考研操作系統(tǒng)講義設(shè)備管理

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5.6磁盤存儲器管理5.1I/O系統(tǒng)5.1.1I/O設(shè)備1.I/O設(shè)備的類型1)按傳輸速率分類按傳輸速度的高低，可將I/O設(shè)備分為三類。第一類是低速設(shè)備，這是指其傳輸速率僅為每秒鐘幾個字節(jié)至數(shù)百個字節(jié)的一類設(shè)備。屬于低速設(shè)備的典型設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、語音的輸入和輸出等設(shè)備。第二類是中速設(shè)備，這是指其傳輸速率在每秒鐘數(shù)千個字節(jié)至數(shù)萬個字節(jié)的一類設(shè)備。典型的中速設(shè)備有行式打印機(jī)、激光打印機(jī)等。第三類是高速設(shè)備，這是指其傳輸速率在數(shù)百千個字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類設(shè)備。典型的高速設(shè)備有磁帶機(jī)、磁盤機(jī)、光盤機(jī)等。2)按信息交換的單位分類可將I/O設(shè)備分成兩類。第一類是塊設(shè)備(BlockDevice)，這類設(shè)備用于存儲信息。由于信息的存取總是以數(shù)據(jù)塊為單位，故而得名。它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備。典型的塊設(shè)備是磁盤，每個盤塊的大小為512B~4KB。磁盤設(shè)備的基本特征是其傳輸速率較高，通常每秒鐘為幾兆位；另一特征是可尋址，即對它可隨機(jī)地讀/寫任一塊；此外，磁盤設(shè)備的I/O常采用DMA方式。第二類是字符設(shè)備(CharacterDevice)，用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。其基本單位是字符，故稱為字符設(shè)備。3)按設(shè)備的共享屬性分類這種分類方式可將I/O設(shè)備分為如下三類：獨占設(shè)備。(2)共享設(shè)備。(3)虛擬設(shè)備。2.設(shè)備與控制器之間的接口圖5-1設(shè)備與控制器間的接口5.1.2設(shè)備控制器1.設(shè)備控制器的基本功能接收和識別命令2)數(shù)據(jù)交換3)標(biāo)識和報告設(shè)備的狀態(tài)4)地址識別5)數(shù)據(jù)緩沖6)差錯控制2.設(shè)備控制器的組成圖5-2設(shè)備控制器的組成5.1.3I/O通道1.I/O通道(I/OChannel)設(shè)備的引入實際上，I/O通道是一種特殊的處理機(jī)。它具有執(zhí)行I/O指令的能力，并通過執(zhí)行通道(I/O)程序來控制I/O操作。但I(xiàn)/O通道又與一般的處理機(jī)不同，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一是其指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡單，其所能執(zhí)行的命令，主要局限于與I/O操作有關(guān)的指令；再就是通道沒有自己的內(nèi)存，通道所執(zhí)行的通道程序是放在主機(jī)的內(nèi)存中的，換言之，是通道與CPU共享內(nèi)存。2.通道類型1)字節(jié)多路通道(ByteMultiplexorChannel)圖5-3字節(jié)多路通道的工作原理2)數(shù)組選擇通道(BlockSelectorChannel)字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備，這推動了按數(shù)組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成。