計(jì)算機(jī)除主機(jī)之外全部屬外設(shè)備介紹

重點(diǎn)難點(diǎn)：1、I/O控制方式2、緩沖管理3、設(shè)備獨(dú)立性4、虛擬設(shè)備和spooling技術(shù)5、設(shè)備處理6、磁盤(pán)調(diào)度7、磁盤(pán)高速緩存和廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列RAID輸入輸出管理這一章是非重點(diǎn)。需要注意的地方是四種I/O控制方式和它們之間的對(duì)比，SPOOLING技術(shù)以及緩沖策略?？赡艿倪x擇題點(diǎn)包括I/O設(shè)備的分類，I/O管理的目標(biāo)與功能，應(yīng)用結(jié)構(gòu)，控制方式，I/O調(diào)度的相關(guān)概念，設(shè)備獨(dú)立性相關(guān)的概念和原理，容錯(cuò)技術(shù)等。

第7章設(shè)備管理本章目錄7.1設(shè)備管理概述7.1.1I/O系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)7.1.2計(jì)算機(jī)設(shè)備的分類7.1.3設(shè)備管理的目標(biāo)與功能7.1.4設(shè)備管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)7.2I/O的四種實(shí)現(xiàn)方式7.2.1程序輪詢控制I/O7.2.2中斷驅(qū)動(dòng)I/O7.2.3直接內(nèi)存訪問(wèn)I/O7.2.4通道管理I/O7.3緩沖、虛擬設(shè)備與SPOOLing技術(shù)7.3.1I/O緩沖7.3.2虛擬設(shè)備與SPOOLing技術(shù)7.4磁盤(pán)及磁盤(pán)的移臂調(diào)度策略7.4.1磁盤(pán)的格式化7.4.2磁盤(pán)的性能參數(shù)7.4.3磁盤(pán)的移臂調(diào)度策略7.4.4獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列：RAID7.5Linux的I/O管理7.5.1Linux設(shè)備管理綜述7.5.2Linux對(duì)字符設(shè)備的管理7.5.3Linux對(duì)塊設(shè)備的管理7.5.4Linux的磁盤(pán)調(diào)度計(jì)算機(jī)除主機(jī)之外全部屬外設(shè)7.1設(shè)備管理概述7.1.1I/O系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)控制器

1.整個(gè)I/O結(jié)構(gòu)分成三個(gè)層次：底層是具體的設(shè)備和硬件接口，中間是系統(tǒng)軟件（與設(shè)備相關(guān)軟件、與設(shè)備無(wú)關(guān)軟件），最上面是用戶程序。.打印機(jī)攝像機(jī)硬盤(pán)設(shè)備打印機(jī)控制器攝像機(jī)控制器磁盤(pán)控制器打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序攝像機(jī)驅(qū)動(dòng)程序磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序I/O接口程序硬件接口與設(shè)備相關(guān)軟件與設(shè)備無(wú)關(guān)軟件用戶程序進(jìn)程A進(jìn)程B進(jìn)程C進(jìn)程N(yùn)用戶空間內(nèi)核空間I/O設(shè)備一般由機(jī)械和電子兩個(gè)部分組成。為了使設(shè)計(jì)更加模塊化、更具通用性，也為了降低設(shè)計(jì)制作的成本，如今常把它們分開(kāi)來(lái)處理：電子部分稱作是“設(shè)備控制器”或“適配器”；機(jī)械部分仍被稱作是“設(shè)備”。..設(shè)備控制器的一端與計(jì)算機(jī)連接，另一端與設(shè)備本身連接，如圖所示。設(shè)備控制器上通常有連接器，由設(shè)備引出的電纜可以插入到該連接器中，完成與設(shè)備控制器的連接。很多設(shè)備控制器可同時(shí)連接2個(gè)、4個(gè)甚至8個(gè)相同的設(shè)備，它們將共享設(shè)備控制器里的I/O邏輯部件。數(shù)據(jù)寄存器控制/狀態(tài)寄存器I/O邏輯部件設(shè)備控制器與I/O設(shè)備的接口i設(shè)備控制器與I/O設(shè)備的接口1設(shè)備控制器與I/O設(shè)備的接口2數(shù)據(jù)線地址線控制線數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制CPU與設(shè)備控制器接口設(shè)備控制器與I/O設(shè)備接口CPU

設(shè)備控制器除要將設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接外，還有更為重要的任務(wù)是隨時(shí)監(jiān)視設(shè)備所處狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制與操作。..為能使CPU與設(shè)備控制器中的各寄存器進(jìn)行通信，常采用兩種方法(1)單獨(dú)的I/O空間：設(shè)備控制器里每個(gè)寄存器都有一個(gè)I/O端口號(hào)，它們單獨(dú)組成地址空間。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除了內(nèi)存空間外，還有I/O端口地址空間。CPU將用不同的指令，完成對(duì)這兩個(gè)空間的訪問(wèn)。(2)內(nèi)存映射I/O：這時(shí)設(shè)備控制器里的每個(gè)寄存器沒(méi)有特定的設(shè)備地址，而是與一個(gè)內(nèi)存地址關(guān)聯(lián)，這些地址不分配作他用。這種系統(tǒng)稱為“內(nèi)存映射I/O”。CPU將通過(guò)相同的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)內(nèi)存空間的訪問(wèn)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

2.操作系統(tǒng)中與設(shè)備相關(guān)的設(shè)備管理軟件是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)具體設(shè)備的管理和操作；與設(shè)備無(wú)關(guān)部分的設(shè)備管理軟件是一些系統(tǒng)調(diào)用，用來(lái)把用戶的I/O請(qǐng)求導(dǎo)向到具體的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。..要讓設(shè)備工作，必須訪問(wèn)設(shè)備控制器中的各種寄存器，這是通過(guò)編寫(xiě)的特定程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣的代碼程序就是“設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序”。.在中斷驅(qū)動(dòng)I/O的情形下，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序被分成兩個(gè)部分，一部分用來(lái)完成對(duì)設(shè)備操作的初始化，另一部分是中斷處理程序，用來(lái)處理設(shè)備操作的完成。.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)訪問(wèn)設(shè)備控制器里的寄存器了解設(shè)備的各種工作狀態(tài)，發(fā)出操作命令。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須設(shè)計(jì)成是可重入的。

I/O接口程序

3.I/O接口程序是設(shè)備管理中與設(shè)備無(wú)關(guān)部分的軟件，它接收用戶對(duì)設(shè)備提出的I/O請(qǐng)求，然后負(fù)責(zé)把I/O請(qǐng)求轉(zhuǎn)變成所需要的I/O命令，調(diào)用具體的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序去執(zhí)行，完成這個(gè)I/O請(qǐng)求。..I/O接口程序要為用戶提供統(tǒng)一的設(shè)備命名方式。通常，系統(tǒng)是用主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)組成的邏輯設(shè)備名來(lái)為設(shè)備命名，主設(shè)備號(hào)指定設(shè)備的類型（于是確定了所要使用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序），次設(shè)備號(hào)作為參數(shù)傳遞給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，用來(lái)確定真正完成讀寫(xiě)操作的設(shè)備。用戶編程時(shí)不用實(shí)際的設(shè)備名而使用邏輯設(shè)備名，有利于I/O設(shè)備的故障處理，為I/O設(shè)備的分配增添了靈活性。稱這種方法是設(shè)備管理中的“I/O設(shè)備無(wú)關(guān)性”。.返回目錄7.1.2計(jì)算機(jī)設(shè)備的分類

基于設(shè)備的從屬關(guān)系

1.系統(tǒng)設(shè)備：操作系統(tǒng)生成時(shí)就納入系統(tǒng)管理范圍的設(shè)備是系統(tǒng)設(shè)備，也稱為“標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備”。比如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。..用戶設(shè)備：在完成任務(wù)過(guò)程中，用戶特殊需要的設(shè)備為用戶設(shè)備。由于這些是操作系統(tǒng)生成時(shí)未經(jīng)登記的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，用戶就要向系統(tǒng)提供使用該設(shè)備的有關(guān)程序（如設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等）；系統(tǒng)就要提供接納這些設(shè)備的手段，以便將它們納入系統(tǒng)來(lái)管理?；谠O(shè)備的分配特性

2..獨(dú)享設(shè)備：這種設(shè)備的特點(diǎn)是一旦分配給某個(gè)用戶進(jìn)程使用，就必須等它們使用完后，才能重新分配給另一個(gè)用戶進(jìn)程使用，否則不能保證所傳送信息的連續(xù)性，也可能會(huì)出現(xiàn)獲得的結(jié)果混亂不清、無(wú)法辨認(rèn)的局面。獨(dú)享設(shè)備的使用具有排它性。.共享設(shè)備：這種設(shè)備的特點(diǎn)是可由幾個(gè)用戶進(jìn)程“交替地”對(duì)它做信息的讀/寫(xiě)操作。從宏觀上看，它們都在同時(shí)使用該設(shè)備；從微觀上看，每一時(shí)刻只有一個(gè)進(jìn)程使用。共享設(shè)備必須是可尋址和可隨機(jī)訪問(wèn)的。.虛擬設(shè)備：以大容量輔助存儲(chǔ)器的支持，利用SPOOLing技術(shù)，把獨(dú)享設(shè)備“改造”成為能被多個(gè)進(jìn)程共享的I/O設(shè)備，以提高獨(dú)享設(shè)備的利用率。實(shí)際上這種“共享”設(shè)備并不存在，是一種邏輯上、概念上的I/O設(shè)備，因此稱它們?yōu)椤疤摂M設(shè)備”。磁帶是一種嚴(yán)格按照信息存放的物理順序進(jìn)行定位與存取的存儲(chǔ)設(shè)備。它是一種適于順序存取的存儲(chǔ)設(shè)備。磁帶上每個(gè)記錄間有所謂的“記錄間隙（IRG）”。塊設(shè)備：是指以獨(dú)立尋址的數(shù)據(jù)塊（比如一個(gè)扇區(qū)）為單位與內(nèi)存進(jìn)行信息交換的那些設(shè)備，也稱為是“面向塊”的設(shè)備。磁帶、磁盤(pán)是塊設(shè)備的典型代表。字符設(shè)備：是指以字符為單位與內(nèi)存進(jìn)行信息交換的那些設(shè)備，也稱為是“面向字符”的設(shè)備。鍵盤(pán)、打印機(jī)是字符設(shè)備的典型代表。3.基于設(shè)備的傳輸特性..4.基于設(shè)備的工作特性

