組多路通道主要用來連接中速塊設(shè)備，如磁帶機(jī)等。如磁帶機(jī)等。 數(shù)組多路通道和字節(jié)多路通道都可以分時(shí)執(zhí)行不同的通道指令程序。但是，選擇通道一次只能執(zhí)行一個(gè)通道指令程序。所以，選擇通道一次只能控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行 I/O操作。不過，選擇通道具有傳送速度高的特點(diǎn)，因而它被用來連接高速外部設(shè)備，并以塊為單位成批傳送數(shù)據(jù)。受選擇通道控制的外設(shè)有磁盤機(jī)等。緩沖的概念緩沖的概念1. 1. 為什么要使用緩沖為什么要使用緩沖（1）兩種設(shè)備之間傳輸信息時(shí)速度不匹配兩種設(shè)

23、備之間傳輸信息時(shí)速度不匹配 （2）負(fù)載不均勻負(fù)載不均勻 系統(tǒng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)需要系統(tǒng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)需要I/O，有時(shí)又會(huì)很，有時(shí)又會(huì)很長(zhǎng)時(shí)間沒有長(zhǎng)時(shí)間沒有I/O，造成，造成I/O負(fù)荷的不均勻。負(fù)荷的不均勻。慢速設(shè)備快速設(shè)備慢速設(shè)備快速設(shè)備中速設(shè)備緩沖2. 2. 什么是緩沖什么是緩沖緩沖是用來在兩種不同速度的設(shè)備之間傳輸信息時(shí)平滑傳輸過程的常用手段。緩沖技術(shù)是用來匹配CPU與設(shè)備之間速度差異和負(fù)荷的不均勻。3. 3. 緩沖的實(shí)現(xiàn)緩沖的實(shí)現(xiàn)（1）緩沖器用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)的一種硬件存儲(chǔ)裝置，容量較小。（2）軟件緩沖區(qū) I/O操作期間，用來臨時(shí)存放I/O數(shù)據(jù)的一塊主存區(qū)域。 單緩沖單緩沖( (s

24、ingle buffer)single buffer)：設(shè)一個(gè)緩沖區(qū)，設(shè)一個(gè)緩沖區(qū)，CPUCPU和外設(shè)輪流使用，和外設(shè)輪流使用， 一方處理完之后接著等待對(duì)方處理。一方處理完之后接著等待對(duì)方處理。 雙緩沖雙緩沖( (double buffer)double buffer)：設(shè)兩個(gè)緩沖區(qū)，設(shè)兩個(gè)緩沖區(qū)，CPUCPU和外設(shè)都可以連和外設(shè)都可以連 續(xù)處理而無需等待對(duì)方。要求續(xù)處理而無需等待對(duì)方。要求CPUCPU和外設(shè)的速度相近。和外設(shè)的速度相近。 多緩沖多緩沖( (multiply buffer)multiply buffer)：多個(gè)緩沖區(qū)，多個(gè)緩沖區(qū)，CPUCPU和外設(shè)的處理速和外設(shè)的處理速 度可以

25、相差較大。如用于輸入或輸出的環(huán)形緩沖區(qū)。（一般是度可以相差較大。如用于輸入或輸出的環(huán)形緩沖區(qū)。（一般是 專用）專用）緩沖池緩沖池( (bufferbufferpool)pool)：由多個(gè)緩沖區(qū)構(gòu)成，既可用于輸入也由多個(gè)緩沖區(qū)構(gòu)成，既可用于輸入也 可用于輸出，多個(gè)進(jìn)程共享，可用于多種設(shè)備。（通用，利用可用于輸出，多個(gè)進(jìn)程共享，可用于多種設(shè)備。（通用，利用 率高）率高）I/O設(shè)備設(shè)備輸入輸入用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)I/O設(shè)備設(shè)備輸入輸入用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)輸入輸入I/O設(shè)備設(shè)備用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)(a)(b)(c)( (a)a)單緩沖單緩沖 ;( ;(b)b)雙緩沖