這種通道雖然可以連接多臺高速設(shè)備，但由于它只含有一個分配型子通道，在一段時間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序，控制一臺設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，致使當(dāng)某臺設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨占，即使是它無數(shù)據(jù)傳送，通道被閑置，也不允許其它設(shè)備使用該通道，直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道?？梢姡@種通道的利用率很低。3)數(shù)組多多路通道(BlockMultiplexorChannel)數(shù)組選擇通道道雖有很高的的傳輸速率，，但它卻每次次只允許一個個設(shè)備傳輸數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)組多多路通道是將將數(shù)組選擇通通道傳輸速率率高和字節(jié)多多路通道能使使各子通道(設(shè)備)分時時并行操作的的優(yōu)點相結(jié)合合而形成的一一種新通道。。它含有多個個非分配型子子通道，因因而這種通道道既具有很高高的數(shù)據(jù)傳輸輸速率，又能能獲得令人滿滿意的通道利利用率。也正正因此，才使使該通道能被被廣泛地用于于連接多臺高高、中速的外外圍設(shè)備，其其數(shù)據(jù)傳送是是按數(shù)組方式式進(jìn)行的。3.“瓶頸頸”問題圖5-4單單通路I/O系統(tǒng)圖5-5多多通路I/O系統(tǒng)5.1.4總總線系統(tǒng)圖5-6總總線型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)1.ISA和EISA總線1)ISA(IndustryStandardArchitecture)總線這是為了1984年推出出的80286型微機(jī)而而設(shè)計的總線線結(jié)構(gòu)。其其總線的帶寬寬為8位，最最高傳輸速率率為2Mb/s。之后后不久又推出出了16位的的(EISA)總線，其其最高傳輸速速率為8Mb/s，后后又升至16Mb/s，能連接接12臺設(shè)備備。2)EISA(ExtendedISA)總線到80年代末末期，ISA總線已難于于滿足帶寬和和傳輸速率的的要求，于于是人們又開開發(fā)出擴(kuò)展ISA(EISA)總線線，其帶寬為為32位，總總線的傳輸速速率高達(dá)32Mb/s，同樣可以以連接12臺臺外部設(shè)備。。2.局部總總線(LocalBus)VESA(VideoElectronicStandardAssociation)總線2)PCI(PeripheralComponentInterface)總線5.2I/O控制制方式5.2.1程程序I/O方式在程序I/O方式中，由由于CPU的的高速性和I/O設(shè)備的的低速性，致致使CPU的絕大部分分時間都處于于等待I/O設(shè)備完成數(shù)數(shù)據(jù)I/O的的循環(huán)測試中中，造成對對CPU的極極大浪費。在在該方式中，，CPU之所所以要不斷地地測試I/O設(shè)備的狀態(tài)態(tài)，就是因為為在CPU中中無中斷機(jī)構(gòu)構(gòu)，使I/O設(shè)備無法法向CPU報報告它已完成成了一個字符符的輸入操作作。圖5-7程程序I/O和中斷驅(qū)動動方式的流程程5.2.2中中斷驅(qū)動I/O控制方方式在I/O設(shè)備備輸入每個數(shù)數(shù)據(jù)的過程中中，由于無須須CPU干預(yù)預(yù)，因而可使使CPU與I/O設(shè)備并并行工作。僅僅當(dāng)輸完一個個數(shù)據(jù)時，才才需CPU花花費極短的時時間去做些中中斷處理?？煽梢?，這樣可可使CPU和和I/O設(shè)備備都處于忙碌碌狀態(tài)，從而而提高了整個個系統(tǒng)的資源源利用率及吞吞吐量。例如如，從終端輸輸入一個字符符的時間約為為100ms，而將將字符送入終終端緩沖區(qū)的的時間小于0.1ms。若采采用程序I/O方式，CPU約有99.9ms的時間間處于忙—等等待中。采采用中斷驅(qū)動動方式后，CPU可利用用這99.9ms的的時間去做其其它事情，而而僅用0.1ms的的時間來處理理由控制器發(fā)發(fā)來的中斷請請求?？梢娨?