操作系統(tǒng)設(shè)備

第五章I/O設(shè)備管理§5.1I/O設(shè)備§5.2I/O控制方式§5.3設(shè)備分配§5.4緩沖管理§5.5I/O處理過程§5.6磁盤存放管理器第1頁§5.1I/O設(shè)備OS設(shè)備管理中設(shè)備指外部設(shè)備，包含輸入設(shè)備與輸出設(shè)備，即除主機（CPU+內(nèi)存）之外全部設(shè)備。I/O性能經(jīng)常成為整個系統(tǒng)性能瓶頸，CPU性能并不等于系統(tǒng)性能，CPU性能越高，與I/O差距越大。OS龐大復雜原因之一就是外設(shè)資源多而雜，種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，速度差異很大。第2頁§5.1I/O設(shè)備外存設(shè)備：軟硬盤、光盤輸入：鍵盤、鼠標、話筒計算機人機通信、掃描儀外部設(shè)備設(shè)備數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機輸出：顯示器、打印機、喇叭輸入輸出設(shè)備繪圖儀計算機與計算機間通信設(shè)備：機機通信Modem、路由器、網(wǎng)卡設(shè)備計算機與非計算機間通信設(shè)備：數(shù)據(jù)采集設(shè)備，自動控制設(shè)備第3頁一、計算機設(shè)備分類§5.1I/O設(shè)備基于設(shè)備工作特征：

外部存放設(shè)備（長久保留信息，可隨時訪問，如磁盤、磁帶）

輸入/輸出設(shè)備（字符設(shè)備，以單個字符為單位存放、傳輸信息，如顯示器、鍵盤、打印機等）第4頁§5.1I/O設(shè)備基于設(shè)備隸屬關(guān)系：

—系統(tǒng)設(shè)備（普通是標準設(shè)備）（OS生成時就配置在系統(tǒng)中標準設(shè)備，如：鍵盤、鼠標、顯示器、終端等）

—用戶設(shè)備（普通為非標準設(shè)備）（設(shè)備處理程序由用戶提供，需另外安裝，如：掃描儀、A-D/D-A轉(zhuǎn)換設(shè)備等）第5頁§5.1I/O設(shè)備基于設(shè)備分配特征：

—獨占設(shè)備（使用含有排它性，低速I/O設(shè)備）

—共享設(shè)備（可由多個用戶程序交替使用，如硬盤）

—虛擬設(shè)備

(模擬獨占設(shè)備為共享設(shè)備，即將慢速獨占設(shè)備經(jīng)軟件技術(shù)改造成為多個進程能夠共享設(shè)備，經(jīng)典如SPOOLing技術(shù)）第6頁§5.1I/O設(shè)備基于信息組織和處理方式：

—字符設(shè)備（信息以字符為單位來組織和分配；系統(tǒng)中大部分均屬這類，如打印機、鍵盤、顯示器等；特點是速度慢，也稱慢速設(shè)備）

—塊設(shè)備（信息以塊為單位來組織和分配；如磁盤、磁帶等；特點是速度快，也稱快速設(shè)備）第7頁二、設(shè)備管理目標與功效§5.1I/O設(shè)備1.設(shè)備管理目標：提升系統(tǒng)資源利用率多道程序環(huán)境下，資源數(shù)總是少于進程數(shù)。需合理分配設(shè)備資源，并使外設(shè)與外設(shè)、外設(shè)與CPU并行工作，使設(shè)備盡可能處于忙碌狀態(tài)。方便用戶使用對于各種各樣外設(shè)，為用戶提供便利、統(tǒng)一使用界面。

OS把各種外設(shè)物理特征隱藏起來，把各種外設(shè)詳細操作方式隱藏起來，由OS面對；而讓用戶面正確是使用方便設(shè)備，這么就可使用戶擺脫繁瑣編程負擔。第8頁§5.1I/O設(shè)備2.設(shè)備管理功效：提供用戶接口：提供一組I/O命令，即用戶使用外設(shè)接口，用戶在程序中經(jīng)過這些命令使用外設(shè)。進行設(shè)備分配與回收：OS中I/O管理程序負責接收用戶使用外設(shè)請求、分配設(shè)備、回收設(shè)備。