26、雙緩沖; (; (c)c)循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)緩沖區(qū)緩沖區(qū)A緩沖區(qū)緩沖區(qū)B用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程用戶區(qū)用戶區(qū)I/O設(shè)備設(shè)備輸入傳送雙緩沖工作流程示意圖雙緩沖工作流程示意圖以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來記錄設(shè)備或部件的標(biāo)識(shí)狀態(tài)等信息：以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來記錄設(shè)備或部件的標(biāo)識(shí)狀態(tài)等信息：系統(tǒng)設(shè)備表系統(tǒng)設(shè)備表SDTSDT：每個(gè)系統(tǒng)設(shè)備占一表目每個(gè)系統(tǒng)設(shè)備占一表目設(shè)備控制表設(shè)備控制表DCTDCT：每個(gè)設(shè)備一張每個(gè)設(shè)備一張控制器控制表控制器控制表COCTCOCT：每個(gè)控制器一張每個(gè)控制器一張通道控制表通道控制表CHCTCHCT：每個(gè)通道一張每個(gè)通道一張表目表目i表目表目1DCT指針指針獲得設(shè)備的進(jìn)程獲得設(shè)備的進(jìn)程設(shè)

27、備標(biāo)識(shí)設(shè)備標(biāo)識(shí)設(shè)備類型設(shè)備類型控制器等待隊(duì)列尾控制器等待隊(duì)列尾控制器等待隊(duì)列首控制器等待隊(duì)列首COCT指針指針設(shè)備忙閑標(biāo)記設(shè)備忙閑標(biāo)記設(shè)備標(biāo)識(shí)設(shè)備標(biāo)識(shí)設(shè)備類型設(shè)備類型控制忙閑標(biāo)記控制忙閑標(biāo)記控制器等待隊(duì)列尾控制器等待隊(duì)列尾控制器等待隊(duì)列首控制器等待隊(duì)列首CHCT指針指針控制器標(biāo)識(shí)控制器標(biāo)識(shí)通道忙閑標(biāo)記通道忙閑標(biāo)記通道等待隊(duì)列尾通道等待隊(duì)列尾通道等待隊(duì)列首通道等待隊(duì)列首通道標(biāo)識(shí)通道標(biāo)識(shí)SDFDCT設(shè)備控制表設(shè)備控制表控制器控制表控制器控制表COCTCHCT通道控制表通道控制表等待進(jìn)程隊(duì)列等待進(jìn)程隊(duì)列設(shè)備分配流程圖設(shè)備分配流程圖分配過程：如下所示分配過程：如下所示進(jìn)程申請(qǐng)進(jìn)程申請(qǐng)I/OI/O分配設(shè)

28、備分配設(shè)備分配分配控制器控制器分配通道分配通道進(jìn)程加入設(shè)進(jìn)程加入設(shè)備等待隊(duì)列備等待隊(duì)列進(jìn)程加入通進(jìn)程加入通道等待隊(duì)列道等待隊(duì)列進(jìn)程加入控制進(jìn)程加入控制字等待隊(duì)列字等待隊(duì)列成功成功成功成功成功成功成功成功不成功不成功不成功不成功不成功不成功啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O與設(shè)備分配有關(guān)的設(shè)備屬性與設(shè)備分配有關(guān)的設(shè)備屬性：獨(dú)享設(shè)備：打印機(jī)等；獨(dú)享設(shè)備：打印機(jī)等；共享設(shè)備：磁盤、網(wǎng)卡等；虛擬設(shè)備。共享設(shè)備：磁盤、網(wǎng)卡等；虛擬設(shè)備。設(shè)備分配方式：設(shè)備分配方式：靜態(tài)分配靜態(tài)分配：在進(jìn)程分創(chuàng)建時(shí)分配，在進(jìn)程退出時(shí)釋放；：在進(jìn)程分創(chuàng)建時(shí)分配，在進(jìn)程退出時(shí)釋放；優(yōu)缺點(diǎn)：不會(huì)出現(xiàn)死鎖；優(yōu)缺點(diǎn)：不會(huì)出現(xiàn)死鎖；設(shè)備利用率不高；