，中斷驅(qū)動動方式可以成成百倍地提高高CPU的利利用率。5.2.3直直接存儲器器訪問DMAI/O控控制方式1.DMA(DirectMemoryAccess)控制方方式的引入該方式的特點點是：①數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)數(shù)據(jù)塊，即在在CPU與I/O設(shè)備之之間，每次傳傳送至少一個個數(shù)據(jù)塊；②②所傳送的的數(shù)據(jù)是從設(shè)設(shè)備直接送入入內(nèi)存的，或或者相反；③③僅在傳傳送一個或多多個數(shù)據(jù)塊的的開始和結(jié)束束時，才需CPU干預(yù)，，整塊數(shù)據(jù)的的傳送是在控控制器的控制制下完成的。。可見，DMA方式較之之中斷驅(qū)動方方式，又是成成百倍地減少少了CPU對對I/O的干干預(yù)，進(jìn)一步步提高了CPU與I/O設(shè)備的并行行操作程度。。2.DMA控制器的組組成圖5-8DMA控制制器的組成為了實現(xiàn)在主主機(jī)與控制器器之間成塊數(shù)數(shù)據(jù)的直接交交換，必須須在DMA控控制器中設(shè)置置如下四類寄寄存器：(1)命令令/狀態(tài)寄存存器CR。用用于接收從CPU發(fā)來的的I/O命令令或有關(guān)控制制信息，或或設(shè)備的狀態(tài)態(tài)。(2)內(nèi)存存地址寄存器器MAR。在在輸入時，它它存放把數(shù)據(jù)據(jù)從設(shè)備傳送送到內(nèi)存的起起始目標(biāo)地址址；在輸出時時，它存放由由內(nèi)存到設(shè)備備的內(nèi)存源地地址。(3)數(shù)據(jù)據(jù)寄存器DR。用于暫存存從設(shè)備到內(nèi)內(nèi)存，或從內(nèi)內(nèi)存到設(shè)備的的數(shù)據(jù)。(4)數(shù)據(jù)據(jù)計數(shù)器DC。存放本本次CPU要要讀或?qū)懙淖肿?節(jié))數(shù)。。3.DMA工作過程圖5-9DMA方式式的工作流程程5.2.4I/O通通道控制方式式1.I/O通道控制方方式的引入I/O通道方方式是DMA方式的發(fā)展展，它可進(jìn)一一步減少CPU的干預(yù)，，即把對一個個數(shù)據(jù)塊的讀讀(或?qū)?為為單位的干預(yù)預(yù)，減少為對對一組數(shù)據(jù)塊塊的讀(或?qū)憣?及有關(guān)的的控制和管理理為單位的干干預(yù)。同時時，又可實現(xiàn)現(xiàn)CPU、通通道和I/O設(shè)備三者的的并行操作，，從而更有效效地提高整個個系統(tǒng)的資源源利用率。例例如，當(dāng)CPU要完成一一組相關(guān)的讀讀(或?qū)?操操作及有關(guān)控控制時，只需需向I/O通通道發(fā)送一條條I/O指令令，以給出其其所要執(zhí)行的的通道程序的的首址和要訪訪問的I/O設(shè)備，通道道接到該指令令后，通過執(zhí)執(zhí)行通道程序序便可完成CPU指定的的I/O任務(wù)務(wù)。2.通道程程序操作碼。(2)內(nèi)存存地址。(3)計數(shù)數(shù)。(4)通道道程序結(jié)束位位P。(5)記錄錄結(jié)束標(biāo)志R。操作PR計數(shù)內(nèi)存地址WRITE0080813WRITE001401034WRITE01605830WRITE013002000WRITE002501850WRITE112507205.3緩緩沖管管理5.3.1緩緩沖的引入入緩和CPU與與I/O設(shè)備備間速度不匹匹配的矛盾。。(2)減少少對CPU的的中斷頻率，，放寬對CPU中斷響響應(yīng)時間的限限制。(3)提高高CPU和I/O設(shè)備之之間的并行性性。圖5-10利用緩沖沖寄存器實現(xiàn)現(xiàn)緩沖5.3.2單單緩沖和雙雙緩沖1.單緩沖沖(SingleBuffer)圖5-11單緩沖工工作示意圖2.雙緩沖沖(DoubleBuffer)圖5-12雙緩沖工工作示意圖圖5-13雙機(jī)通信信時緩沖區(qū)的的設(shè)置5.3.3循循環(huán)緩沖1.循環(huán)緩緩沖的組成圖5-14循環(huán)緩沖沖2.