實現(xiàn)真正I/O操作：OS依據(jù)用戶請求，經(jīng)過詳細設(shè)備驅(qū)動程序，開啟外設(shè)，進行實際I/O操作；操作完成就通知用戶進程，由設(shè)備中止服務(wù)程序完成善后工作。其它功效：管理緩沖區(qū)，CPU與I/O設(shè)備經(jīng)過緩沖區(qū)傳送數(shù)據(jù)，以處理高速CPU與慢速外設(shè)之間矛盾。OS有專門軟件管理緩沖區(qū)分配與回收。第9頁§5.2I/O控制方式一、設(shè)備控制器

每種I/O設(shè)備都要經(jīng)過設(shè)備控制器與CPU相連。設(shè)備控制器是CPU與I/O設(shè)備間接口，處于CPU與外設(shè)之間。系統(tǒng)總線CPU內(nèi)存磁盤控制器打印機控制器HD打印機…微機I/O設(shè)備經(jīng)過總線與CPU連接第10頁設(shè)備控制器基本功效

接收和識別命令2)數(shù)據(jù)交換3)標識和匯報設(shè)備狀態(tài)4)地址識別5)數(shù)據(jù)緩沖6)差錯控制第11頁§5.2I/O控制方式設(shè)備控制器組成第12頁§5.2I/O控制方式設(shè)備控制器經(jīng)過自己內(nèi)部存放器與CPU通信數(shù)據(jù)存放器存放傳輸來數(shù)據(jù)狀態(tài)存放器存放外設(shè)狀態(tài)，供CPU測試控制存放器存放CPU發(fā)出操作命令與參數(shù)OS把命令以及參數(shù)寫入控制存放器，外設(shè)據(jù)此實現(xiàn)I/O設(shè)備控制器接收CPUI/O命令后，就獨立于CPU控制外設(shè)去完成命令指定任務(wù)，這時外設(shè)與CPU并行，即在外設(shè)I/O同時，CPU在運行其它進程。第13頁§5.2I/O控制方式外設(shè)完成所要求I/O任務(wù)后，要通知CPU。I/O控制方式有四種：早期采取“被動式”，控制器設(shè)置一個完成標志，等候CPU來查詢，即程序直接控制方式?，F(xiàn)在采取“主動式”，即經(jīng)過中止方式主動通知CPU，讓CPU來進行處理，即中止控制方式。

直接存放器存取方式（DMA）和通道控制方式也是基于中止主動型數(shù)據(jù)傳輸控制方式。第14頁§5.2I/O控制方式二、程序直接控制方式向控制器發(fā)讀命令讀控制器狀態(tài)檢驗狀態(tài)從控制器中讀入字向存放器中寫字傳送完成？犯錯未就緒未完成完成下條指令CPU→I/OI/O→CPUI/O→CPUCPU→內(nèi)存就緒以讀為例，說明程序直接控制I/O方式第15頁§5.2I/O控制方式評價：在程序I/O方式中，因為CPU高速與I/O設(shè)備低速，使得CPU絕大部分時間，都處于等候外設(shè)完成數(shù)據(jù)I/O循環(huán)測試之中，造成CPU極大浪費。另外，CPU與I/O設(shè)備只能串行工作，整個計算機系統(tǒng)效率低下。第16頁§5.2I/O控制方式三、中止方式以讀為例，說明中止控制I/O方式向控制器發(fā)讀命令讀控制器狀態(tài)檢驗狀態(tài)從控制器中讀入字向內(nèi)存中寫字傳送完成？犯錯未完成完成下條指令CPU→I/OI/O→CPUI/O→CPUCPU→內(nèi)存就緒CPU做其它事中止完成信號第17頁§5.2I/O控制方式中止方式說明：1.某一進程處于執(zhí)行狀態(tài)，經(jīng)過CPU向外設(shè)控制器發(fā)出I/O指令；該進程隨即阻塞，等候I/O完成；

OS馬上將CPU調(diào)度給其它進程使用；而外設(shè)控制器得到指令后，就獨立于CPU進行指令要求操作；如此，CPU與I/O并行工作。2.當外設(shè)I/O操作完成，設(shè)備控制器馬上向CPU發(fā)中止完成信號；