.輸入/輸出設(shè)備：輸入設(shè)備是計(jì)算機(jī)“感知”或“接觸”外部世界的設(shè)備，用戶通過(guò)輸入設(shè)備把信息送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部；輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)“通知”或“控制”外部世界的設(shè)備，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)輸出設(shè)備把處理結(jié)果告知用戶。通常把它們稱為“字符設(shè)備”。.存儲(chǔ)設(shè)備：是指計(jì)算機(jī)永久保存信息的設(shè)備，可分為順序訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備兩種，它們都是面向塊的。(1)記錄1IRG記錄2IRG記錄3IRG記錄4IRG記錄5IRG(a)一個(gè)記錄一個(gè)IRG記錄1IRG記錄2記錄3記錄4記錄5IRG記錄6記錄7記錄8記錄9IRG記錄10記錄11記錄12一塊一塊一塊(b)一塊(4個(gè)記錄)一個(gè)IRG0(2)磁盤(pán)返回目錄7.1.3設(shè)備管理的目標(biāo)與功能

1.設(shè)備管理的目標(biāo)

操作系統(tǒng)設(shè)備管理的目標(biāo)之一是提高外部設(shè)備的利用率(合理利用、提高并行)..操作系統(tǒng)設(shè)備管理的目標(biāo)之二是為用戶提供便利、統(tǒng)一的使用界面。2.設(shè)備管理的功能

.提供一組I/O命令（實(shí)質(zhì)就是系統(tǒng)調(diào)用命令），以便用戶進(jìn)程能夠在程序一級(jí)發(fā)出所需要的I/O請(qǐng)求，這就是用戶使用外部設(shè)備的“界面”。.進(jìn)行設(shè)備的分配與回收。在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境下，多個(gè)用戶進(jìn)程可能會(huì)同時(shí)對(duì)某一類設(shè)備提出使用請(qǐng)求。設(shè)備管理軟件應(yīng)根據(jù)一定的算法，決定把設(shè)備具體分給哪個(gè)進(jìn)程使用；對(duì)那些已提出設(shè)備請(qǐng)求、但由于某種原因暫時(shí)未能分到的進(jìn)程，應(yīng)進(jìn)行管理（如組成設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列），按一定的次序等待；當(dāng)某設(shè)備使用完畢后，設(shè)備管理軟件應(yīng)及時(shí)將其回收，如有用戶進(jìn)程正在等待使用，那么立即進(jìn)行再分配。.對(duì)緩沖區(qū)管理。CPU的執(zhí)行速度、訪問(wèn)內(nèi)存的速度都較高，外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速度則大都較低，產(chǎn)生了高速CPU與慢速I/O設(shè)備間速度不相匹配的矛盾。為此，系統(tǒng)往往在內(nèi)存開(kāi)辟一些區(qū)域稱為“緩沖區(qū)”，CPU和I/O設(shè)備都通過(guò)這種緩沖區(qū)傳遞數(shù)據(jù)，以使設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與CPU之間的工作得到協(xié)調(diào)。.實(shí)現(xiàn)真正的I/O操作。程序中使用系統(tǒng)提供的I/O命令后，設(shè)備管理要按用戶的具體請(qǐng)求，啟動(dòng)設(shè)備，通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行實(shí)際的I/O操作。完成后將結(jié)果通知用戶進(jìn)程。返回目錄7.1.4設(shè)備管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