循環(huán)緩緩沖區(qū)的使用用Getbuf過程。(2)Releasebuf過程程。3.進(jìn)程同同步Nexti指指針追趕上Nextg指指針。(2)Nextg指針針追趕上Nexti指針針。5.3.4緩緩沖池(BufferPool)1.緩沖池池的組成1.緩沖池池的組成對于既可用于于輸入又可用用于輸出的公公用緩沖池，，其中至少少應(yīng)含有以下下三種類型的的緩沖區(qū)：①①空(閑)緩沖區(qū)；②②裝滿輸輸入數(shù)據(jù)的緩緩沖區(qū)；③③裝滿輸出出數(shù)據(jù)的緩沖沖區(qū)。為了了管理上的方方便，可將相相同類型的緩緩沖區(qū)鏈成一一個隊列，于于是可形成以以下三個隊列列：（1）空緩沖沖隊列emq。(2)輸輸入隊列inq。(3)輸出出隊列outq。2.Getbuf過程程和Putbuf過程ProcedureGetbuf(type)beginWait(RS(type));Wait(MS(type));B(number)∶∶[KG-*3]=Takebuf(type);Signal(MS(type));endProcedurePutbuf(type,number)beginWait(MS(type));Addbuf(type,number);Signal(MS(type));Signal(RS(type));end3.緩沖區(qū)區(qū)的工作方式式圖5-15緩沖區(qū)的的工作方式5.4設(shè)設(shè)備分分配5.4.1設(shè)設(shè)備分配中中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)1.設(shè)備控控制表DCT圖5-16設(shè)備控制制表2.控制器器控制表、通通道控制表表和系統(tǒng)設(shè)備備表圖5-17COCT、CHCT和SDT表5.4.2設(shè)設(shè)備分配配時應(yīng)考慮的的因素1.設(shè)備的的固有屬性獨享設(shè)備。(2)共享享設(shè)備。(3)虛擬擬設(shè)備。2.設(shè)備分分配算法先來先服務(wù)。。(2)優(yōu)先先級高者優(yōu)先先。3.設(shè)備分分配中的安全全性安全分配方式式2)不安全全分配方式5.4.3設(shè)設(shè)備獨立性性1.設(shè)備獨獨立性(DeviceIndependence)的概概念為了提高OS的可適應(yīng)性性和可擴(kuò)展性性，在現(xiàn)代OS中都毫無無例外地實現(xiàn)現(xiàn)了設(shè)備獨立立性，也稱為為設(shè)備無關(guān)性性。其基本本含義是：應(yīng)應(yīng)用程序獨獨立于具體使使用的物理設(shè)設(shè)備。為了實實現(xiàn)設(shè)備獨立立性而引入了了邏輯設(shè)備和和物理設(shè)備這這兩個概念。。在應(yīng)用程序序中，使用用邏輯設(shè)備名名稱來請求使使用某類設(shè)備備；而系統(tǒng)在在實際執(zhí)行時時，還必須須使用物理設(shè)設(shè)備名稱。因因此，系統(tǒng)須須具有將邏輯輯設(shè)備名稱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為某物理理設(shè)備名稱的的功能，這非非常類似于存存儲器管理中中所介紹的邏邏輯地址和物物理地址的概概念。在實現(xiàn)了設(shè)備備獨立性的功功能后，可可帶來以下兩兩方面的好處處。1)設(shè)備分分配時的靈活活性2)易于實實現(xiàn)I/O重重定向2.設(shè)備獨獨立性軟件1)執(zhí)行所所有設(shè)備的公公有操作這些公有操作作包括：①對對獨立設(shè)備備的分配與回回收；②將將邏輯設(shè)備備名映射為物物理設(shè)備名，，進(jìn)一步可以以找到相應(yīng)物物理設(shè)備的驅(qū)驅(qū)動程序；③③對設(shè)備備進(jìn)行保護(hù)，，禁止用戶直直接訪問設(shè)備備；④緩緩沖管理，即即對字符設(shè)備備和塊設(shè)備的的緩沖區(qū)進(jìn)行行有效的管理理，以提高高I/O的效效率；⑤差差錯控制。由由于在I/O操作中的絕絕大多數(shù)錯誤誤都與設(shè)備無無關(guān)，故主要要由設(shè)備驅(qū)動動程序處理，，而設(shè)備獨立立性軟件只處處理那些設(shè)備備驅(qū)動程序無無法處理的錯錯誤。