CPU接到信號響應(yīng)該中止，馬上轉(zhuǎn)中止處理程序；由中止處理程序把數(shù)據(jù)從設(shè)備控制器傳送到內(nèi)存。3.被阻塞進程在I/O完成后，狀態(tài)即轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w，等候OS調(diào)度，以執(zhí)行余下程序。第18頁§5.2I/O控制方式四、直接存放器存取方式以上介紹程序控制方式和中止方式，主機與外設(shè)進行數(shù)據(jù)傳送都是以CPU為中心組織。CPUI/O設(shè)備內(nèi)存DMA（DirectMemoryAccess）DMA方式在外設(shè)與內(nèi)存之間開辟了直接交換數(shù)據(jù)通路，使用于磁盤等高速I/O設(shè)備。在DMA控制器控制下，內(nèi)存和外設(shè)直接進行成批數(shù)據(jù)快速傳送，不需要CPU加入。形成了以內(nèi)存為中心組織數(shù)據(jù)傳送。內(nèi)存CPUI/O設(shè)備第19頁§5.2I/O控制方式DMA傳輸數(shù)據(jù)步驟：1.一進程請求設(shè)備I/O，CPU做以下事：內(nèi)存起始地址→DMA控制器地址存放器傳輸字節(jié)數(shù)→DMA控制器字節(jié)計數(shù)器開啟DMA控制器2.該進程阻塞，等候I/O完成3.DMA與內(nèi)存進行數(shù)據(jù)傳輸，成批數(shù)據(jù)傳送由字節(jié)計數(shù)器計算控制4.傳輸完，向CPU發(fā)中止完成信號5.CPU接收DMA中止請求，轉(zhuǎn)中止處理程序6.數(shù)據(jù)傳送完成，喚醒被阻塞進程第20頁§5.2I/O控制方式第21頁§5.2I/O控制方式五、通道方式通道介紹：獨立于CPU、專門用作管理I/O處理機，控制設(shè)備與內(nèi)存直接進行數(shù)據(jù)交換通道有自己指令系統(tǒng)，數(shù)量不多，僅包括讀、寫、查詢、控制等功效；用以編寫通道程序采取通道系統(tǒng)中，主機與通道相連，通道與設(shè)備控制器相連，設(shè)備控制器與設(shè)備相連第22頁§5.2I/O控制方式CPU通道設(shè)備控制器設(shè)備控制器設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備…第23頁§5.2I/O控制方式通道方式工作步驟：一進程提出I/O請求，CPU把數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)交給通道（指明操作方向、設(shè)備號、通道號）該進程阻塞，CPU隨即被調(diào)度給其它進程通道按CPU發(fā)來開啟命令，調(diào)用通道程序執(zhí)行（這時通道與CPU并行工作），外設(shè)在通道程序要求下，與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸完成，通道向CPU發(fā)中止請求CPU響應(yīng)中止，轉(zhuǎn)中止處理程序，對I/O作善后處理，喚醒被阻塞進程成就緒態(tài)。第24頁§5.3設(shè)備分配在OS統(tǒng)一管理下，用戶進程使用設(shè)備，須先提出I/O請求，由OS設(shè)備管理程序進行分配。設(shè)備分配與以下原因相關(guān)：設(shè)備屬性系統(tǒng)采取分配算法與設(shè)備無關(guān)性標準設(shè)備分配安全性第25頁§5.3設(shè)備分配一、設(shè)備屬性1.獨占設(shè)備：使用上含有排它性設(shè)備，如打印機。分配策略：系統(tǒng)一旦將該類設(shè)備分配給指定進程，就由它獨占使用，直到用畢釋放。2.共享設(shè)備：如磁盤，這類設(shè)備可由多個進程同時使用，在時間上則是交叉對設(shè)備進行存取訪問。系統(tǒng)對共享設(shè)備不進行分配，而是對這一類I/O請求進行調(diào)度。第26頁§5.3設(shè)備分配3.虛擬設(shè)備：在大容量磁盤支持下，用軟件技術(shù)對獨占設(shè)備進行改造，使得用戶在使用獨占設(shè)備時，感覺上認為不用同其它進程競爭，便可方便地取得獨占設(shè)備。