29、設(shè)備利用率不高；動(dòng)態(tài)分配動(dòng)態(tài)分配：在進(jìn)程執(zhí)行過程中根據(jù)需要分配，使用結(jié)束后釋放；：在進(jìn)程執(zhí)行過程中根據(jù)需要分配，使用結(jié)束后釋放；優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)：需要考慮死鎖問題需要考慮死鎖問題有利于提高設(shè)備利用率有利于提高設(shè)備利用率設(shè)備分配的原則：設(shè)備分配的原則：合理使用外設(shè)合理使用外設(shè)( (公平和避免死鎖公平和避免死鎖) )，提高設(shè)備利用率。，提高設(shè)備利用率。設(shè)備分配策略設(shè)備分配策略：針對(duì)特定的設(shè)備采用特定的分配策略。：針對(duì)特定的設(shè)備采用特定的分配策略。先來先服務(wù)先來先服務(wù)( (FCFS)FCFS)：按按I/OI/O請(qǐng)求的先后順序，排成請(qǐng)求的先后順序，排成I/OI/O請(qǐng)請(qǐng)求命令隊(duì)列；按求命令隊(duì)列；按FCFSF

30、CFS分配設(shè)備；分配設(shè)備；1)1) 基于優(yōu)先級(jí)基于優(yōu)先級(jí)：依據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，指定：依據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，指定I/OI/O請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，排成不同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列；按優(yōu)先級(jí)高低分配設(shè)備；排成不同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列；按優(yōu)先級(jí)高低分配設(shè)備；設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 驅(qū)動(dòng)物理設(shè)備和驅(qū)動(dòng)物理設(shè)備和DMADMA控制器或控制器或I/OI/O控制控制器等直接進(jìn)行器等直接進(jìn)行I/OI/O操作的子程序操作的子程序的集合。負(fù)責(zé)設(shè)置相應(yīng)設(shè)備有關(guān)寄存器的集合。負(fù)責(zé)設(shè)置相應(yīng)設(shè)備有關(guān)寄存器的值，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行的值，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行I/OI/O操作，指操作，指定操作的類型和數(shù)據(jù)流向等。定操作的類型和數(shù)據(jù)流向等。 引入：在多道批處理系統(tǒng)中

31、，專門利用一道或幾道程序來完成對(duì)設(shè)引入：在多道批處理系統(tǒng)中，專門利用一道或幾道程序來完成對(duì)設(shè)備的備的I/OI/O操作。無需使用外圍操作。無需使用外圍I/OI/O處理機(jī)。處理機(jī)。利用假脫機(jī)技術(shù)利用假脫機(jī)技術(shù)( (SPOOLing, Simultaneous Peripheral Operation On SPOOLing, Simultaneous Peripheral Operation On Line, Line, 也稱為虛擬設(shè)備技術(shù)也稱為虛擬設(shè)備技術(shù)) )可可把獨(dú)享設(shè)備轉(zhuǎn)變成具有共享特征的虛擬設(shè)把獨(dú)享設(shè)備轉(zhuǎn)變成具有共享特征的虛擬設(shè)備備，從而提高設(shè)備利用率。，從而提高設(shè)備利用率。Applic

32、ation AApplication BSPOOLingProgramDeviceVirtual I/OActual I/O 虛擬分配虛擬分配1. 1. 什么是虛擬技術(shù)什么是虛擬技術(shù)所謂虛擬技術(shù)，是在一類物理設(shè)備（如外存）上模擬另一類物理設(shè)備（如打印機(jī)）的技術(shù)，是將獨(dú)占設(shè)備轉(zhuǎn)化為共享設(shè)備的技術(shù)。2. 2. 什么是虛擬設(shè)備什么是虛擬設(shè)備通常把用來代替獨(dú)占設(shè)備的那部分外存空間代替獨(dú)占設(shè)備的那部分外存空間（包括有關(guān)的控制表格）稱為虛擬設(shè)備。3. 3. 虛擬分配虛擬分配當(dāng)進(jìn)程需要與獨(dú)占型設(shè)備交換信息時(shí)，系統(tǒng)將分配磁盤空間，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種分配方法稱為設(shè)備的虛擬分配。例：共享打印機(jī)例：共享打印