DCBiDCB1DCBnDCB表DCBi設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列指針PCB1PCB2PCBn設(shè)備標(biāo)識(shí)設(shè)備類型設(shè)備狀態(tài)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序起址其他設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列為管理系統(tǒng)中的外部設(shè)備，操作系統(tǒng)為每臺(tái)設(shè)備開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，隨時(shí)記錄系統(tǒng)中每臺(tái)設(shè)備的基本信息和使用情況，這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)被稱為“設(shè)備控制塊（DCB）”。1..如圖所示，左側(cè)的“DCB表”表示系統(tǒng)中所有外部設(shè)備的DCB的集合；中間是對(duì)其中的第i個(gè)設(shè)備的DCB的放大，給出了DCB中可能有的一些表項(xiàng)。不難理解，隨著系統(tǒng)的不同，DCB中所含的內(nèi)容也不盡相同。若一個(gè)獨(dú)享設(shè)備已分配給一個(gè)進(jìn)程使用，那么繼續(xù)對(duì)它發(fā)出I/O請(qǐng)求的其他進(jìn)程就不可能立即得到它的服務(wù)。由于這些進(jìn)程都是因?yàn)闀簳r(shí)得不到這個(gè)設(shè)備的服務(wù)而被阻塞的，所以應(yīng)該排在與該設(shè)備有關(guān)的阻塞隊(duì)列上，這個(gè)阻塞隊(duì)列在操作系統(tǒng)的設(shè)備管理中被稱為“設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列”。..為管理設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)還有一張“系統(tǒng)設(shè)備表（SDT）”。系統(tǒng)初啟時(shí)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以及用戶提供的外部設(shè)備，在該表中都有一個(gè)表項(xiàng)。在I/O處理過(guò)程中，系統(tǒng)從SDT得到設(shè)備的設(shè)備控制塊DCB，然后從DCB得到有關(guān)該設(shè)備的信息。返回目錄2.控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表(c)系統(tǒng)SDT控制器標(biāo)識(shí)符：controllerid控制器狀態(tài)：忙/閑與控制器連接的通道表指針控制器隊(duì)列的隊(duì)首指針控制器隊(duì)列的隊(duì)尾指針通道標(biāo)識(shí)符：channelid通道狀態(tài)：忙/閑與通道連接的控制器表首址通道隊(duì)列的隊(duì)首指針通道隊(duì)列的隊(duì)尾指針(a)控制器表COCT(b)通道表CHCT表目1…表目i…設(shè)備類設(shè)備標(biāo)識(shí)符DCT驅(qū)動(dòng)程序入口3.設(shè)設(shè)備分配配時(shí)應(yīng)考考慮的因因素設(shè)備的固固有屬性性獨(dú)享設(shè)備備：進(jìn)程使用用獨(dú)占設(shè)設(shè)備的過(guò)過(guò)程：申申請(qǐng)---》使使用---》釋釋放。進(jìn)程申請(qǐng)請(qǐng)?jiān)O(shè)備系統(tǒng)分配配設(shè)備進(jìn)程發(fā)送送使用命命令系統(tǒng)將轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到設(shè)備備驅(qū)動(dòng)模模塊完成成一次I/O傳傳輸進(jìn)程釋放放設(shè)備系統(tǒng)回收收設(shè)備當(dāng)進(jìn)程的的一次設(shè)設(shè)備申請(qǐng)請(qǐng)成功，，直到發(fā)發(fā)出釋放放命令期期間，一一直獨(dú)占占設(shè)備。。(2)共共享設(shè)設(shè)備進(jìn)程使用用共享型型設(shè)備不不需要申申請(qǐng)，當(dāng)當(dāng)然也就就不存在在占用型型或釋放放設(shè)備的的問(wèn)題，，但是，，I/O期間只只能有一一個(gè)進(jìn)程程使用設(shè)設(shè)備，因因此，進(jìn)進(jìn)程使用用共享設(shè)設(shè)備之前前，有一一個(gè)隱含含的申請(qǐng)請(qǐng)命令，，使用完完畢以后后，有一一個(gè)隱含含的釋放放命令，，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)一次基基本的I/O傳傳輸期間間的排他他性，保保證操作作的正常常進(jìn)行。。使用共享享型設(shè)備備的過(guò)程程中，進(jìn)進(jìn)程完全全有可能能進(jìn)入阻阻塞等待待狀態(tài)。。(3)虛虛擬設(shè)設(shè)備：一一臺(tái)可虛虛擬設(shè)備備是可共共享的設(shè)設(shè)備。設(shè)備分配配算法先來(lái)先服服務(wù)根據(jù)某進(jìn)進(jìn)程對(duì)某某設(shè)備提提出請(qǐng)求求的先后后次序，，將這些些進(jìn)程排排成一個(gè)個(gè)設(shè)備備請(qǐng)求隊(duì)隊(duì)列，設(shè)設(shè)備分配配程序總總是把設(shè)設(shè)備分配配給隊(duì)首首的進(jìn)程程(2)優(yōu)優(yōu)先級(jí)級(jí)高者優(yōu)優(yōu)先根據(jù)進(jìn)程程優(yōu)先級(jí)級(jí)的高低低，將優(yōu)優(yōu)先級(jí)高高的進(jìn)程程排在設(shè)設(shè)備等待待隊(duì)列的的前面，，對(duì)與優(yōu)優(yōu)先級(jí)相相同的進(jìn)進(jìn)程，則則按照先先來(lái)先服服務(wù)的原原則進(jìn)行行排隊(duì)，，設(shè)備分分配程序序總是把把設(shè)備分分配給排排在隊(duì)首首的進(jìn)程程。設(shè)備分配配中的安安全性安全分配配方式進(jìn)程發(fā)出出I/O請(qǐng)求后后，即阻阻塞等待待I/O操作完完成。摒摒棄了““請(qǐng)求和和保持””條件（（死鎖條條件），，設(shè)備分分配安全全。缺點(diǎn)點(diǎn)：進(jìn)程程緩慢，，cpu和I/O設(shè)備備串行。。2)不不安全分分配方式式進(jìn)程發(fā)出出一個(gè)I/O請(qǐng)請(qǐng)求后，，還可再再發(fā)出，，直到請(qǐng)請(qǐng)求設(shè)備備已被另另一個(gè)設(shè)設(shè)備占用用，進(jìn)程程才阻塞塞?？赡芫邆鋫洹罢?qǐng)求求和保持持”條件件，可能能死鎖，，不安全全。可加加入安全全性計(jì)算算（例：：銀行家家算法））。優(yōu)點(diǎn)：推推進(jìn)迅速速。7.2.1程程序序循環(huán)控控制I/O采用這種種方式實(shí)實(shí)現(xiàn)I/O，是是基于設(shè)設(shè)備只有有設(shè)置狀狀態(tài)寄存存器中““忙”位位的能力力：“1”時(shí)表表示該設(shè)設(shè)備在工工作，暫暫時(shí)不能能接受新新的I/O請(qǐng)求求；“0”時(shí)表表示設(shè)備備空閑，，可接受受新的I/O請(qǐng)請(qǐng)求。只只有CPU不斷斷地去測(cè)測(cè)試“忙忙”位，，才能判判斷該設(shè)設(shè)備是工工作或空空閑。7.2I/O的四四種實(shí)現(xiàn)現(xiàn)方式.read(device,…)數(shù)據(jù)區(qū)“讀”系系統(tǒng)調(diào)用用命令“寫(xiě)”系系統(tǒng)調(diào)用用命令①命令寄存存器狀態(tài)寄存存器數(shù)據(jù)寄存存器設(shè)備控制制器④③②⑤硬件接口口系統(tǒng)接口口用戶程序序.如圖所示示給出了了程序循循環(huán)控制制I/O的“讀讀”操作作執(zhí)行情情形，具具體步驟驟如下：：(1)用戶進(jìn)程程程序?qū)?duì)某個(gè)設(shè)設(shè)備提出出讀請(qǐng)求求。(2)CPU執(zhí)執(zhí)行設(shè)備備驅(qū)動(dòng)程程序，測(cè)測(cè)試設(shè)備備狀態(tài)寄寄存器中中的忙位位。如果果設(shè)備忙忙，就不不斷進(jìn)行行循環(huán)測(cè)測(cè)試，直直等到設(shè)設(shè)備空閑閑。(3)驅(qū)動(dòng)程序序重新設(shè)設(shè)置忙位位，把輸輸入命令令存入設(shè)設(shè)備控制制器的命命令寄存存器，啟啟動(dòng)設(shè)備備開(kāi)始工工作。(4)這時(shí)，設(shè)設(shè)備去做做I/O，驅(qū)動(dòng)動(dòng)程序仍仍不斷測(cè)測(cè)試忙位位，等待待I/O操作的的完成。。(5)驅(qū)動(dòng)程序序?qū)?shù)據(jù)據(jù)寄存器器中的數(shù)數(shù)據(jù)內(nèi)容容讀到用用戶指定定的位置置，完成成讀操作作。返回目錄錄I/O控控制方式式發(fā)展宗宗旨：減減少主機(jī)機(jī)對(duì)I/O的控控制，以以便讓cpu更更多的去去完成數(shù)數(shù)據(jù)處理理任務(wù)。。在程序I/O方方式中，，由于CPU的的高速性性和I/O設(shè)備備的低速速性，致致使CPU的的絕大部部分時(shí)間間都處于于等待I/O設(shè)設(shè)備完成成數(shù)據(jù)I/O的的循環(huán)測(cè)測(cè)試中，，造成成對(duì)CPU的極極大浪費(fèi)費(fèi)。在該該方式中中，CPU之所所以要不不斷地測(cè)測(cè)試I/O設(shè)備備的狀態(tài)態(tài)，就是是因?yàn)樵谠贑PU中無(wú)中中斷機(jī)構(gòu)構(gòu)，使使I/O設(shè)備無(wú)無(wú)法向CPU報(bào)報(bào)告它已已完成了了一個(gè)字字符的輸輸入操作作。7.2.2中斷斷驅(qū)動(dòng)I/O中斷機(jī)制下下，硬件有有條中斷請(qǐng)請(qǐng)求線（IRL））。CPU執(zhí)行完指指令后，就就去檢查IRL。檢檢測(cè)到有設(shè)設(shè)備控制器器通過(guò)中斷斷請(qǐng)求線發(fā)發(fā)出了信號(hào)號(hào)，CPU就去執(zhí)行行中斷處理理程序，判判定中斷原原因，進(jìn)行行必要的處處理，再讓讓CPU返返回中斷以以前的執(zhí)行行狀態(tài)。..read(device,…)數(shù)據(jù)區(qū)①命令寄存器器狀態(tài)寄存器器數(shù)據(jù)寄存器器設(shè)備控制器器⑥③②⑤硬件接口系統(tǒng)接口設(shè)備狀態(tài)表表設(shè)備驅(qū)動(dòng)程程序④設(shè)備處理程程序中斷處理程程序⑦⑧⑨⑩在利用中斷斷的情況下下，設(shè)備驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序由由進(jìn)行I/O操作初初始化、啟啟動(dòng)設(shè)備工工作的設(shè)備備驅(qū)動(dòng)程序序和I/O完成后做做善后處理理的設(shè)備處處理程序組組成。系統(tǒng)統(tǒng)維護(hù)一張張“設(shè)備狀狀態(tài)表”，，表項(xiàng)里記記錄一個(gè)設(shè)設(shè)備發(fā)生中中斷時(shí)的有關(guān)信信息。這時(shí)I/O的“讀””操作執(zhí)行行情形如圖圖所示。。.返回目錄在I/O設(shè)設(shè)備輸入每每個(gè)數(shù)據(jù)的的過(guò)程中，，由于無(wú)須須CPU干干預(yù)，因而而可使CPU與I/O設(shè)備并并行工作。。