《操作系統(tǒng)》第5章IO設(shè)備管理課件

操作系統(tǒng)原理

PrinciplesofOperatingSystem

1結(jié)合實(shí)驗(yàn)淺談命令行接口的作用。結(jié)合實(shí)驗(yàn)淺談圖形接口的作用。結(jié)合實(shí)驗(yàn)淺談任務(wù)管理器。結(jié)合實(shí)驗(yàn)淺談資源管理器。結(jié)合實(shí)驗(yàn)淺談設(shè)備管理器。結(jié)合實(shí)驗(yàn)淺談控制面板。結(jié)合實(shí)驗(yàn)淺談資源管理。2第5章I/O設(shè)備管理

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的I/O設(shè)備種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)各異，特性各異，使用方法各異，用途各異。在許多方面它們總是計(jì)算機(jī)中最慢的部分，操作系統(tǒng)需要控制設(shè)備，向應(yīng)用程序提供各種功能。操作系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)的關(guān)鍵目標(biāo)之一就是向系統(tǒng)的其他部分提供盡可能簡(jiǎn)單的接口。3設(shè)備管理的重要性主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①CPU性能越高，輸入輸出設(shè)備性能同CPU性能不匹配的反差也越大。如何解決這一矛盾，而又盡量不降低處理機(jī)的性能。②I/O設(shè)備千變?nèi)f化，如何對(duì)它們實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理，從而方便用戶(hù)使用。③I/O設(shè)備能否及時(shí)將各種信息傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)發(fā)出的各種命令能否通過(guò)I/O設(shè)備及時(shí)傳送給執(zhí)行部件。④由設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)應(yīng)該是安全和保密的，數(shù)據(jù)不能被破壞或被泄露。多用戶(hù)多任務(wù)環(huán)境中的設(shè)備使用應(yīng)該通過(guò)協(xié)調(diào)，避免沖突，不能破壞設(shè)備。設(shè)備硬件工作過(guò)程和各種硬件連接模式的復(fù)雜性、多樣性導(dǎo)致了整個(gè)硬件I/O過(guò)程的復(fù)雜多樣，需要操作系統(tǒng)的進(jìn)一步配合來(lái)達(dá)到更高性能。45.1.2計(jì)算機(jī)I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5⑴按照所屬關(guān)系，可以將外部設(shè)備分為兩類(lèi):①系統(tǒng)設(shè)備:系統(tǒng)生成時(shí)就已經(jīng)登記的設(shè)備。如鍵盤(pán)、磁盤(pán)和顯示器等。②用戶(hù)設(shè)備:系統(tǒng)生成時(shí)未登記的設(shè)備。如移動(dòng)硬盤(pán)、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)等。⑵按傳輸?shù)男畔⑻攸c(diǎn)分類(lèi)，可以將外部設(shè)備分為兩類(lèi):①字符設(shè)備。這類(lèi)設(shè)備與內(nèi)存之間交換信息是以字符為單位來(lái)進(jìn)行的。如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等。②塊設(shè)備。這類(lèi)設(shè)備與內(nèi)存之間交換信息是以塊為單位來(lái)進(jìn)行的。如磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)等。③網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與塊設(shè)備和字符設(shè)備有所區(qū)別，用戶(hù)不能直接把數(shù)據(jù)交換到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，必須通過(guò)打開(kāi)內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的連接進(jìn)行間接通信。65.2.1程序I/O

控制寄存器有幾個(gè)重要的信息位：?jiǎn)?dòng)位、完成位、忙位。當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，由處理機(jī)向設(shè)備控制器發(fā)出一條I/O指令，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行輸入；在設(shè)備輸入數(shù)據(jù)期間，處理機(jī)通過(guò)循環(huán)執(zhí)行測(cè)試指令不間斷地檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)寄存器的值，當(dāng)狀態(tài)寄存器的值顯示設(shè)備輸入完成時(shí)，處理機(jī)將數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)取出，送入內(nèi)存指定單元，然后再啟動(dòng)設(shè)備讀下一個(gè)數(shù)據(jù)。反之，當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程需要向設(shè)備輸出數(shù)據(jù)時(shí)，同樣必須用啟動(dòng)命令啟動(dòng)設(shè)備輸出，并等待輸出操作完成。程序直接控制方式的工作過(guò)程非常簡(jiǎn)單，但在循環(huán)測(cè)試中浪費(fèi)了大量的CPU處理時(shí)間，所以CPU的利用率相當(dāng)?shù)汀?5.2.2中斷技術(shù)