33、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)，域網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)求打印輸出時(shí)，SPOOLingSPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出，但并不真正立系統(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，而只為它做兩件即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程，而只為它做兩件事：事：由輸出進(jìn)程在由輸出進(jìn)程在輸出井輸出井中為之申請(qǐng)一個(gè)空閑磁盤塊區(qū)，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；并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；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

34、打印要求填入其中，再將該表掛到印表，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。請(qǐng)求打印隊(duì)列上。SPOOLingSPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) 1) 1) 提高了提高了I/OI/O的速度的速度 2) 2) 將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備備 3) 3) 實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能CPUCPU和內(nèi)存的和內(nèi)存的訪問速度訪問速度比磁盤要快若干個(gè)數(shù)比磁盤要快若干個(gè)數(shù)量級(jí)，磁盤系統(tǒng)的性能量級(jí)，磁盤系統(tǒng)的性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有重要影響有重要影響。磁盤設(shè)備管理的目標(biāo)磁盤設(shè)備管理的目標(biāo): :就是提高磁盤系統(tǒng)的性能就是提高磁盤系統(tǒng)的性能 ? 從哪些方面可

35、以提高磁盤系統(tǒng)的性能提高磁盤系統(tǒng)的性能磁盤的調(diào)度算法磁盤的調(diào)度算法數(shù)據(jù)的合理組織數(shù)據(jù)的合理組織 一一 磁盤的調(diào)度算法磁盤的調(diào)度算法 減少減少設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)所帶來的設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)所帶來的時(shí)間浪費(fèi)時(shí)間浪費(fèi) 當(dāng)多個(gè)訪盤請(qǐng)求在等待時(shí)，當(dāng)多個(gè)訪盤請(qǐng)求在等待時(shí)，采用一定的采用一定的策略策略，對(duì)這些請(qǐng)求的服務(wù)順序調(diào)整安排，對(duì)這些請(qǐng)求的服務(wù)順序調(diào)整安排，降低平均磁盤服務(wù)時(shí)間，達(dá)到高效公，降低平均磁盤服務(wù)時(shí)間，達(dá)到高效公平。平。1 1 認(rèn)識(shí)磁盤認(rèn)識(shí)磁盤直接（隨機(jī)）存取設(shè)備直接（隨機(jī)）存取設(shè)備存取磁盤上任一物理塊的時(shí)間不依賴存取磁盤上任一物理塊的時(shí)間不依賴物理塊所處的位置物理塊所處的位置67 磁盤是將若干個(gè)涂有鐵磁的

36、圓形金屬或塑料片組合在一起構(gòu)成的盤組，每個(gè)圓盤有上下兩個(gè)盤面每個(gè)盤面有一個(gè)讀寫磁頭，讀寫磁盤時(shí)，磁頭通過存取臂在盤面上移動(dòng)，而盤體繞中心軸高速旋轉(zhuǎn).68盤組旋轉(zhuǎn)一周，磁頭在盤面上的移動(dòng)軌跡盤組旋轉(zhuǎn)一周，磁頭在盤面上的移動(dòng)軌跡稱為磁道（一個(gè)圓），各個(gè)盤面上半徑相稱為磁道（一個(gè)圓），各個(gè)盤面上半徑相同的磁道合起來構(gòu)成一個(gè)柱面同的磁道合起來構(gòu)成一個(gè)柱面一個(gè)磁道又被分成許多扇區(qū)，一般每條磁一個(gè)磁道又被分成許多扇區(qū)，一般每條磁道上扇區(qū)數(shù)目在道上扇區(qū)數(shù)目在8 8至至3232之間，每個(gè)扇區(qū)的之間，每個(gè)扇區(qū)的字節(jié)數(shù)相同（一般為字節(jié)數(shù)相同（一般為512512）磁道磁道扇區(qū)扇區(qū)格式格式化化格式化格式化1 1、劃分