僅當(dāng)輸完完一個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)，才需需CPU花花費(fèi)極短的的時(shí)間去做做些中斷處處理?？梢?jiàn)見(jiàn)，這樣可可使CPU和I/O設(shè)備都處處于忙碌狀狀態(tài)，從而而提高了整整個(gè)系統(tǒng)的的資源利用用率及吞吐吐量。例如如，從終端端輸入一個(gè)個(gè)字符的時(shí)時(shí)間約為100ms，而而將字符送送入終端緩緩沖區(qū)的時(shí)時(shí)間小于0.1ms。若若采用程程序I/O方式，CPU約有有99.9ms的時(shí)間處處于忙—等等待中。采采用中斷斷驅(qū)動(dòng)方式式后，CPU可利用用這99.9ms的時(shí)間間去做其它它事情，而而僅用0.1ms的時(shí)間間來(lái)處理由由控制器發(fā)發(fā)來(lái)的中斷斷請(qǐng)求?？煽梢?jiàn)，中中斷驅(qū)動(dòng)方方式可以成成百倍地提提高CPU的利用率率。為減少中斷斷對(duì)CPU造成的負(fù)負(fù)擔(dān)，對(duì)系系統(tǒng)中的一些高速I/O設(shè)備備以及成組交交換數(shù)據(jù)的的情形，可可采用直接接內(nèi)存訪問(wèn)問(wèn)I/O的的方式，把把I/O的的主要任務(wù)務(wù)交給一個(gè)個(gè)專用的、、名為DMA的控制制器去完成成。7.2.3直接接內(nèi)存訪問(wèn)問(wèn)I/O.1.直接內(nèi)存訪訪問(wèn)I/O的含義地址寄存器器字節(jié)計(jì)數(shù)寄寄存器控制寄存器器CPUDMA控制制器1.CPU對(duì)DMA控制器進(jìn)行行編程完成時(shí)中斷斷緩沖區(qū)磁盤(pán)控制器器磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器器4.應(yīng)答2.DMA請(qǐng)求求傳輸?shù)絻?nèi)存存3.數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)存總線.DMA是““直接內(nèi)存存訪問(wèn)”的的意思。DMA獨(dú)立立于CPU工作，在在它控制下下的設(shè)備，，可直接和和內(nèi)存進(jìn)行行信息傳送送，其間無(wú)無(wú)需CPU做任何干干預(yù)。.DMA用于于磁盤(pán)訪問(wèn)問(wèn)時(shí)，其傳傳輸過(guò)程如如圖所示.。具體步步驟如下。。(1)CPU把含含傳輸數(shù)據(jù)據(jù)的源地址址、目標(biāo)地地址、傳輸輸字節(jié)數(shù)等等信息的命命令信息塊塊寫(xiě)入內(nèi)存存，并把該該塊的起址址寫(xiě)入DMA控制器器的有關(guān)寄寄存器中，，啟動(dòng)DMA控制器工工作。這樣，CPU就把這這次I/O所要完成的的任務(wù)交給給了DMA去完完成，自己己就可脫出身去做做其他與該該I/O無(wú)關(guān)的事情情了。DMA控制制器自動(dòng)調(diào)調(diào)整地址寄寄存器，減減少字節(jié)計(jì)計(jì)數(shù)寄存器器的值。若若該值仍大大于0，表表示所要求求的I/O還沒(méi)有最最后完成，，于是重復(fù)復(fù)上述步驟驟。DMA通過(guò)過(guò)總線向磁磁盤(pán)控制器器發(fā)送讀盤(pán)盤(pán)請(qǐng)求，要要它取得總總線使用權(quán)權(quán)，并把數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降街付ǖ膬?nèi)內(nèi)存區(qū)域中中。(2)(3)磁盤(pán)控制器器按照I/O要求，，把內(nèi)部緩緩沖區(qū)里的的數(shù)據(jù)傳輸輸?shù)絻?nèi)存。。(4)數(shù)據(jù)傳輸完完畢，磁盤(pán)盤(pán)控制器通通過(guò)總線向向DMA控控制器發(fā)出出應(yīng)答信號(hào)號(hào)，表示這這一次傳輸輸已經(jīng)結(jié)束束。(5)(6)在字節(jié)計(jì)數(shù)數(shù)寄存器為為0時(shí)，整整個(gè)I/O完成，DMA向CPU發(fā)出出中斷信號(hào)號(hào)，請(qǐng)求進(jìn)進(jìn)行I/O的結(jié)束處處理。2.DMA控制制器的工作作模式.DMA通過(guò)過(guò)總線向磁磁盤(pán)控制器器發(fā)送的I/O請(qǐng)求求，可以有有如下的兩兩種模式：：(1)(2)每次一個(gè)字字模式：DMA控制制器每次都都是請(qǐng)求傳傳輸一個(gè)字字，且得到到這個(gè)字。。若在傳輸輸該字時(shí)，，CPU也也想使用總總線，那么么由于I/O占用總總線的優(yōu)先先級(jí)高于CPU，因因此CPU只能暫時(shí)時(shí)等待。這這表示數(shù)據(jù)據(jù)從設(shè)備緩緩沖區(qū)傳輸輸?shù)絻?nèi)存期期間，設(shè)備備控制器偷偷偷地挪用用了一個(gè)CPU的總總線周期，，讓CPU遭受到輕輕微地延遲遲。這被稱稱為“周期期竊取”。。每次一塊模模式：DMA控制器器通知設(shè)備備獲得總線線，進(jìn)行成成組傳輸后后，釋放總總線。稱為為“突發(fā)模模式”。相相比周期竊竊取，突發(fā)發(fā)模式竊取取了更多的的總線時(shí)間間，傳輸了了更多的字字節(jié)。長(zhǎng)時(shí)時(shí)間的突發(fā)發(fā)傳輸，有有可能使CPU和其其他設(shè)備阻阻塞很長(zhǎng)的的時(shí)間。3.DMA控制制器的特點(diǎn)點(diǎn)(1)(2)DMA控制制器是在獲獲得總線控控制權(quán)的情情況下，直直接讓設(shè)備備與內(nèi)存進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交交換，CPU不介入入數(shù)據(jù)傳輸輸?shù)娜魏问率乱?；DMA方式式下，設(shè)備備與內(nèi)存間間由字節(jié)計(jì)計(jì)數(shù)寄存器器管理數(shù)據(jù)據(jù)的傳輸量量；(3)DMA方式式下傳輸數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，或或采用周期期竊取模式式，或采用用突發(fā)模式式，因此CPU暫時(shí)時(shí)不能使用用總線，設(shè)設(shè)備和CPU不能并并行工作；；(4)采用DMA控制設(shè)備備傳輸數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)，啟動(dòng)動(dòng)和結(jié)束I/O的工工作，要由由CPU完完成。例7-2：磁盤(pán)有4個(gè)個(gè)盤(pán)面，扇扇區(qū)尺寸512B，，每個(gè)磁道道80個(gè)扇扇區(qū)。若磁磁盤(pán)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速度為360轉(zhuǎn)/分。采用用中斷驅(qū)動(dòng)動(dòng)I/O從從磁盤(pán)讀取取一個(gè)扇區(qū)區(qū)時(shí)，每個(gè)個(gè)字節(jié)產(chǎn)生生一個(gè)中斷斷。如果處處理一次中中斷需2.5s，試試問(wèn)CPU花費(fèi)在處處理I/O上的時(shí)間間占整個(gè)I/O時(shí)間間的百分比比是多少？？若采用DMA的I/O方式式，假定讀讀取一個(gè)扇扇區(qū)產(chǎn)生一一次中斷，，其他一切切都不變，，試問(wèn)CPU花費(fèi)在在處理I/O上的時(shí)時(shí)間占整個(gè)個(gè)I/O時(shí)時(shí)間的百分分比是多少少（都忽略略尋道時(shí)間間）？解：返回目錄磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周周的時(shí)間是：：60/360=1/6s。查找一一個(gè)扇區(qū)平均均需要花費(fèi)旋旋轉(zhuǎn)1/2周周的時(shí)間，即即1/12s。因此，訪訪問(wèn)一個(gè)扇區(qū)區(qū)需要的時(shí)間間是：1/（（6×80））=1/480s。對(duì)于中斷驅(qū)動(dòng)動(dòng)I/O、每每讀一個(gè)字節(jié)節(jié)產(chǎn)生一次中中斷時(shí)，CPU花費(fèi)在處處理I/O上上的時(shí)間占總總時(shí)間的百分分比是：（512×2.5）/（（（1/12+1/480）+（512×2.5））≈99.9%。。對(duì)于DMA方方式，由于是是讀一個(gè)扇區(qū)區(qū)才產(chǎn)生一次次中斷，處理理中斷的時(shí)間間不變，因此此CPU花費(fèi)費(fèi)在處理I/O上的時(shí)間間占總時(shí)間的的百分比是：：2.5/（（（1/12+1/480）+2.5）≈97.5%進(jìn)程提出I/O請(qǐng)求后，，CPU發(fā)出出啟動(dòng)命令，，指明I/O操作、設(shè)備備號(hào)和對(duì)應(yīng)的的通道。把數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜稳蝿?wù)交給通道道。7.2.4通通道管管理I/O1.通道的含義通道是一個(gè)獨(dú)獨(dú)立于CPU的、專門用用來(lái)管理輸入入/輸出操作作的處理機(jī)，，由它控制設(shè)設(shè)備與內(nèi)存進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換換。..通道有自己的的指令系統(tǒng)，，通道的指令令被稱為“通通道命令字””。通道命令令字的條數(shù)并并不多，主要要涉及控制、、轉(zhuǎn)移、讀、、寫(xiě)及查詢等功能。。如圖所示，，給出了IBM通道命令字的的格式。命令碼數(shù)據(jù)內(nèi)存地址址標(biāo)志碼傳輸字節(jié)個(gè)數(shù)數(shù)0783132394063.若干通道命令令字構(gòu)成一個(gè)個(gè)“通道程序序”，它規(guī)定定了設(shè)備應(yīng)該該執(zhí)行的各種種操作和順序序。在CPU啟動(dòng)通道后后，由通道執(zhí)執(zhí)行通道程序序，完成CPU所交給的的I/O任務(wù)務(wù)。.通道程序存放放在通道自己己的存儲(chǔ)部件件里。若通道道中沒(méi)有存儲(chǔ)儲(chǔ)部件時(shí)，就就存放在內(nèi)存存。這時(shí)，為為了使通道能能取到通道程程序去執(zhí)行，，必須把存放放通道程序的的內(nèi)存起址告告訴通道。存存放這個(gè)起始始地址的內(nèi)存存固定單元，，被稱為“通通道地址字””。當(dāng)采用通道來(lái)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳傳輸時(shí)，計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)的I/O結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)該是通道與與主機(jī)相連，，設(shè)備控制器器與通道相連連，設(shè)備與設(shè)設(shè)備控制器相相連。另外，，一個(gè)設(shè)備控控制器上可能能連接多個(gè)設(shè)設(shè)備，一個(gè)通通道上可能連連接多個(gè)設(shè)備備控制器。..使用通道方式式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳傳輸?shù)牟襟E如如下：(1)CPU響應(yīng)通通道提出的中中斷請(qǐng)求，對(duì)對(duì)這次I/O進(jìn)行善后處處理，把阻塞塞進(jìn)程的狀態(tài)態(tài)變?yōu)榫途w，，重新參與對(duì)對(duì)CPU的競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)。