Spooling技術(shù)就是一個經(jīng)典實現(xiàn)虛擬設(shè)備系統(tǒng)。第27頁§5.3設(shè)備分配二、Spooling技術(shù)什么是Spooling：引入了多道程序技術(shù)后，利用其中一道程序，來模擬脫機輸入時外圍控制機功效，把低速I/O設(shè)備上數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；再用另一道程序來模擬脫機輸出時外圍控制機功效，把數(shù)據(jù)從磁盤傳送到低速輸出設(shè)備上。在主機直接控制下，實現(xiàn)脫機輸入、輸出功效，這種在聯(lián)機情況下實現(xiàn)同時外圍操作稱為SPOOLing，或稱為假脫機操作。

第28頁§5.3設(shè)備分配輸入井輸出井輸出設(shè)備SPOOLing系統(tǒng)工作示意磁盤輸入設(shè)備輸入進程輸出緩沖區(qū)輸出進程輸入緩沖區(qū)內(nèi)存第29頁§5.3設(shè)備分配SPOOLing系統(tǒng)由3部分組成：輸入井與輸出井

硬盤上2大存放空間

—輸入井：用于收容I/O設(shè)備輸入數(shù)據(jù)

—輸出井：用于收容用戶程序輸出數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)與輸出緩沖區(qū)

內(nèi)存中開辟2個緩沖區(qū)

—輸入緩沖區(qū)：用于暫存由輸入設(shè)備送來數(shù)據(jù)，以后再傳送輸入井

—輸出緩沖區(qū)：用于暫存由輸出井送來數(shù)據(jù)，以后再傳送輸出設(shè)備第30頁§5.3設(shè)備分配輸入程序與輸出程序

—輸入進程將用戶要求輸入數(shù)據(jù)，從輸入設(shè)備

輸入緩沖區(qū)

輸入井，當CPU需要輸入數(shù)據(jù)時，直接從輸入井讀入內(nèi)存。

—輸出進程將用戶要求輸出數(shù)據(jù)，從內(nèi)存

輸出井

輸出緩沖區(qū)（當輸出設(shè)備空閑時）

輸出設(shè)備。第31頁§5.3設(shè)備分配系統(tǒng)對用戶請求處理當用戶請求打印輸出時，SPOOLing系統(tǒng)中輸出進程做以下2件事：A）

在輸出井申請一空閑盤塊區(qū)

將要打印數(shù)據(jù)送入其中B）

為用戶申請空白用戶請求打印表

將用戶打印請求填入表中

把該表掛到請求打印隊列上。如還有其它進程提出打印請求，系統(tǒng)一概接收請求，一樣做上述2件事。以共享打印機為例說明SPOOLing系統(tǒng)工作過程第32頁§5.3設(shè)備分配系統(tǒng)對詳細輸出處理

如打印機空閑，輸出進程做以下操作：

從請求打印隊列隊首取出請求打印表

將打印數(shù)據(jù)從輸出井送內(nèi)存輸出緩沖區(qū)

打印機執(zhí)行打印操作

打印完即檢驗打印隊列是否還有請求表

若有，取出現(xiàn)時隊首請求表，繼續(xù)上述操作若無，即打印隊列空，輸出進程阻塞自己

等再有打印請求才被喚醒第33頁§5.3設(shè)備分配SPOOLing系統(tǒng)特點：將獨占設(shè)備改造為共享設(shè)備，實現(xiàn)了虛擬設(shè)備功效。OS以大容量共享設(shè)備—磁盤、多道程序技術(shù)為依靠，用軟件技術(shù)來改造獨享設(shè)備，使用戶在感覺上認為他們使用是共享設(shè)備。宏觀上看，多個進程能同時使用一臺獨占設(shè)備，從每一個進程看，都認為自己獨占了一個設(shè)備（邏輯設(shè)備）。提升了I/O速度。從請求打印進程角度看，其輸出數(shù)據(jù)實質(zhì)上是送到輸出井，極其快速。