37、磁道和扇區(qū)。、劃分磁道和扇區(qū)。2 2、建立目錄區(qū)和文件分配表。（、建立目錄區(qū)和文件分配表。（0 0磁道磁道0 0柱面，柱面，1 1扇區(qū)）扇區(qū)）3 3、檢查整個(gè)磁盤上有無帶缺陷的、檢查整個(gè)磁盤上有無帶缺陷的磁道，并對(duì)其加注標(biāo)記，避免被磁道，并對(duì)其加注標(biāo)記，避免被使用使用 柱面柱面扇區(qū)扇區(qū)磁臂磁臂磁頭磁頭盤面中處于盤面中處于同一磁道號(hào)同一磁道號(hào)上的所有磁上的所有磁道組成一個(gè)道組成一個(gè)柱面柱面物理地址形式：物理地址形式： 磁頭號(hào)（盤面號(hào)）磁頭號(hào)（盤面號(hào)） 磁道號(hào)（柱面號(hào)）磁道號(hào)（柱面號(hào)） 扇區(qū)號(hào)扇區(qū)號(hào) 磁盤系統(tǒng)由磁盤系統(tǒng)由磁盤本身磁盤本身和和驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備組組成，實(shí)際存取讀寫的動(dòng)作過程是由

38、成，實(shí)際存取讀寫的動(dòng)作過程是由磁盤磁盤驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備按照主機(jī)要求完成的。按照主機(jī)要求完成的。 一次訪盤請(qǐng)求：一次訪盤請(qǐng)求： 讀讀/ /寫，磁盤地址（設(shè)備號(hào)，柱面寫，磁盤地址（設(shè)備號(hào)，柱面 號(hào)，號(hào)，磁頭號(hào)，扇區(qū)號(hào)），內(nèi)存地址（源磁頭號(hào)，扇區(qū)號(hào)），內(nèi)存地址（源/ /目）目） 柱面柱面定位時(shí)間定位時(shí)間：磁頭移動(dòng)到指定柱面的機(jī)：磁頭移動(dòng)到指定柱面的機(jī) 械運(yùn)動(dòng)時(shí)間；械運(yùn)動(dòng)時(shí)間； 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間延遲時(shí)間：磁盤旋轉(zhuǎn)到指定扇區(qū)的機(jī)：磁盤旋轉(zhuǎn)到指定扇區(qū)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間；它與磁盤轉(zhuǎn)速相關(guān)。械運(yùn)動(dòng)時(shí)間；它與磁盤轉(zhuǎn)速相關(guān)。 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間傳送時(shí)間：從指定扇區(qū)讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)：從指定扇區(qū)讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)間。間。返回

39、返回設(shè)備占用等待時(shí)間I/O通道占用等待時(shí)間柱面定位時(shí)間旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間數(shù)據(jù)傳送時(shí)間磁盤設(shè)備忙一次訪盤時(shí)間一次訪盤時(shí)間 = = 定位時(shí)間定位時(shí)間+ +延遲時(shí)間延遲時(shí)間+ +存取時(shí)間存取時(shí)間磁盤調(diào)度考慮的問題：磁盤調(diào)度考慮的問題：減少柱面定位時(shí)間減少柱面定位時(shí)間減少旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間減少旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Os:Os:減少設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)所帶來的時(shí)間浪費(fèi)減少設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)所帶來的時(shí)間浪費(fèi) 3 3 磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度 定位時(shí)間定位時(shí)間和延遲時(shí)間延遲時(shí)間盡可能小驅(qū)動(dòng)調(diào)度有“移臂調(diào)度移臂調(diào)度”和“旋轉(zhuǎn)調(diào)度旋轉(zhuǎn)調(diào)度”兩部分組成。柱面定位時(shí)間在訪問時(shí)間中占主要部分。A A 移臂調(diào)度移臂調(diào)度 來自不同進(jìn)程的磁盤I/O請(qǐng)求