2)向用戶戶層(或文件件層)軟件提提供統(tǒng)一接口口無論何種設(shè)備備，它們向向用戶所提供供的接口應(yīng)該該是相同的。。例如，對對各種設(shè)備備的讀操作，，在應(yīng)用程序序中都使用read;而而對各種設(shè)設(shè)備的寫操作作，也都使用用write。3.邏輯設(shè)設(shè)備名到物理理設(shè)備名映射射的實現(xiàn)邏輯設(shè)備表2)LUT的設(shè)置問題題圖5-18邏輯設(shè)備備表5.4.4獨獨占設(shè)備的的分配程序1.基本的的設(shè)備分配程程序分配設(shè)備2)分配控控制器3)分配通通道2.設(shè)備分分配程序的改改進(jìn)增加設(shè)備的獨獨立性2)考慮多多通路情況5.4.5SPOOLing技術(shù)術(shù)1.什么是是SPOOLing為了緩和CPU的高速性性與I/O設(shè)設(shè)備低速性間間的矛盾而引引入了脫機(jī)輸輸入、脫機(jī)機(jī)輸出技術(shù)。。該技術(shù)是是利用專門的的外圍控制機(jī)機(jī)，將低速速I/O設(shè)備備上的數(shù)據(jù)傳傳送到高速磁磁盤上；或者者相反。事實實上，當(dāng)系系統(tǒng)中引入了了多道程序技技術(shù)后，完全全可以利用其其中的一道程程序，來模擬擬脫機(jī)輸入時時的外圍控制制機(jī)功能，把把低速I/O設(shè)備上的數(shù)數(shù)據(jù)傳送到高高速磁盤上；；再用另一道道程序來模擬擬脫機(jī)輸出時時外圍控制機(jī)機(jī)的功能，把把數(shù)據(jù)從磁盤盤傳送到低速速輸出設(shè)備上上。這樣，便便可在主機(jī)的的直接控制下下，實現(xiàn)脫機(jī)機(jī)輸入、輸輸出功能。此此時的外圍圍操作與CPU對數(shù)據(jù)的的處理同時進(jìn)進(jìn)行，我們們把這種在聯(lián)聯(lián)機(jī)情況下實實現(xiàn)的同時外外圍操作稱為為SPOOLing(SimultaneausPeriphernalOperatingOn-Line)，或稱稱為假脫機(jī)操操作。2.SPOOLing系統(tǒng)的組成成圖5-19SPOOLing系系統(tǒng)的組成3.共享打打印機(jī)共享打印機(jī)技技術(shù)已被廣泛泛地用于多用用戶系統(tǒng)和局局域網(wǎng)絡(luò)中。。當(dāng)用戶進(jìn)進(jìn)程請求打印印輸出時，SPOOLing系統(tǒng)統(tǒng)同意為它打打印輸出，但但并不真正正立即把打印印機(jī)分配給該該用戶進(jìn)程，，而只為它它做兩件事：：①由輸輸出進(jìn)程在輸輸出井中為之之申請一個空空閑磁盤塊區(qū)區(qū)，并將要要打印的數(shù)據(jù)據(jù)送入其中；；②輸出出進(jìn)程再為用用戶進(jìn)程申請請一張空白的的用戶請求打打印表，并將將用戶的打印印要求填入其其中，再將將該表掛到請請求打印隊列列上。4.SPOOLing系統(tǒng)的特點點提高了I/O的速度。(2)將獨獨占設(shè)備改造造為共享設(shè)備備。(3)實現(xiàn)現(xiàn)了虛擬設(shè)備備功能。5.5設(shè)備備處處理5.5.1設(shè)設(shè)備驅(qū)動程程序的功能和和特點1.設(shè)備驅(qū)驅(qū)動程序的功功能(1)接收收由I/O進(jìn)進(jìn)程發(fā)來的命命令和參數(shù)，，并將命令令中的抽象要要求轉(zhuǎn)換為具具體要求，例例如，將磁盤盤塊號轉(zhuǎn)換為為磁盤的盤面面、磁道號號及扇區(qū)號。。(2)檢查查用戶I/O請求的合法法性，了解I/O設(shè)備的的狀態(tài)，傳遞遞有關(guān)參數(shù)，，設(shè)置設(shè)備的的工作方式。。(3)發(fā)出出I/O命令令，如果設(shè)備備空閑，便立立即啟動I/O設(shè)備去完完成指定的I/O操作；；如果設(shè)備處處于忙碌狀態(tài)態(tài)，則將請求求者的請求塊塊掛在設(shè)備隊隊列上等待。。