(2)發(fā)出I/O請(qǐng)請(qǐng)求的進(jìn)程被被阻塞，進(jìn)程程調(diào)度程序把把CPU分配配給另一個(gè)進(jìn)進(jìn)程。(3)(4)通道接收CPU的啟動(dòng)命命令，執(zhí)行通通道程序，設(shè)設(shè)備與CPU并行工作。。(5)通道逐條執(zhí)行行通道程序中中的通道命令令字，指示設(shè)設(shè)備完成規(guī)定定的操作，與與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)傳輸完畢畢，通道向CPU發(fā)出中中斷請(qǐng)求。(6)2.通道的類型字節(jié)多路通道選擇通道成組多路通道內(nèi)存CPU打印機(jī)1打印機(jī)2顯示器1顯示器2磁帶磁盤(pán)磁盤(pán)1磁盤(pán)2磁盤(pán)3字節(jié)多路通道道：適用于連連接慢速字符符設(shè)備?！岸喽嗦贰保侵钢冈跁r(shí)間片分分時(shí)的基礎(chǔ)上上，為所連接接的多個(gè)低速速、中速I/O設(shè)備提供供簡(jiǎn)單的共享享服務(wù)。通道道上連接的每每個(gè)設(shè)備，都都有自己的通通道程序。通通道分時(shí)地執(zhí)執(zhí)行各個(gè)通道道程序，以字字節(jié)為單位，，完成和內(nèi)存存間的數(shù)據(jù)交交換。..選擇通道：連連接高速I/O設(shè)備，每每個(gè)設(shè)備有自自己的通道程程序，在某時(shí)時(shí)間內(nèi)，通道道只能選擇一一個(gè)I/O設(shè)設(shè)備工作。它它以“塊”為為單位進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)傳輸，傳傳輸效率高。。.成組多路通道道：適用于連連接高速I/O設(shè)備，““成組”表示示傳輸是以塊塊為單位；““多路”表示示可按分時(shí)的的手法為多個(gè)個(gè)設(shè)備服務(wù)。。返回回目目錄錄7.3緩緩沖沖、、虛虛擬擬設(shè)設(shè)備備與與SPOOLing技技術(shù)術(shù)7.3.1I/O緩緩沖沖1.緩沖沖技技術(shù)術(shù)的的意意義義在I/O系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，所所謂謂““緩緩沖沖””，，是是指指臨臨時(shí)時(shí)保保存存數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)信信息息的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)區(qū)區(qū)。。在在需需要要信信息息之之前前，，輸輸入入緩緩沖沖區(qū)區(qū)里里就就存存放放著著從從設(shè)設(shè)備備讀讀入入的的輸輸入入信信息息；；在在輸輸出出設(shè)設(shè)備備可可用用時(shí)時(shí)，，輸輸出出緩緩沖沖區(qū)區(qū)里里就就存存放放著著等等候候輸輸出出的的信信息息。。..101102103104105106107108鍵盤(pán)盤(pán)鼠標(biāo)標(biāo)針式式打印印機(jī)機(jī)軟盤(pán)盤(pán)激光光打印印機(jī)機(jī)光盤(pán)盤(pán)磁盤(pán)盤(pán)如圖圖所所示示，，是是若若干干設(shè)設(shè)備備的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸率率，，單單位位是是bit/s。?，F(xiàn)現(xiàn)代代操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，幾乎乎所所有有的的I/O設(shè)設(shè)備備在在與與內(nèi)內(nèi)存存交交換換數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)時(shí)，，都都使使用用緩緩沖沖區(qū)區(qū)來(lái)來(lái)緩緩解解CPU與與低低速速I/O設(shè)設(shè)備備傳傳輸輸速速度度不不匹匹配配的的矛矛盾盾，，提提高高I/O速速度度以以及及I/O設(shè)設(shè)備備的的利利用用率率。。.緩沖沖區(qū)區(qū)不不僅僅適適用用于于CPU與與I/O設(shè)設(shè)備備之之間間，，凡凡數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)到到達(dá)達(dá)率率與與數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)離離去去率率不不一一致致的的地地方方，，都都可可通通過(guò)過(guò)緩緩沖沖區(qū)區(qū)來(lái)來(lái)解解決決它它們們間間的的不不匹匹配配矛矛盾盾。。比比如如，，在在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通通信信中中，，可可利利用用緩緩沖沖技技術(shù)術(shù)解解決決發(fā)發(fā)送送方方與與接接收收方方之之間間速速度度不不匹匹配配的的問(wèn)問(wèn)題題。。2.單緩緩沖沖.所謂謂““單單緩緩沖沖””，，即即是是以以傳傳輸輸數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的單單位位為為準(zhǔn)準(zhǔn)，，在在內(nèi)內(nèi)存存分分配配一一個(gè)個(gè)相相同同大大小小的的區(qū)區(qū)域域作作為為緩緩沖沖區(qū)區(qū)。。這這是是最最簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單類類型型的的緩緩沖沖區(qū)區(qū)。。操作作系系統(tǒng)統(tǒng)用戶戶進(jìn)進(jìn)程程用戶戶數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)區(qū)區(qū)操作作系系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)入入進(jìn)入入單緩緩沖沖用戶戶進(jìn)進(jìn)程程用戶戶數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)區(qū)區(qū)移到到(a)沒(méi)沒(méi)有有緩緩沖沖的的I/O(b)設(shè)設(shè)置置單單緩緩沖沖的的I/O圖(a)是是沒(méi)沒(méi)有有緩緩沖沖區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)，，數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)從從I/O設(shè)設(shè)備備讀讀到到內(nèi)內(nèi)存存用用戶戶區(qū)區(qū)的的情情形形；；圖圖(b)是是設(shè)設(shè)置置單單緩緩沖沖區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)，，數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)從從I/O設(shè)設(shè)備備讀讀到到內(nèi)內(nèi)存存用用戶戶區(qū)區(qū)的的情情形形。。.3.雙緩緩沖沖、、循循環(huán)環(huán)緩緩沖沖、、緩緩沖沖池池(1)雙緩緩沖沖操作作系系統(tǒng)統(tǒng)用戶進(jìn)進(jìn)程用戶數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)區(qū)進(jìn)入雙緩沖沖移到12在雙緩緩沖的的情形形下，，磁盤(pán)盤(pán)控制制器先先讀進(jìn)進(jìn)一塊塊數(shù)據(jù)據(jù)到緩緩沖0。在在CPU從從緩沖沖0取取出數(shù)數(shù)據(jù)移移到用用戶數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)區(qū)里時(shí)時(shí)，設(shè)設(shè)備就就可以以往緩緩沖1里傳傳輸數(shù)數(shù)據(jù)；；只要要緩沖沖0被被騰空空，設(shè)設(shè)備又又可以以往緩緩沖0里存存放數(shù)數(shù)據(jù)。。若系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)置置兩個(gè)個(gè)緩沖沖區(qū)，，對(duì)于于平滑滑設(shè)備備和CPU之間間的處處理速速度會(huì)會(huì)更加加有效效。這這種使使用兩兩個(gè)緩緩沖區(qū)區(qū)來(lái)完完成緩緩沖的的技術(shù)術(shù)，稱稱之為為“雙雙緩沖沖”。。...循環(huán)緩緩沖(2)操作系系統(tǒng)進(jìn)入用戶進(jìn)進(jìn)程用戶數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)區(qū)移到12n循環(huán)緩緩沖是是一種種緩沖沖數(shù)目目多于于兩個(gè)個(gè)的緩緩沖技技術(shù)，，緩沖沖按照照索引引值（（0～～n-1））排序序，形形成一一個(gè)循循環(huán)列列表得得到循循環(huán)使使用。。如圖圖所示示。(3)緩沖池池.專用緩緩沖區(qū)區(qū)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是是管理理簡(jiǎn)單單。但但它不不僅耗耗費(fèi)很很多的的內(nèi)存存空間間，有有時(shí)還還會(huì)出出現(xiàn)問(wèn)問(wèn)題：：如果果設(shè)備備緩沖沖區(qū)的的數(shù)目目不夠夠多，，那么么就可可能會(huì)會(huì)使進(jìn)進(jìn)程因因等待待緩沖沖區(qū)而而阻塞塞，影影響系系統(tǒng)并并行處處理能能力的的發(fā)揮揮；如如果對(duì)對(duì)設(shè)備備的I/O請(qǐng)求求很少少，那那么分分配用用于作作為緩緩沖區(qū)區(qū)的內(nèi)內(nèi)存空空間就就不能能得到到充分分的利利用。。.系統(tǒng)開(kāi)開(kāi)辟一一個(gè)內(nèi)內(nèi)存空空間作作為I/O的共共享緩緩沖區(qū)區(qū)，當(dāng)當(dāng)進(jìn)程程請(qǐng)求求I/O時(shí)時(shí)，根根據(jù)需需要從從緩沖沖池里里申請(qǐng)請(qǐng)緩沖沖區(qū)；；I/O處處理完完畢，，系統(tǒng)統(tǒng)就收收回緩緩沖區(qū)區(qū)歸還還給緩緩沖池池。不不將緩緩沖區(qū)區(qū)與具具體設(shè)設(shè)備固固定在在一起起，而而是集集中管管理，，供I/O設(shè)備備共享享使用用的技技術(shù)，，稱為為“緩緩沖池池”。。緩沖池池中的的每個(gè)個(gè)緩沖沖區(qū)，，既可可以用用于輸輸入，，也可可以用用于輸輸出。。因此此，緩緩沖池池中有有三種種類型型的緩緩沖區(qū)區(qū)：空空閑的的，當(dāng)當(dāng)前用用于輸輸入的的，以以及當(dāng)當(dāng)前用用于輸輸出的的。系系統(tǒng)可可以根根據(jù)它它們的的狀態(tài)態(tài)，組組成三三個(gè)緩緩沖隊(duì)隊(duì)列。。..緩沖池池的出出現(xiàn)，，提高高了這這部分分內(nèi)存存空間間的使使用效效率。。但系系統(tǒng)卻卻要為為此付付出復(fù)復(fù)雜管管理的的代價(jià)價(jià)：要要管理理三種種類型型的緩緩沖區(qū)區(qū)隊(duì)列列，要要提供供實(shí)施施申請(qǐng)請(qǐng)和釋釋放緩緩沖區(qū)區(qū)的系系統(tǒng)調(diào)調(diào)用命命令等等。