第34頁§5.3設(shè)備分配三、設(shè)備分配方法設(shè)備分配2種方式：靜態(tài)分配方式在用戶進程創(chuàng)建時，OS便一次性地把進程運行所要求全部設(shè)備都分配給它，并由該進程占有，直到進程撤消。不會死鎖，但設(shè)備利用率極其低下。動態(tài)分配方式在進程執(zhí)行過程中，隨時依據(jù)需要，向系統(tǒng)提出設(shè)備請求，由系統(tǒng)依據(jù)一定算法給進程分配設(shè)備，用戶進程用完設(shè)備，即予釋放。有利于提升設(shè)備利用率，但分配不妥即有死鎖可能。第35頁§5.3設(shè)備分配動態(tài)分配算法：先來先服務(wù)對于多個請求某類設(shè)備用戶進程，系統(tǒng)按其發(fā)出請求先后次序，使它們在設(shè)備請求隊列里排隊，并把設(shè)備分配給隊列前列者。優(yōu)先級高者優(yōu)先進入設(shè)備請求隊列進程，按優(yōu)先級排隊，優(yōu)先級相同，則按抵達先后排，系統(tǒng)總是把設(shè)備分配給隊列首進程使用。第36頁§5.3設(shè)備分配四、設(shè)備無關(guān)性(設(shè)備獨立性)基本含義：

應(yīng)用程序獨立于詳細使用物理設(shè)備。用戶程序中要用到外設(shè)時，不須指定詳細哪一臺設(shè)備，而用邏輯設(shè)備名來代替，這么用戶程序就與實際使用物理設(shè)備無關(guān)；執(zhí)行程序時，由系統(tǒng)進行邏輯設(shè)備到詳細物理設(shè)備轉(zhuǎn)換。第37頁§5.3設(shè)備分配與設(shè)備無關(guān)性帶來好處：假如在程序中指定詳細物理設(shè)備，則當該設(shè)備已經(jīng)分配，或正在維修，而此時盡管有同類設(shè)備空閑，可供分配，則該進程也只能阻塞等候。易于實現(xiàn)I/O重定向。在編程時不詳細指定詳細物理設(shè)備，當系統(tǒng)中設(shè)備變更，用戶程序就不用修改。第38頁§5.3設(shè)備分配五、設(shè)備管理采取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)備表SDT（SystemDeviceTable）整個系統(tǒng)一張，統(tǒng)計了系統(tǒng)中全部外設(shè)，每類設(shè)備占一個表項。設(shè)備控制表DCT（DeviceControlTable）系統(tǒng)中每臺設(shè)備一個，其中隨時統(tǒng)計了該設(shè)備基本信息（設(shè)備狀態(tài)、等候使用該設(shè)備阻塞進程等）?？刂破骺刂票鞢OCT通道控制表CHCT第39頁§5.3設(shè)備分配I/O過程中，OS從SDT內(nèi)查得某設(shè)備表目，然后再轉(zhuǎn)到DCT取得詳細設(shè)備信息。SDT第40頁§5.4緩沖管理

OS采取緩沖是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)I/O操作，緩解CPU與外部設(shè)備之間速度不匹配矛盾，提升資源利用率。凡是數(shù)據(jù)抵達和離去速度不匹配地方均可采取緩沖技術(shù)，幾乎全部外設(shè)在與CPU交換數(shù)據(jù)時，都使用了緩沖區(qū)。第41頁§5.4緩沖管理實現(xiàn)緩沖2種方法：

—硬緩沖：在設(shè)備中設(shè)置緩沖區(qū)，安置硬件存放器，如設(shè)備控制器中數(shù)據(jù)存放器

—軟緩沖：在內(nèi)存中開辟一個空間，作為專用I/O緩沖區(qū)，存放I/O數(shù)據(jù)