(4)及時時響應(yīng)由控制制器或通道發(fā)發(fā)來的中斷請請求，并根據(jù)據(jù)其中斷類型型調(diào)用相應(yīng)的的中斷處理程程序進(jìn)行處理理。(5)對于于設(shè)置有通道道的計算機(jī)系系統(tǒng)，驅(qū)動程程序還應(yīng)能夠夠根據(jù)用戶的的I/O請求求，自動地構(gòu)構(gòu)成通道程序序。2.設(shè)備處處理方式(1)為每每一類設(shè)備設(shè)設(shè)置一個進(jìn)程程，專門用于于執(zhí)行這類設(shè)設(shè)備的I/O操作.(2)在整整個系統(tǒng)中設(shè)設(shè)置一個I/O進(jìn)程，專專門用于執(zhí)行行系統(tǒng)中所有有各類設(shè)備的的I/O操作作。(3)不設(shè)設(shè)置專門的設(shè)設(shè)備處理進(jìn)程程，而只為各各類設(shè)備設(shè)置置相應(yīng)的設(shè)備備處理程序(模塊)，供供用戶進(jìn)程程或系統(tǒng)進(jìn)程程調(diào)用。3.設(shè)備驅(qū)驅(qū)動程序的特特點(1)驅(qū)動動程序主要是是指在請求I/O的進(jìn)程程與設(shè)備控制制器之間的一一個通信和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換程序。(2)驅(qū)動動程序與設(shè)備備控制器和I/O設(shè)備的的硬件特性緊緊密相關(guān)，因因而對不同同類型的設(shè)備備應(yīng)配置不同同的驅(qū)動程序序。(3)驅(qū)動動程序與I/O設(shè)備所采采用的I/O控制方式緊緊密相關(guān)。(4)由于于驅(qū)動程序與與硬件緊密相相關(guān)，因而而其中的一部部分必須用匯匯編語言書寫寫。5.5.2設(shè)設(shè)備驅(qū)動程程序的處理過過程將抽象要求轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為具體要要求2.檢檢查I/O請請求的合法性性3.讀讀出和檢查設(shè)設(shè)備的狀態(tài)4.傳傳送必要的參參數(shù)5.工工作方式的設(shè)設(shè)置6.啟啟動I/O設(shè)設(shè)備圖5-20中斷現(xiàn)場場保護(hù)示意圖圖圖5-21中斷處理理流程5.6磁磁盤存儲器管管理5.6.1磁磁盤性能簡簡述1.數(shù)據(jù)的的組織和格式式圖5-22磁盤的格格式化2.磁盤的的類型1)固定頭頭磁盤這種磁盤在每每條磁道上都都有一讀/寫寫磁頭，所有有的磁頭都被被裝在一剛性性磁臂中。通通過這些磁頭頭可訪問所有有各磁道，并并進(jìn)行并行讀讀/寫，有效效地提高了磁磁盤的I/O速度。這這種結(jié)構(gòu)的磁磁盤主要用于于大容量磁盤盤上。2)移動頭頭磁盤每一個盤面僅僅配有一個磁磁頭，也被裝裝入磁臂中。。為能訪問該該盤面上的所所有磁道，該該磁頭必須能能移動以進(jìn)行行尋道。可見見，移動磁頭頭僅能以串行行方式讀/寫寫，致使其I/O速度較較慢；但由于于其結(jié)構(gòu)簡單單，故仍廣廣泛應(yīng)用于中中小型磁盤設(shè)設(shè)備中。3.磁盤訪訪問時間1)尋道時時間Ts這是指把磁臂臂(磁頭)移移動到指定磁磁道上所經(jīng)歷歷的時間。該該時間是啟動動磁臂的時間間s與磁頭移移動n條磁磁道道所所花花費費的的時時間間之之和和，，即即Ts=m×n+s其中中，，m是一一常常數(shù)數(shù)，，與與磁磁盤盤驅(qū)驅(qū)動動器器的的速速度度有有關(guān)關(guān)，，對對一一般般磁磁盤盤，，m=0.2；；對對高高速速磁磁盤盤，，m≤0.1,磁磁臂臂的的啟啟動動時時間間約約為為2ms。。這這樣樣，，對對一一般般的的溫溫盤盤，，其其尋尋道道時時間間將將隨隨尋尋道道距距離離的的增增加加而而增增大大，，大大體體上上是是5~30ms。。2)旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)延延遲遲時時間間Tτ這是是指指定定扇扇區(qū)區(qū)移移動動到到磁磁頭頭下下面面所所經(jīng)經(jīng)歷歷的的時時間間。。