返回目目錄當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)中只只有一一臺(tái)輸輸入或或輸出出設(shè)備備，卻卻有好好幾個(gè)個(gè)用戶戶都要要使用用時(shí)，，那么么一個(gè)個(gè)用戶戶必須須等待待其他他用戶戶使用用完才才能去去用，，這不不利于于多道道程序序并行行工作作，也也影響響到系系統(tǒng)效效率的的發(fā)揮揮。.7.3.2虛虛擬擬設(shè)備與與SPOOLing技技術(shù)1.虛擬設(shè)備備的概念念.可利用大大容量的的共享設(shè)設(shè)備———磁盤(pán)作作為后援援，用軟軟件技術(shù)術(shù)模擬獨(dú)獨(dú)享設(shè)備備的工作作，使每每個(gè)用戶戶都認(rèn)為為自己獨(dú)獨(dú)占使用用了輸入入或輸出出設(shè)備，，它們的的傳輸速速度與磁磁盤(pán)一樣樣快。.這種用一類物物理設(shè)備模擬擬出的另一類類物理設(shè)備，，被稱為“虛虛擬設(shè)備”。。在提供虛擬擬設(shè)備的系統(tǒng)統(tǒng)中，用戶進(jìn)進(jìn)行I/O時(shí)時(shí)，不直接面面對(duì)物理的獨(dú)獨(dú)享設(shè)備，而而是面對(duì)虛擬擬的獨(dú)享設(shè)備備。2.SPOOLing技技術(shù).為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬擬設(shè)備備，在在磁盤(pán)盤(pán)上劃劃出兩兩塊專專用的的存儲(chǔ)儲(chǔ)空間間，一一塊預(yù)預(yù)先存存放I/O設(shè)備備的輸輸入數(shù)數(shù)據(jù)信信息，，被稱稱為““輸入入井””；另另一塊塊暫時(shí)時(shí)存放放每個(gè)個(gè)運(yùn)行行作業(yè)業(yè)進(jìn)程程的輸輸出數(shù)數(shù)據(jù)信信息，，被稱稱為““輸出出井””，如如圖所所示。。作業(yè)1信息息作業(yè)n信息息作業(yè)業(yè)1結(jié)結(jié)果果作業(yè)業(yè)n結(jié)果果預(yù)輸輸入入程程序序緩輸輸出出程程序序井管管理理讀程程序序井管管理理寫(xiě)程程序序作業(yè)執(zhí)行作業(yè)業(yè)1數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)作業(yè)業(yè)n數(shù)據(jù)據(jù)輸入井作業(yè)業(yè)1結(jié)結(jié)果果作業(yè)業(yè)n結(jié)果輸出井輸入機(jī)打印機(jī)作業(yè)運(yùn)行行時(shí)，不不啟動(dòng)輸輸入機(jī)讀信息，，而是從從磁盤(pán)的的輸入井井得到。。作業(yè)產(chǎn)產(chǎn)生輸出出時(shí)，把把輸出信信息先存存在輸出出井中，，不直接接啟動(dòng)輸輸出設(shè)備備輸出。。輸入井井和輸出出井，是是把獨(dú)享享設(shè)備變變?yōu)楣蚕硐淼奈镔|(zhì)質(zhì)基礎(chǔ)。。.共享打印印機(jī)共享打印印機(jī)技術(shù)術(shù)已被廣廣泛地用用于多用用戶系統(tǒng)統(tǒng)和局域域網(wǎng)絡(luò)中中。當(dāng)當(dāng)用戶進(jìn)進(jìn)程請(qǐng)求求打印輸輸出時(shí)，，SPOOLing系統(tǒng)同同意為它它打印輸輸出，但但并不不真正立立即把打打印機(jī)分分配給該該用戶進(jìn)進(jìn)程，而而只為為它做兩兩件事：：①由由輸出出進(jìn)程在在輸出井井中為之之申請(qǐng)一一個(gè)空閑閑磁盤(pán)塊塊區(qū)，并并將要要打印的的數(shù)據(jù)送送入其中中；②②輸出出進(jìn)程再再為用戶戶進(jìn)程申申請(qǐng)一張張空白的的用戶請(qǐng)請(qǐng)求打印印表，并并將用戶戶的打印印要求填填入其中中，再再將該表表掛到請(qǐng)請(qǐng)求打印印隊(duì)列上上。SPOOLing系統(tǒng)統(tǒng)的特點(diǎn)點(diǎn)提高了I/O的的速度。。由對(duì)低速速I/O設(shè)備的的I/O操作，，演變?yōu)闉閷?duì)磁盤(pán)盤(pán)輸入井井，輸出出井的操操作。(2)將將獨(dú)占占設(shè)備改改造為共共享設(shè)備備。例：共享享打印機(jī)機(jī)(3)實(shí)實(shí)現(xiàn)了了虛擬設(shè)設(shè)備功能能。將獨(dú)占設(shè)設(shè)備變換換為若干干臺(tái)對(duì)應(yīng)應(yīng)邏輯設(shè)設(shè)備的功功能。前導(dǎo)碼：：位于每每個(gè)扇區(qū)區(qū)頭部，，記錄著著該扇區(qū)區(qū)的有關(guān)關(guān)信息，，比如扇扇區(qū)號(hào)。。磁盤(pán)控控制器可可根據(jù)這這些信息息識(shí)別一一個(gè)扇區(qū)區(qū)的開(kāi)始始，以及及是哪一一個(gè)扇區(qū)區(qū)。7.4磁磁盤(pán)及磁磁盤(pán)的移移臂調(diào)度度策略7.4.1磁磁盤(pán)的的格式化化1.磁盤(pán)的低低級(jí)格式式化.磁盤(pán)盤(pán)面面上有著著薄薄的的一層用用于記憶憶的可磁磁化金屬屬氧化物物。剛生生產(chǎn)出的的磁盤(pán)上上，沒(méi)有有任何信信息存在在。在它它可被使使用前，，每個(gè)盤(pán)盤(pán)片必須須通過(guò)軟軟件對(duì)其其進(jìn)行低低級(jí)格式式化，也也稱“物物理格式式化”。。.所謂“低低級(jí)格式式化”，，指將磁磁盤(pán)的每每個(gè)盤(pán)面面劃分成成可供磁磁盤(pán)控制制器進(jìn)行行讀/寫(xiě)寫(xiě)的扇區(qū)區(qū)的過(guò)程程。格式式化后，，盤(pán)面上上就有了了一系列列同心的的磁道，，每個(gè)磁磁道包含含若干數(shù)數(shù)目的扇扇區(qū)。劃劃分出的的扇區(qū)格格式如圖圖所示。。前導(dǎo)碼數(shù)據(jù)區(qū)ECC.扇區(qū)各部分分的含義(1)(2)ECC是糾糾錯(cuò)碼的意意思。在磁磁盤(pán)控制器器往扇區(qū)寫(xiě)寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，，會(huì)根據(jù)所所寫(xiě)數(shù)據(jù)計(jì)計(jì)算出一個(gè)個(gè)值對(duì)ECC進(jìn)行更更新。在對(duì)對(duì)磁盤(pán)扇區(qū)區(qū)讀時(shí)，會(huì)會(huì)根據(jù)所讀讀數(shù)據(jù)重新新計(jì)算ECC值，并并與原存儲(chǔ)儲(chǔ)的值進(jìn)行行比較。如如果這兩值值不同，就就表示該扇扇區(qū)的數(shù)據(jù)據(jù)區(qū)已損壞壞，或該扇扇區(qū)變壞。。數(shù)據(jù)區(qū)：是是扇區(qū)中存存放數(shù)據(jù)的的地方，其其尺寸由進(jìn)進(jìn)行低級(jí)格格式化的程程序決定，，通常有幾幾種選擇：：256字字節(jié)、512字節(jié)或或1024字節(jié)，大大多數(shù)磁盤(pán)盤(pán)都選用512字節(jié)節(jié)的扇區(qū)。。(3)這種對(duì)磁盤(pán)盤(pán)的分區(qū)和和創(chuàng)建文件件系統(tǒng)的工工作，被稱稱為“高級(jí)級(jí)格式化””。它需要要用操作系系統(tǒng)提供的的系統(tǒng)調(diào)用用命令（比比如format））來(lái)完成。。所謂“分區(qū)區(qū)”，即是是以柱面為為單位對(duì)磁磁盤(pán)進(jìn)行劃劃分，每個(gè)個(gè)部分所含含的柱面數(shù)數(shù)目可以不不等。對(duì)于于這些分區(qū)區(qū)，操作系系統(tǒng)將以獨(dú)獨(dú)立的磁盤(pán)盤(pán)來(lái)對(duì)它們們進(jìn)行管理理和使用。。為使磁盤(pán)能能存儲(chǔ)文件件，操作系系統(tǒng)還需在在磁盤(pán)上記記錄自己的的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，它由兩兩部分組成成：分區(qū)和和創(chuàng)建文件件系統(tǒng)。2.磁盤(pán)的高級(jí)級(jí)格式化...扇區(qū)是磁盤(pán)盤(pán)空間分配配和進(jìn)行I/O傳輸輸?shù)臄?shù)據(jù)單單位。確定定一個(gè)扇區(qū)區(qū)需三個(gè)參參數(shù)：柱面面（磁道））號(hào)、盤(pán)面面（磁頭））號(hào)、扇區(qū)區(qū)號(hào)。也就就是說(shuō)，扇扇區(qū)的物理理地址是三三維的。..所謂“創(chuàng)建建文件系統(tǒng)統(tǒng)”，即是是在分區(qū)里里完成文件件系統(tǒng)的初初始化，比比如建立分分區(qū)目錄結(jié)結(jié)構(gòu)、記錄錄該分區(qū)扇扇區(qū)使用情情況的數(shù)據(jù)據(jù)（總扇區(qū)區(qū)數(shù)、已分分配扇區(qū)數(shù)數(shù)、空閑扇扇區(qū)數(shù)）等等。3.磁盤(pán)的編址址方式一般應(yīng)用時(shí)時(shí)，是把磁磁盤(pán)上的所所有扇區(qū)統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行編編號(hào)：0、、1、2、、……稱為為扇區(qū)的““邏輯塊號(hào)號(hào)”。扇區(qū)區(qū)的物理地地址是三維維的，邏輯輯塊號(hào)是一一維的，因因此有一個(gè)個(gè)在這兩種種地址之間間進(jìn)行轉(zhuǎn)換換的問(wèn)題。。..數(shù)據(jù)據(jù)信信息息是是按按柱柱面面來(lái)來(lái)存存放放的的，，同同一一柱柱面面上上的的各各磁磁道道放放滿滿信信息息后后，，再再存存到到下下一一個(gè)個(gè)柱柱面面上上。。所所以以，，磁磁盤(pán)盤(pán)上上磁磁盤(pán)盤(pán)塊塊（（即即扇扇區(qū)區(qū)））的的編編號(hào)號(hào)是是按按柱柱面面的的順順序序進(jìn)進(jìn)行行（（從從0開(kāi)開(kāi)始始）），，每每個(gè)個(gè)柱柱面面按按柱柱面面的的磁磁頭頭順順序序進(jìn)進(jìn)行行（（從從0開(kāi)開(kāi)始始）），，每每個(gè)個(gè)磁磁道道按按扇扇區(qū)區(qū)順順序序進(jìn)進(jìn)行行（（從從0開(kāi)開(kāi)始始））。。第3680記記錄錄就就放放在在第第3680塊塊中中。。由由題題知知，，每每個(gè)個(gè)柱柱面面有有D=8*8=64個(gè)個(gè)扇扇區(qū)區(qū)，，N=3680%D=32。。根根據(jù)據(jù)公公式式該該塊塊的的位位置置為為：：柱面面號(hào)號(hào)=3680/D=57（（柱柱面面））；；磁磁頭頭號(hào)號(hào)=32/8=4（（磁磁道道））扇區(qū)區(qū)號(hào)號(hào)=32%8=0（（扇扇區(qū)區(qū)））根據(jù)據(jù)給給出出的的磁磁盤(pán)盤(pán)塊塊號(hào)號(hào)為為求求第第p個(gè)磁磁盤(pán)盤(pán)塊塊在在磁磁盤(pán)盤(pán)上上的的位位置置，，令令D=s*c（每每個(gè)個(gè)柱柱面面上上擁?yè)碛杏械牡拇糯疟P(pán)盤(pán)塊塊數(shù)數(shù)）），，設(shè)設(shè)M=p/D，N=p%D（““/””和和““%””表表示示整整除除和和求求余余））。。于于是是，，求求第第p塊在在磁磁盤(pán)盤(pán)上上位位置置的的公公式式為為：：柱面面號(hào)號(hào)=M;磁磁頭頭號(hào)號(hào)=N/s;扇扇區(qū)區(qū)號(hào)號(hào)=N%s.假定定用用c表示示每每個(gè)個(gè)柱柱面面上上的的磁磁道道數(shù)數(shù)，，用用s表示示每每個(gè)個(gè)磁磁道道上上的的扇扇區(qū)區(qū)數(shù)數(shù)，，則則第第i個(gè)柱面、j磁頭、k扇區(qū)所對(duì)對(duì)應(yīng)的磁磁盤(pán)塊號(hào)號(hào)b可以用如如下的公公式計(jì)算算：b=k+s×