40、構(gòu)成一個(gè)隨機(jī)分布的請(qǐng)求隊(duì)列。磁盤 I/O調(diào)度的主要目標(biāo)減少尋找柱面的時(shí)間，使得平均柱面定位時(shí)間縮短 常用的移臂調(diào)度算法有： 先來先服務(wù)算法先來先服務(wù)算法 最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法 電梯調(diào)度算法電梯調(diào)度算法 78（1 1）先進(jìn)先出（）先進(jìn)先出（FCFSFCFS）先來先服務(wù)：按訪問請(qǐng)求到達(dá)的先后次序服務(wù)。先來先服務(wù)：按訪問請(qǐng)求到達(dá)的先后次序服務(wù)。 假設(shè)磁頭初始位置是假設(shè)磁頭初始位置是100100，磁盤訪問請(qǐng)求柱面序，磁盤訪問請(qǐng)求柱面序列：列：5555、5858、3939、1818、9090、160160、150150、3838、184184磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)）：磁頭移動(dòng)總距離（道

41、數(shù)）： 45+3+19+21+72+70+10+112+146=49845+3+19+21+72+70+10+112+146=498平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：498/9 = 55.33498/9 = 55.33 由于由于柱面定位時(shí)間柱面定位時(shí)間在訪問時(shí)間中占主要部分，在訪問時(shí)間中占主要部分，合理組成磁盤數(shù)據(jù)的合理組成磁盤數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置存儲(chǔ)位置可提高磁盤可提高磁盤I/OI/O性能。性能。例子：讀一個(gè)例子：讀一個(gè)128128KBKB大小的文件：大小的文件：(1)(1)文件由文件由8 8個(gè)連續(xù)磁道個(gè)連續(xù)磁道( (每個(gè)磁道每個(gè)磁道3232個(gè)扇區(qū)個(gè)扇區(qū)) )上的上的256256個(gè)扇區(qū)構(gòu)成：個(gè)扇區(qū)構(gòu)成：

42、2020ms+(8.3ms+16.7ms)ms+(8.3ms+16.7ms)* *8=220ms;8=220ms;其中，柱面定位時(shí)間為其中，柱面定位時(shí)間為2020msms，旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為8.38.3msms，一個(gè)磁道上一個(gè)磁道上3232個(gè)個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間為扇區(qū)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間為16.716.7msms；(2)(2)文件由文件由256256個(gè)隨機(jī)分布的扇區(qū)個(gè)隨機(jī)分布的扇區(qū)構(gòu)成：構(gòu)成：(20(20ms+8.3ms+0.5ms)ms+8.3ms+0.5ms)* *256=7373ms;256=7373ms;其中，其中，1 1扇區(qū)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間為扇區(qū)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間為0.50.5msms；隨機(jī)分

43、布時(shí)的訪問時(shí)間為連續(xù)分布時(shí)的隨機(jī)分布時(shí)的訪問時(shí)間為連續(xù)分布時(shí)的33.533.5倍倍。先來先服務(wù)先來先服務(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，相鄰兩次請(qǐng)求可能會(huì)缺點(diǎn)：效率不高，相鄰兩次請(qǐng)求可能會(huì)造成最內(nèi)到最外的柱面尋道，使磁頭造成最內(nèi)到最外的柱面尋道，使磁頭反復(fù)移動(dòng)，增加了服務(wù)時(shí)間，對(duì)機(jī)械反復(fù)移動(dòng)，增加了服務(wù)時(shí)間，對(duì)機(jī)械也不利也不利 （2 2） 最短查找時(shí)間優(yōu)先算法最短查找時(shí)間優(yōu)先算法 ( (SSTF, Shortest Service Time First)SSTF, Shortest Service Time First) 考慮磁盤考慮磁盤I/OI/O請(qǐng)求隊(duì)列中各請(qǐng)求的柱面位

44、置，選請(qǐng)求隊(duì)列中各請(qǐng)求的柱面位置，選擇從當(dāng)前磁頭位置出發(fā)，移動(dòng)臂擇從當(dāng)前磁頭位置出發(fā)，移動(dòng)臂移動(dòng)距離最短移動(dòng)距離最短的磁盤的磁盤I/OI/O請(qǐng)求。請(qǐng)求。請(qǐng)求柱面序列：請(qǐng)求柱面序列：5555、5858、3939、1818、9090、160160、150150、3838、184184調(diào)度順序：調(diào)度順序：9090、5858、5555、3939、3838、1818、150150、160160、184184最短查找時(shí)間優(yōu)先最短查找時(shí)間優(yōu)先( (SSTF, Shortest Service Time First)SSTF, Shortest Service Time First)算法算法： 考慮磁盤考慮磁