采用中斷控制方式具有以下好處：①CPU與外設(shè)在大部分時(shí)間內(nèi)并行工作，有效地提高了計(jì)算機(jī)的效率。CPU啟動(dòng)外設(shè)后，不需要查詢(xún)其工作狀態(tài)，可繼續(xù)執(zhí)行主程序，因此兩者可并行工作。等外設(shè)將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，主動(dòng)申請(qǐng)中斷CPU的工作，請(qǐng)求服務(wù)。②具有實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，可適用于實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合。外部中斷源始終處于主動(dòng)地位，隨時(shí)可請(qǐng)求CPU為其服務(wù)?？杀ＷC實(shí)時(shí)控制中現(xiàn)場(chǎng)的許多實(shí)時(shí)信息隨時(shí)得到響應(yīng)。③及時(shí)處理異常情況，提高計(jì)算機(jī)的可靠性。計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，有可能出現(xiàn)一些意想不到的情況或發(fā)生一些故障。利用中斷功能就可以及時(shí)進(jìn)行處理，而不至于造成無(wú)可挽回的局面。10中斷控制方式的處理過(guò)程如下：①CPU通過(guò)總線(xiàn)發(fā)出命令，啟動(dòng)外設(shè)工作，當(dāng)前進(jìn)程阻塞，調(diào)度程序調(diào)度其他進(jìn)程。②外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，將中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置位。③若此時(shí)接口中斷屏蔽觸發(fā)器狀態(tài)為非屏蔽狀態(tài)，則接口向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求(IR)。④CPU接受中斷請(qǐng)求，且中斷為允許中斷狀態(tài)，則中斷判優(yōu)電路工作。⑤中斷判優(yōu)電路對(duì)優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求給予響應(yīng)，CPU中斷正在執(zhí)行的其他進(jìn)程，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序。在I/O設(shè)備輸入每個(gè)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，由于無(wú)須CPU干預(yù)，因而可使CPU與I/O設(shè)備并行工作。僅當(dāng)輸完一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，才需CPU花費(fèi)極短的時(shí)間去做些中斷處理?？梢?jiàn)，這樣可使CPU和I/O設(shè)備都處于忙碌狀態(tài)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量。115.2.3DMA技術(shù)

用中斷方式交換數(shù)據(jù)時(shí)，每處理一次I/O數(shù)據(jù)交換，都會(huì)耗去一定的CPU處理時(shí)間，對(duì)于一些高速的外圍設(shè)備，以及成組交換數(shù)據(jù)的情形來(lái)說(shuō)，仍然顯得速度太慢。采用DMA方式可以解決這一問(wèn)題。DMA是直接存儲(chǔ)器存取(DirectMemoryAccess，DMA)的縮寫(xiě)，它是一種完全由硬件執(zhí)行I/O數(shù)據(jù)交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器(DMAC)從CPU完全接管對(duì)總線(xiàn)的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò)CPU而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進(jìn)行。采用DMA方式工作時(shí)，由DMA控制器向內(nèi)存發(fā)出地址和控制信號(hào)，進(jìn)行地址修改，對(duì)傳送字的個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，并且以中斷方式向CPU報(bào)告?zhèn)魉筒僮鹘Y(jié)束。DMA方式的數(shù)據(jù)傳送結(jié)構(gòu)如圖所示。12DMA方式的數(shù)據(jù)塊傳送過(guò)程可分為三個(gè)階段：傳送前預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳送、傳送后處理。①預(yù)處理階段：由CPU執(zhí)行I/O指令，對(duì)DMAC進(jìn)行初始化與啟動(dòng)。②數(shù)據(jù)傳送階段：由DMAC控制總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，發(fā)DMA請(qǐng)求，CPU當(dāng)前機(jī)器周期結(jié)束，響應(yīng)DMA，DMAC從CPU接管總線(xiàn)的控制權(quán)，完成對(duì)內(nèi)存尋址，決定數(shù)據(jù)傳送的內(nèi)存單元地址，對(duì)數(shù)據(jù)傳送字進(jìn)行計(jì)數(shù)，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的操作。③后處理階段：傳送結(jié)束，DMAC向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，報(bào)告DMA操作結(jié)束。CPU響應(yīng)，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，完成DMA結(jié)束處理工作，包括校驗(yàn)數(shù)據(jù)，決定是否結(jié)束傳送等。DMA方式優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：操作均由硬件電路實(shí)現(xiàn)，傳輸速度快，CPU僅在初始化和結(jié)束時(shí)參與，基本上不干預(yù)數(shù)據(jù)傳送，可以減少大批量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)CPU的開(kāi)銷(xiāo)；CPU與外設(shè)并行工作，效率高。缺點(diǎn)：DMA方式也有一定的局限性，這是因?yàn)镈MA方式在初始化和結(jié)束時(shí)仍由CPU控制，DMA方式竊取了CPU的時(shí)鐘周期，使得CPU處理的效率下降，為此可以采用CPU和DMA交替訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存的方法，通過(guò)硬件線(xiàn)路分時(shí)地控制這兩者對(duì)總線(xiàn)的使用權(quán)，來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。135.2.4通道技術(shù)