(j+i×c).例7-4：一個(gè)磁盤(pán)盤(pán)組有100個(gè)個(gè)柱面，，每個(gè)柱柱面有8個(gè)磁道道，每個(gè)個(gè)盤(pán)面劃劃分成8個(gè)扇區(qū)區(qū)。現(xiàn)有有含6400個(gè)個(gè)記錄的的文件，，記錄大大小與扇扇區(qū)尺寸寸同，編編號(hào)從0開(kāi)始。。該文件件從0柱柱面、0磁道、、0扇區(qū)區(qū)順序存存放。試試問(wèn)：（（1）該該文件第第3680個(gè)記記錄存放放在磁盤(pán)盤(pán)哪個(gè)位位置？（（2）第第78柱柱面第6磁道第第6扇區(qū)區(qū)中應(yīng)存存放該文文件的第第幾個(gè)記記錄？解：第78柱柱面第6磁道第第6扇區(qū)區(qū)位置處處存放的的是：磁盤(pán)塊號(hào)號(hào)

=6+

8××(6+

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×8)=5046（塊））即存放的的是文件件中編號(hào)號(hào)為第5046個(gè)的記記錄（實(shí)實(shí)際上應(yīng)應(yīng)該是第第5047個(gè)記記錄，因因?yàn)橛涗涗浱?hào)是從從0開(kāi)始始算起的的）。(1)(2)返回目錄錄對(duì)于磁盤(pán)盤(pán)，有三三種時(shí)間間需關(guān)注注：把磁頭定定位到磁磁道所需需時(shí)間，，稱“尋尋道時(shí)間間”；磁頭到達(dá)達(dá)扇區(qū)開(kāi)開(kāi)始位置的時(shí)間間，稱““旋轉(zhuǎn)延延遲”；一旦磁磁頭被定定位，磁頭就對(duì)旋旋轉(zhuǎn)通過(guò)過(guò)它下面面的扇區(qū)區(qū)執(zhí)行讀讀操作或或?qū)懖僮?，完完成?shù)據(jù)據(jù)信息的的傳輸，，傳輸所所花費(fèi)的的時(shí)間稱“傳傳送時(shí)間間”。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)動(dòng)器工作作時(shí)，以以恒定的的速度進(jìn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。只有有當(dāng)磁頭頭位于指指定的磁磁道和該該磁道中中指定的的扇區(qū)開(kāi)開(kāi)始處時(shí)時(shí)，才能能夠進(jìn)行行讀或?qū)憣?xiě)操作。。7.4.2磁磁盤(pán)的的性能參參數(shù)..尋道時(shí)間磁旋轉(zhuǎn)延遲盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向傳送時(shí)間磁臂例7-5：某磁盤(pán)磁磁道分成成5個(gè)扇扇區(qū)（0～4）），每個(gè)扇區(qū)區(qū)存放一一個(gè)邏輯輯記錄。。一個(gè)用用戶文件件有5個(gè)記錄錄：A、、B、C、D、、E，被被順序存存放在一一個(gè)磁道上。。假定磁磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一周的的時(shí)間是是20ms，每每個(gè)記錄讀出出后需6ms的的時(shí)間處處理。試試問(wèn)：（（1）順順序讀出5個(gè)個(gè)記錄并并進(jìn)行處處理，共共需多少少時(shí)間？？（2））給出一種在在磁盤(pán)上上安排記記錄的策策略，使使整個(gè)時(shí)時(shí)間盡可可能少。。解：(1)順序讀取取和處理理5個(gè)記記錄，共共需時(shí)間間：（4+6+14））×4+（4+6）=106ms。。(2)為使時(shí)間間減少，，應(yīng)減少少旋轉(zhuǎn)延延遲，即即把下一一個(gè)要讀讀取的記記錄放在在處理完完前一個(gè)個(gè)記錄后后距磁頭頭最近之之處。時(shí)時(shí)讀取和和處理5個(gè)記錄錄共需時(shí)時(shí)間：（（4+6+2））×4+（4+6）=58ms返回目錄錄當(dāng)有多個(gè)個(gè)進(jìn)程都都請(qǐng)求訪訪問(wèn)磁盤(pán)盤(pán)時(shí)，他他們所訪訪問(wèn)的位位置（這這里主要要關(guān)心磁磁道）是是不同的的。磁頭頭需要來(lái)來(lái)回頻繁繁移動(dòng)進(jìn)進(jìn)行尋道道操作。。磁頭的移動(dòng)動(dòng)屬于機(jī)械械運(yùn)動(dòng)，需需要的時(shí)間間較長(zhǎng)，而而且頻繁的的磁頭移動(dòng)動(dòng)會(huì)縮短磁磁頭的壽命命，因此，，必須采取取合適的磁磁盤(pán)調(diào)度算算法，在盡可能公公平的前提提下，縮短短平均尋道道時(shí)間，并并使磁頭移移動(dòng)距離最最小。7.4.3磁磁盤(pán)的移臂臂調(diào)度策略略假設(shè)磁盤(pán)有有200個(gè)個(gè)磁道，磁磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)隊(duì)列中排列列著一些隨隨機(jī)請(qǐng)求。。目前移動(dòng)動(dòng)臂位于磁磁道53，，接著被請(qǐng)請(qǐng)求的磁道道按順序是是：98、、183、、37、122、14、124、65、67。。下面將以以此為基礎(chǔ)礎(chǔ)，討論在在I/O隊(duì)隊(duì)列里挑選選I/O請(qǐng)請(qǐng)求的各種種調(diào)度策略略。.1.先來(lái)先服務(wù)務(wù)調(diào)度策略略0143753656798122124183磁道號(hào)①②③④⑤⑥⑦⑧“先來(lái)先服服務(wù)（FCFS）””調(diào)度策略略，是以I/O請(qǐng)求求到達(dá)隊(duì)列列的時(shí)間順順序，作為為選擇為其其提供服務(wù)務(wù)的順序。。如圖所示示給出移動(dòng)動(dòng)臂移動(dòng)的的路線，該該策略去考考慮I/O請(qǐng)求所涉涉及的訪問(wèn)問(wèn)位置在磁磁盤(pán)何處。。磁頭總共共滑過(guò)了640個(gè)磁磁道的距離離。.2.最短尋道優(yōu)優(yōu)先調(diào)度策策略0143753656798122124183磁道號(hào)①②③④⑤⑥⑦⑧.“最短尋道道優(yōu)先（SSTF））”調(diào)度策策略，是把把距離磁頭頭當(dāng)前位置置最近的那那個(gè)I/O請(qǐng)求作為為下一次調(diào)調(diào)度的對(duì)象象。這時(shí)移移動(dòng)臂移動(dòng)動(dòng)的路線如如圖所示。。磁頭總共共滑過(guò)了236個(gè)磁磁道的距離離，效果好好于FCFS調(diào)度策策略。如圖表示移移動(dòng)臂在由由里往外移動(dòng)，從53磁道出出發(fā)，下一一個(gè)調(diào)度對(duì)象應(yīng)是是37，然然后到14。由于14磁道往外已無(wú)無(wú)I/O請(qǐng)請(qǐng)求，故改改變掃描方方向。如此此等等。據(jù)據(jù)此調(diào)度順順序，磁頭頭共滑過(guò)了了208個(gè)個(gè)磁道的距距離。SCAN調(diào)調(diào)度策略是是移動(dòng)臂從從磁盤(pán)的一一端向另一一端移動(dòng)，，遇到有I/O請(qǐng)求求的磁道時(shí)時(shí)就進(jìn)行處處理，直到到它到達(dá)這這個(gè)方向上上的最后一一個(gè)磁道，，或者在這這個(gè)方向上上已沒(méi)有其其他I/O請(qǐng)求為止止(后者有有時(shí)單獨(dú)稱稱為L(zhǎng)OOK策略)。隨后移移動(dòng)臂反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)服務(wù)方向向，同樣按按順序做掃掃描完成所所有I/O請(qǐng)求。SCAN調(diào)調(diào)度也稱““電梯”調(diào)調(diào)度。3.SCAN（（掃描）調(diào)調(diào)度策略..SCAN調(diào)調(diào)度策略與與移動(dòng)臂的的移動(dòng)方向向有關(guān)。在在沒(méi)有規(guī)定定方向的情情況下，移移動(dòng)臂移動(dòng)動(dòng)的結(jié)果路路線應(yīng)該有有兩個(gè)答案案。0143753656798122124183磁道號(hào)初始移動(dòng)方方向0143753656798122124183磁道號(hào)初始移動(dòng)方方向..如圖表示移移動(dòng)臂由外外往里移動(dòng)動(dòng)，從53磁道出發(fā)發(fā)，調(diào)度順順序?yàn)?5、67、、98、122、124，最最后到183。改變變掃描方向向。磁頭共共滑過(guò)了299個(gè)磁磁道的距離離。①①②②③③④④⑤⑤⑥⑥⑦⑦⑧⑧C-SCAN調(diào)度策策略稱“循循環(huán)掃描””策略，它它把掃描限限定在一個(gè)個(gè)方向上，，總是從0號(hào)柱面開(kāi)開(kāi)始往里移移動(dòng)移動(dòng)臂臂，遇到有有I/O請(qǐng)請(qǐng)求就進(jìn)行行處理，直直到到達(dá)最最后一個(gè)請(qǐng)請(qǐng)求柱面。。