對對于于硬硬盤盤，，典典型型的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度大大多多為為5400r/min，，每每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)需需時時11.1ms，，平平均均旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)延延遲遲時時間間Tτ為5.55ms；；對對于于軟軟盤盤，，其其旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度為為300r/min或或600r/min，，這這樣樣，，平平均均Tτ為50~100ms。。3)傳傳輸輸時時間間Tt這是是指指把把數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)從從磁磁盤盤讀讀出出或或向向磁磁盤盤寫寫入入數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)所所經(jīng)經(jīng)歷歷的的時時間間。。Tt的大大小小與與每每次次所所讀讀/寫寫的的字字節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)b和旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度有有關(guān)關(guān)：：其中中，，r為磁磁盤盤每每秒秒鐘鐘的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)；；N為一一條條磁磁道道上上的的字字節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)，，當(dāng)當(dāng)一一次次讀讀/寫寫的的字字節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)相相當(dāng)當(dāng)于于半半條條磁磁道道上上的的字字節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)時時，，Tt與Tτ相同同，，因因此此，，可可將將訪訪問問時時間間Ta表示示為為：：5.6.2磁磁盤盤調(diào)調(diào)度度1.先先來來先先服服務(wù)務(wù)FCFS(First-Come,FirstServed)圖5-23FCFS調(diào)調(diào)度度算算法法2.最最短短尋尋道道時時間間優(yōu)優(yōu)先先SSTF(ShortestSeekTimeFirst)圖5-24SSTF調(diào)調(diào)度度算算法法3.掃掃描描(SCAN)算算法法1)進(jìn)進(jìn)程程““饑饑餓餓””現(xiàn)現(xiàn)象象SSTF算算法法雖雖然然能能獲獲得得較較好好的的尋尋道道性性能能，，但但卻卻可可能能導(dǎo)導(dǎo)致致某某個個進(jìn)進(jìn)程程發(fā)發(fā)生生““饑饑餓餓””(Starvation)現(xiàn)現(xiàn)象象。。因因為為只只要要不不斷斷有有新新進(jìn)進(jìn)程程的的請請求求到到達(dá)達(dá)，，且且其其所所要要訪訪問問的的磁磁道道與與磁磁頭頭當(dāng)當(dāng)前前所所在在磁磁道道的的距距離離較較近近，，這這種種新新進(jìn)進(jìn)程程的的I/O請請求求必必須須優(yōu)優(yōu)先先滿滿足足。。對對SSTF算算法法略略加加修修改改后后所所形形成成的的SCAN算算法法，，即即可可防防止止老老進(jìn)進(jìn)程程出出現(xiàn)現(xiàn)““饑饑餓餓””現(xiàn)現(xiàn)象象。。2)SCAN算算法法圖5-25SCAN調(diào)調(diào)度度算算法法示示例例4.