主要采取軟緩沖第42頁§5.4緩沖管理緩沖四種類型單緩沖為I/O設(shè)備設(shè)置單個緩沖區(qū)產(chǎn)生數(shù)據(jù)進程與接收數(shù)據(jù)進程不直接傳遞，而是經(jīng)過單個緩沖。緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)缺點：發(fā)送者與接收者不能并行工作。發(fā)送者與接收者速度不匹配，造成大量等候時間。第43頁§5.4緩沖管理雙緩沖為I/O設(shè)備設(shè)置兩個緩沖區(qū)發(fā)送者和接收者可交替使用2個緩沖區(qū)，這么，發(fā)送和接收可并行工作。當二者速度相差很大時，還是有等候現(xiàn)象出現(xiàn)。緩沖區(qū)1發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)2第44頁§5.4緩沖管理多緩沖為相同類型I/O設(shè)備設(shè)置兩個公共緩沖隊列，一個用于輸入，另一個用于輸出。當輸入設(shè)備進行輸入時，就取輸入緩沖隊列指針所指向緩沖使用，設(shè)備用完后償還緩沖。指針則前行指向下一個，整個緩沖隊列循環(huán)使用。當輸出設(shè)備進行輸出時，就取輸出緩沖隊列指針所指向緩沖使用，用完后償還緩沖。緩沖區(qū)輸入緩沖指針緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)輸出緩沖指針緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)……第45頁§5.4緩沖管理緩沖池整個緩沖區(qū)由n個單位緩沖組成，每個緩沖既可用于輸入，也可用于輸出；全部單位緩沖可供多個進程共享。有4個基本工作方式：收容輸入、提取輸入、收容輸出、提取輸出有4種工作緩沖：hin、sin、hout、soutCPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備緩沖池收容輸入提取輸出提取輸入收容輸出hinsinsouthout……第46頁§5.5I/O處理過程依據(jù)OS提供命令形式，由用戶程序發(fā)出I/O請求；I/O管理程序（與設(shè)備無關(guān)系統(tǒng)軟件）接收請求；實現(xiàn)抽象接口到物理接口轉(zhuǎn)化，獨立于詳細設(shè)備；設(shè)備驅(qū)動程序詳細完成要求I/O操作；設(shè)備中止處理程序處理該請求。第47頁§5.5I/O處理過程I/O軟件按分層思想組成。較低層軟件要使較高層軟件獨立于硬件特征；較高層軟件則要向用戶提供一個簡單、功效更強接口，讓用戶能方便使用外設(shè)。第48頁§5.5I/O處理過程用戶進程I/O管理程序設(shè)備驅(qū)動程序…READ(input,buffer,n)…buffer(緩沖區(qū))—阻塞調(diào)用進程—驗證I/O請求—調(diào)用驅(qū)動程序—校驗設(shè)備狀態(tài)—激活調(diào)用進程I/O請求—初始化并開啟I/O—設(shè)備控制器完成I/O—全部完成返回I/O管理程序—驅(qū)動程序阻塞中止處理程序外設(shè)主機中止完成信號調(diào)用中止程序—喚醒驅(qū)動程序—保護中止現(xiàn)場—設(shè)備中止處理程序—恢復現(xiàn)場—未全完成再次調(diào)用驅(qū)動程序第49頁§5.5I/O處理過程一、I/O請求提出I/O請求來自于用戶進程。假設(shè)程序中命令形式為：

READ(input，buffer，n)即從輸入設(shè)備input讀入n個數(shù)據(jù)到buffer所指緩沖區(qū)OS即依據(jù)命令調(diào)用I/O管理程序，并將命令中參數(shù)傳遞給I/O管理程序第50頁§5.5I/O處理過程二、OS對I/O請求管理I/O管理程序負責管理用戶I/O請求。I/O管理程序有3方面功效：

—接收用戶I/O請求

—把I/O請求交設(shè)備驅(qū)動程序?qū)嶋H完成

—I/O完成后善后處理第51頁§5.5I/O處理過程詳細步驟：接收用戶進程I/O請求用戶請求進程阻塞，進入相關(guān)阻塞隊列，等候I/O完成如設(shè)備空閑，就分配給該進程使用調(diào)用對應(yīng)設(shè)備驅(qū)動程序，控制轉(zhuǎn)移到驅(qū)動程序，由驅(qū)動程序完成詳細I/O操作I/O操作完成，控制返回I/O管理程序把等候I/O完成進程狀態(tài)由阻塞改為就緒，參加CPU競爭

第52頁§5.5I/O處理過程三、I/O詳細實現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動程序是直接驅(qū)動I/O設(shè)備進行輸入輸出操作軟件，它屬于與設(shè)備控制器直接聯(lián)絡(luò)I/O軟件部分。驅(qū)動程序+設(shè)備中止處理程序當I/O管理程序調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序后，控制就轉(zhuǎn)移到驅(qū)動程序，其操作以下：讀設(shè)備狀態(tài)，如空閑，就向設(shè)備發(fā)出I/O硬指令，開啟一個I/O操作

[多道程序環(huán)境里，驅(qū)動程序一旦開啟I/O操作，就讓出CPU控制權(quán)，這么外設(shè)進行I/O同時，CPU就脫身做其它事情，此即I/O與CPU并行操作]設(shè)備完成一次I/O操作，發(fā)中止完成信號給CPU，CPU即調(diào)用該設(shè)備中止處理程序