45、盤I/OI/O請(qǐng)求隊(duì)列中各請(qǐng)求的柱面位置，選擇從當(dāng)前磁頭位置請(qǐng)求隊(duì)列中各請(qǐng)求的柱面位置，選擇從當(dāng)前磁頭位置 出發(fā)，移動(dòng)臂出發(fā)，移動(dòng)臂移動(dòng)距離最短移動(dòng)距離最短的磁盤的磁盤I/OI/O請(qǐng)求。請(qǐng)求。該算法的目標(biāo)是使每次磁頭移動(dòng)時(shí)間最少。它不一定是最短平該算法的目標(biāo)是使每次磁頭移動(dòng)時(shí)間最少。它不一定是最短平 均柱面定位時(shí)間，但比均柱面定位時(shí)間，但比FIFOFIFO算法有更好的性能。算法有更好的性能?？赡軙?huì)有進(jìn)程處于可能會(huì)有進(jìn)程處于饑餓狀態(tài)饑餓狀態(tài)。掃描掃描( (SCAN)SCAN)算法算法： 選擇在磁頭選擇在磁頭前進(jìn)方向上從當(dāng)前位置前進(jìn)方向上從當(dāng)前位置移動(dòng)距離最短的磁盤移動(dòng)距離最短的磁盤I/OI/O請(qǐng)

46、求執(zhí)請(qǐng)求執(zhí) 行，沒有前進(jìn)方向上的請(qǐng)求時(shí)才改變方向。（也叫電梯調(diào)度算法）行，沒有前進(jìn)方向上的請(qǐng)求時(shí)才改變方向。（也叫電梯調(diào)度算法）該算法是對(duì)該算法是對(duì)SSTFSSTF算法的改進(jìn)，磁盤算法的改進(jìn)，磁盤I/OI/O較好，且沒有進(jìn)程會(huì)餓死。較好，且沒有進(jìn)程會(huì)餓死。 磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)）：磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)）： 10+32+3+16+1+20+132+10+24=248 10+32+3+16+1+20+132+10+24=248 平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：248/9 = 27.55248/9 = 27.55優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：改善了磁盤平均服務(wù)時(shí)間改善了磁盤平均服務(wù)時(shí)間缺點(diǎn)：可能造成某些訪問請(qǐng)求長(zhǎng)期等待得

47、不到服務(wù)，缺點(diǎn)：可能造成某些訪問請(qǐng)求長(zhǎng)期等待得不到服務(wù)，可能會(huì)有進(jìn)程處于可能會(huì)有進(jìn)程處于饑餓狀態(tài)饑餓狀態(tài)調(diào)度順序：調(diào)度順序：9090、5858、5555、3939、3838、1818、150150、160160、184184（3）掃描算法（掃描算法（SCANSCAN） （電梯算法）（電梯算法） 既考慮了距離，同時(shí)又考慮了方向既考慮了距離，同時(shí)又考慮了方向 具體做法：當(dāng)設(shè)備無訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭不動(dòng)；具體做法：當(dāng)設(shè)備無訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭不動(dòng)；當(dāng)有訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭當(dāng)有訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭按一個(gè)方向按一個(gè)方向移動(dòng)，在移動(dòng)移動(dòng)，在移動(dòng)過程中對(duì)遇到的訪問請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，然后判斷該過程中對(duì)遇到的訪問請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，然后判斷該方向上是否還有訪問請(qǐng)求，如果有則繼續(xù)掃描；方向上是否還有訪問請(qǐng)求，如果有則繼續(xù)掃描；否則否則改變移動(dòng)方向改變移動(dòng)方向，并為經(jīng)過的訪問請(qǐng)求服務(wù)，并為經(jīng)過的訪問請(qǐng)求服務(wù)，如此反復(fù)如此反復(fù)請(qǐng)求柱面序列：55、58、39、18、90、160、150、3