循循環(huán)環(huán)掃掃描描(CSCAN)算算法法圖5-26CSCAN調(diào)調(diào)度度算算法法示示例例5.N-Step-SCAN和和FSCAN調(diào)調(diào)度度算算法法1)N-Step-SCAN算算法法在SSTF、、SCAN及及CSCAN幾幾種種調(diào)調(diào)度度算算法法中中，，都都可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)磁磁臂臂停停留留在在某某處處不不動動的的情情況況，，例例如如，，有有一一個個或或幾幾個個進(jìn)進(jìn)程程對對某某一一磁磁道道有有較較高高的的訪訪問問頻頻率率，，即即這這個個(些些)進(jìn)進(jìn)程程反反復(fù)復(fù)請請求求對對某某一一磁磁道道的的I/O操操作作，，從從而而壟壟斷斷了了整整個個磁磁盤盤設(shè)設(shè)備備。。我我們們把把這這一一現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱為為““磁磁臂臂粘粘著著””(Armstickiness)。。在在高高密密度度磁磁盤盤上上容容易易出出現(xiàn)現(xiàn)此此情情況況。。N步步SCAN算算法法是是將將磁磁盤盤請請求求隊隊列列分分成成若若干干個個長長度度為為N的的子子隊隊列列，，磁磁盤盤調(diào)調(diào)度度將將按按FCFS算算法法依依次次處處理理這這些些子子隊隊列列。。而而每每處處理理一一個個隊隊列列時時又又是是按按SCAN算算法法，，對對一一個個隊隊列列處處理理完完后后，，再再處處理理其其他他隊隊列列。。當(dāng)當(dāng)正正在在處處理理某某子子隊隊列列時時，，如如果果又又出出現(xiàn)現(xiàn)新新的的磁磁盤盤I/O請請求求，，便便將將新新請請求求進(jìn)進(jìn)程程放放入入其其他他隊隊列列，，這這樣樣就就可可避避免免出出現(xiàn)現(xiàn)粘粘著著現(xiàn)現(xiàn)象象。。當(dāng)當(dāng)N值值取取得得很很大大時時，，會會使使N步步掃掃描描法法的的性性能能接接近近于于SCAN算算法法的的性性能能；；當(dāng)當(dāng)N=1時時，，N步步SCAN算算法法便便蛻蛻化化為為FCFS算算法法。。2)FSCAN算算法法FSCAN算算法法實實質(zhì)質(zhì)上上是是N步步SCAN算算法法的的簡簡化化，，即即FSCAN只只將將磁磁盤盤請請求求隊隊列列分分成成兩兩個個子子隊隊列列。。一一個個是是由由當(dāng)當(dāng)前前所所有有請請求求磁磁盤盤I/O的的進(jìn)進(jìn)程程形形成成的的隊隊列列，，由由磁磁盤盤調(diào)調(diào)度度按按SCAN算算法法進(jìn)進(jìn)行行處處理理。。在在掃掃描描期期間間，，將將新新出出現(xiàn)現(xiàn)的的所所有有請請求求磁磁盤盤I/O的的進(jìn)進(jìn)程程，，放放入入另另一一個個等等待待處處理理的的請請求求隊隊列列。。這這樣樣，，所所有有的的新新請請求求都都將將被被推推遲遲到到下下一一次次掃掃描描時時處處理理。。5.6.3磁磁盤盤高高速速緩緩存存(DiskCache)1.磁磁盤盤高速速緩存存的形形式是指利利用內(nèi)內(nèi)存中中的存存儲空空間，，來暫暫存從從磁盤盤中讀讀出的的一系系列盤盤塊中中的信信息。。因此此，這這里的的高速速緩存存是一一組在在邏輯輯上屬屬于磁磁盤，，而而物理理上是是駐留留在內(nèi)內(nèi)存中中的盤盤塊。。高速速緩存存在內(nèi)內(nèi)存中中可分分成兩兩種形形式。。第一一種是是在內(nèi)內(nèi)存中中開辟辟一個個單獨獨的存存儲空空間來來作為為磁盤盤高速速緩存存，其其大小小是固固定的的，不不會受受應(yīng)用用程序序多少少的影影響；；第二二種是是把所所有未未利用用的內(nèi)內(nèi)存空空間變變?yōu)橐灰粋€緩緩沖池池，供供請求求分頁頁系統(tǒng)統(tǒng)和磁磁盤I/O時(作為為磁盤盤高速速緩存存)共共享。。此時時高速速緩存存的大大小，，顯然然不再再是固固定的的。當(dāng)當(dāng)磁盤盤I/O的的頻繁繁程度度較高高時，，該緩緩沖池池可能能包含含更多多的內(nèi)內(nèi)存空空間；；而在在應(yīng)用用程序序運行行得較較多時時，該該緩沖沖池可可能只只剩下下較少少的內(nèi)內(nèi)存空空間。。2.數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)交付付方式式系統(tǒng)可可以采采取兩兩種方方式，，將將數(shù)據(jù)據(jù)交付付給請請求進(jìn)進(jìn)程：：(1)數(shù)數(shù)據(jù)交交付。。這是是直