第53頁§5.5I/O處理過程

中止處理程序被調(diào)用，即做以下事情：保護中止現(xiàn)場按I/O請求傳輸數(shù)據(jù)（如是輸入操作，就把外設(shè)剛輸入數(shù)據(jù)送入指定緩沖區(qū)）判斷I/O是否完成：

—如未完成，則再次調(diào)用驅(qū)動程序，開啟外設(shè)，又一次輸入/輸出

—如已完成，則從驅(qū)動程序轉(zhuǎn)I/O管理程序，進行I/O善后工作恢復現(xiàn)場第54頁§5.5I/O處理過程例：讀硬盤文件用戶程序發(fā)命令，讀一硬盤文件I/O管理程序接收請求調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序，向I/O硬件發(fā)請求用戶進程阻塞，等候讀操作完成磁盤操作完成，硬件發(fā)中止完成信號轉(zhuǎn)入中止處理程序中止處理程序查中止原因查得磁盤讀操作完成，喚醒用戶進程取回讀得信息用戶進程得到所需文件后，繼續(xù)運行第55頁磁盤結(jié)構(gòu)磁盤由兩部分組成：盤片，存放信息載體；驅(qū)動器，包含磁頭、讀/寫電路、機械部分磁盤特點：存放容量大，存取速度快，能隨機存取一個磁盤由一個或多個盤片組成，每個盤片有2個盤面；每個盤面一個讀/寫磁頭，進行內(nèi)外運動；§5.6磁盤存放器管理第56頁柱面扇區(qū)磁臂磁頭第57頁磁盤地址由柱面號、磁頭號、扇區(qū)號組合而成。柱面：每個盤面有許多同心圓組成磁道，從0開始由外向里次序編號，不一樣盤面上相同編號磁道形成一個柱面。磁頭：每個盤面所對應(yīng)讀/寫磁頭由上到下次序編號，從0始。扇區(qū)：每條磁道分成若干個扇區(qū)，每個扇區(qū)存放信息存放量相等。每個扇區(qū)大小相當于一個盤塊。盤塊是磁盤與內(nèi)存進行信息交換基本單位。柱面扇區(qū)第58頁柱面扇區(qū)磁盤工作概況：為完成一個磁盤I/O任務(wù)，依據(jù)給定地址先把移動臂(磁頭)移動到某柱面(磁道)；等候指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭位置下；讓指定磁頭進行讀/寫。如此，一次磁盤I/O需花費：尋道時間：磁頭移動到磁道；等候時間：扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭；傳輸時間：磁頭讀/寫。為提升磁盤效率，關(guān)鍵在于移動臂調(diào)度，即移臂調(diào)度，也叫磁盤調(diào)度。移動臂第59頁§5.6磁盤存放器管理磁盤調(diào)度：依據(jù)用戶磁盤I/O指令指定磁道位置，來決定請求執(zhí)行次序調(diào)度。目標：盡可能降低尋道時間，即降低移動臂移動距離。磁盤調(diào)度策略：先來先服務(wù)（FCFS）策略最短尋道時間優(yōu)先（SSTF）策略掃描（SCAN）策略（電梯策略）循環(huán)掃描（CSCAN）策略（單向掃描策略）第60頁§5.6磁盤存放器管理

例：請求次序：98,183,37,122,14,124,65,67最短尋道時間優(yōu)先策略：把距離磁頭當前位置最近I/O請求作為下一次調(diào)度對象。掃描策略：按移動臂移動方向選擇距離磁頭當前位置最近I/O請求作為下一次調(diào)度對象。假如該方向上已經(jīng)沒有I/O請求，則改變方向再做選擇。循環(huán)掃描策略：磁頭從外往里移動，碰到有I/O請求就進行處理，直到抵達最終一個請求磁道，然后移動臂馬上帶動磁頭不做任何服務(wù)地快速回到欲訪問最外磁道，又開始下一次掃描。

0143753656798122124183初始位置第61頁§5.6磁盤存放器管理先來先服務(wù)策略以I/O請求抵達先后作為磁盤調(diào)度次序例：假定讀/寫磁頭開始位于53號磁道，開始調(diào)度時有若干進程提出以下磁道I/O請求：

98,183,37,122,14,124,65,67458514685108110592經(jīng)計算共滑動了640個磁道；移動臂里外往返振動，效率低下。第62頁§5.