然后磁頭頭不做任何何服務(wù)地返返回到0號(hào)號(hào)磁道，開(kāi)開(kāi)始下一次次掃描。4.C-SCAN調(diào)度策策略.0143753656798122124183磁道號(hào)返回到0號(hào)號(hào)磁道移動(dòng)臂移動(dòng)動(dòng)路線如圖圖示。開(kāi)始始與電梯調(diào)調(diào)度算法從從外往里的的情形相同同，到183號(hào)磁道道并完成其其I/O請(qǐng)請(qǐng)求的處理理后，由于于沒(méi)有I/O請(qǐng)求了了，故移動(dòng)動(dòng)臂不做任任何工作返返回到0號(hào)號(hào)磁道，開(kāi)開(kāi)始對(duì)14號(hào)及17號(hào)磁道的的I/O請(qǐng)請(qǐng)求進(jìn)行處處理。這樣樣，磁頭共共滑過(guò)了350個(gè)磁磁道的距離離。.①②③④⑤⑥⑦⑧.為使服務(wù)更更趨合理，，還有如N-step-SCAN和FSCAN等磁盤(pán)調(diào)調(diào)度策略。。所謂“N-step-SCAN”策略略，是把磁磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)隊(duì)列分成長(zhǎng)長(zhǎng)度為N的子隊(duì)列，，采用SCAN處理理子隊(duì)列。。新到達(dá)的的請(qǐng)求被添添加到其他他隊(duì)列中。。對(duì)于比較較大的N值，N-step-SCAN的性能接接近SCAN；當(dāng)N=1時(shí)，它它就是FCFS。所謂“FSCAN””策略，是是只使用兩兩個(gè)隊(duì)列的的調(diào)度策略略。開(kāi)始掃掃描時(shí)，只只對(duì)已到達(dá)達(dá)的所有請(qǐng)請(qǐng)求進(jìn)行處處理，新到到達(dá)的請(qǐng)求求排在另一一個(gè)隊(duì)列。。只有等到到老請(qǐng)求全全部處理完完后，才去去處理新請(qǐng)請(qǐng)求的I/O。(1)(2)返回目錄7.4.4獨(dú)獨(dú)立磁盤(pán)盤(pán)冗余陣列：：RAID1.獨(dú)立磁盤(pán)冗余余陣列的概念念..在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)中，磁磁盤(pán)的作用越越來(lái)越突顯，，各種虛擬技技術(shù)（如虛擬擬存儲(chǔ)器、虛虛擬設(shè)備等））相繼得到了了實(shí)現(xiàn)。但磁磁盤(pán)性能的改改善，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟跟不上處理器器和內(nèi)存儲(chǔ)器器性能的飛速速發(fā)展。這種種不匹配的現(xiàn)現(xiàn)實(shí)，使磁盤(pán)盤(pán)已經(jīng)成為提提高整個(gè)計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)性能能的主要瓶頸頸所在。通過(guò)多個(gè)磁盤(pán)盤(pán)，多個(gè)獨(dú)立立的I/O請(qǐng)請(qǐng)求可并行得得到處理，只只要它們所需需要的數(shù)據(jù)分分布在不同的的磁盤(pán)中；即即使是同一個(gè)個(gè)I/O請(qǐng)求求，若其要訪訪問(wèn)的數(shù)據(jù)分分布在多個(gè)磁磁盤(pán)上，則該該請(qǐng)求也可以以并行地得到到執(zhí)行。這就就是在磁盤(pán)上上組織數(shù)據(jù)的的問(wèn)題。利用多磁盤(pán)的的并行訪問(wèn)能能力，可改善善磁盤(pán)的傳輸輸率。最簡(jiǎn)單的辦辦法是將數(shù)據(jù)據(jù)分散存放。。分散存放有有兩種方法，，第一種是在在多個(gè)磁盤(pán)上上分散每個(gè)字字節(jié)的各個(gè)位位，稱為“位位級(jí)分散”；；第二種方法法是所謂的““塊級(jí)分散””，即是將文文件數(shù)據(jù)進(jìn)行行分塊，以塊塊為單位分散散存放在多個(gè)個(gè)磁盤(pán)上。..利用多磁盤(pán)的的大容量能力力，也可改善善磁盤(pán)存儲(chǔ)的的可靠性。這是因?yàn)樵诙喽啻疟P(pán)組成的的磁盤(pán)陣列里里，可存儲(chǔ)有有關(guān)數(shù)據(jù)的額額外信息，額額外的冗余信信息，正常情情況下沒(méi)有什什么用，但在在系統(tǒng)出錯(cuò)或或磁盤(pán)損壞時(shí)時(shí)，卻可用來(lái)來(lái)進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)據(jù)的糾錯(cuò)，或或修復(fù)。.綜上述述，利利用多多磁盤(pán)盤(pán)陣列列，可可改善善磁盤(pán)盤(pán)的傳傳輸率率，也也可增增強(qiáng)磁磁盤(pán)的的可靠靠性?！，F(xiàn)在在，將將同時(shí)時(shí)具有有這兩兩種性性能的的磁盤(pán)盤(pán)陣列列稱為為“獨(dú)獨(dú)立磁磁盤(pán)冗冗余陣陣列（（RAID））”。。2.各種RAID級(jí)級(jí)別簡(jiǎn)簡(jiǎn)介.冗余向向系統(tǒng)統(tǒng)提供供高可可靠性性，但但價(jià)格格昂貴貴；分分散向向系統(tǒng)統(tǒng)提供供高傳傳輸率率，但但不能能改善善可靠靠性。。將這這兩者者結(jié)合合起來(lái)來(lái)，給給出不不同的的組合合方案案，才才能在在低代代價(jià)下下提供供冗余余，保保證系系統(tǒng)的的高傳傳輸率率。.組合方方案已已成工工業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，，稱RAID級(jí)級(jí)別。。分為為6級(jí)級(jí)：RAID0~RAID5。這這6級(jí)級(jí)僅是是構(gòu)造造不同同RAID時(shí)的的性能能體現(xiàn)現(xiàn)，而而不是是隸屬屬關(guān)系系，不不同級(jí)級(jí)別之之間沒(méi)沒(méi)有繼繼承關(guān)關(guān)系，，高級(jí)級(jí)并不不依賴賴于低低級(jí)，，不同同級(jí)別別只是是對(duì)應(yīng)應(yīng)于不不同的的數(shù)據(jù)據(jù)存放放方式式。RAID0級(jí)級(jí)(1).RAID0級(jí)級(jí)不不是RAID的的正式式成員員，因因它沒(méi)沒(méi)有用用冗余余數(shù)據(jù)據(jù)來(lái)提提高系系統(tǒng)的的可靠靠性。。若計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)認(rèn)為為降低低成本本比提提高可可靠性性更為為重要要，那那么可可采用用這種種級(jí)別別的多多磁盤(pán)盤(pán)陣列列。.磁盤(pán)陣陣列順順序分分成很很多的的條帶帶(strip)，，條帶帶可是物物理塊塊、扇扇區(qū)或或別的的某種種存儲(chǔ)儲(chǔ)單位位。系系統(tǒng)和和用戶戶的數(shù)數(shù)據(jù)成成條狀狀分布布在磁磁盤(pán)陣陣列中中。如圖所所示，，是有有4個(gè)個(gè)磁盤(pán)盤(pán)陣列列的情情形。。所有有系統(tǒng)統(tǒng)和用用戶的的數(shù)據(jù)據(jù)都成成條狀狀分布布在磁磁盤(pán)陣陣列中中。在在一個(gè)個(gè)有n個(gè)磁盤(pán)盤(pán)的陣陣列中中，最最初的的n個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)條帶帶被保保存在在n個(gè)磁盤(pán)盤(pán)中每每個(gè)磁磁盤(pán)的的第一一個(gè)條條帶中中，形形成該該磁盤(pán)盤(pán)陣列列的第第1個(gè)個(gè)條帶帶；接接下來(lái)來(lái)的n個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)條帶帶被保保存在在每個(gè)個(gè)磁盤(pán)盤(pán)的第第二個(gè)個(gè)條帶帶中，，依此此類推推。.RAID0級(jí)級(jí)提提供供并并行行交交叉叉存存取取，，相相對(duì)對(duì)于于單單個(gè)個(gè)磁磁盤(pán)盤(pán)的的傳傳送送，，提提高高了了磁磁盤(pán)盤(pán)的的I/O速速度度，，磁磁盤(pán)盤(pán)空空間間利利用用率率為為100%。。RAID0級(jí)級(jí)對(duì)對(duì)大大數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)量量的的請(qǐng)請(qǐng)求求，，工工作作性性能能最最好好。。.RAID1級(jí)級(jí)中中的的磁磁盤(pán)盤(pán)和和鏡鏡像像盤(pán)保保存存相相同同數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，因因此此可可靠靠性性極高高。。讀讀請(qǐng)請(qǐng)求求