現(xiàn)代大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的處理I/O操作的處理機(jī)，并把這種處理機(jī)稱(chēng)為通道（Channel）。①字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道是一種簡(jiǎn)單的共享通道，適用于連接慢速的字符設(shè)備，如打印機(jī)、終端等設(shè)備。字節(jié)多路通道在時(shí)間片分時(shí)的基礎(chǔ)上為多臺(tái)低速和中速設(shè)備服務(wù)，它的主要特點(diǎn)是：各設(shè)備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交替進(jìn)行的，各設(shè)備輪流占用一個(gè)很短的時(shí)間片，不同的設(shè)備在各自的時(shí)間片內(nèi)經(jīng)過(guò)通道執(zhí)行各自的數(shù)據(jù)傳送操作。②選擇通道選擇通道是一種高速通道，適用于連接高速I(mǎi)/O設(shè)備，如磁盤(pán)、磁帶等，信息以數(shù)據(jù)塊為單位高速傳輸。在物理上它可以連接多個(gè)設(shè)備，但是這些設(shè)備不能同時(shí)工作。在某一段時(shí)間內(nèi)，通道只能選擇一個(gè)設(shè)備進(jìn)行工作，即使暫時(shí)出現(xiàn)空閑，也不允許其他設(shè)備使用，直到該設(shè)備傳送完成后才讓出通道。選擇通道的優(yōu)點(diǎn)是以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳輸，傳輸率高；缺點(diǎn)是通道利用率低。14③數(shù)組多路通道數(shù)組多路通道是對(duì)選擇通道的一種改進(jìn)，綜合了字節(jié)多路通道分時(shí)工作和選擇通道傳送速率高的特點(diǎn)。適用于連接高速I(mǎi)/O設(shè)備，如磁盤(pán)、磁帶等。數(shù)組多路通道的工作原理如下：當(dāng)某設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通道只為該設(shè)備服務(wù)；當(dāng)設(shè)備在執(zhí)行尋址等控制性動(dòng)作時(shí)，通道暫時(shí)斷開(kāi)與這個(gè)設(shè)備的連接，掛起該設(shè)備的通道程序，去為其他設(shè)備服務(wù)，即執(zhí)行其他設(shè)備的通道程序。其優(yōu)點(diǎn)是同選擇通道一樣，以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳輸，傳輸率高。同時(shí)又具有多路并行操作的能力，通道利用率高。缺點(diǎn)是控制復(fù)雜。通道是一個(gè)特殊功能的處理機(jī)，它有自己的指令和程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的統(tǒng)一管理和外圍設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送。通道的工作過(guò)程為：①根據(jù)CAW，從內(nèi)存取出通道指令，送入通道控制字寄存器（CCW），并修改CAW，使其指向下一條通道指令。②執(zhí)行CCW中的通道指令，進(jìn)行實(shí)際的I/O操作，執(zhí)行完畢后，如果還有下一條指令，則返回前一步，否則轉(zhuǎn)下一步。③發(fā)出中斷信號(hào)通知CPU通道程序已執(zhí)行完成。155.3緩沖管理

在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，幾乎所有的I/O設(shè)備在與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)時(shí)，都使用緩沖區(qū)。緩沖是用來(lái)平滑I/O請(qǐng)求的峰值的一種技術(shù)，引入緩沖的主要原因是：①改善CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配和負(fù)荷不均衡的矛盾。②減少對(duì)CPU的中斷頻率，放寬對(duì)中斷響應(yīng)時(shí)間的限制。③以空間換取時(shí)間，提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行性。④在設(shè)備使用不均衡時(shí)緩沖區(qū)起到平滑作用。165.3.2緩沖區(qū)的種類(lèi)

1.單緩沖單緩沖是操作系統(tǒng)提供的最簡(jiǎn)單的緩沖區(qū)形式，單緩沖（singlebuffering）是I/O設(shè)備與內(nèi)存之間共用一個(gè)緩沖區(qū)的緩沖技術(shù)。如圖所示，給出了使用單緩沖和不使用緩沖之間的性能比較。假設(shè)T是輸入一塊所需要的時(shí)間，C是輸入請(qǐng)求之間的計(jì)算時(shí)間。如果沒(méi)有緩沖，每塊的執(zhí)行時(shí)間為T(mén)+C。如果有一個(gè)緩沖區(qū)執(zhí)行時(shí)間為max[T,C]+M，其中M是把數(shù)據(jù)從系統(tǒng)緩沖區(qū)移到用戶(hù)存儲(chǔ)空間所需要的時(shí)間。我們可以得出結(jié)論使用單緩沖系統(tǒng)比不使用緩沖系統(tǒng)的效率高。單緩沖（SingleBuffer）是I/O設(shè)備與內(nèi)存之間共用一個(gè)緩沖區(qū)的緩沖技術(shù)。它適用于數(shù)據(jù)的到達(dá)率與離去率相差很大的情況下。緩沖區(qū)被看作臨界資源，對(duì)緩沖區(qū)的讀/寫(xiě)操作要互斥進(jìn)行。172.雙緩沖對(duì)于面向塊的傳送，我們可以粗略地估計(jì)執(zhí)行時(shí)間為max[T,C]。因此，如果C≤T，就有可能使面向塊的設(shè)備全速進(jìn)行；另一方面，如果C>T，雙緩沖能確保該進(jìn)程不需要等待I/O。在任何一種情況下，比單緩沖都有所提高。兩個(gè)緩沖區(qū)交替使用，使CPU與I/O設(shè)備并行性進(jìn)一步提高。雙緩沖（DoubleBuffer）是為I/O設(shè)備與內(nèi)存之間分配兩個(gè)緩沖區(qū)的緩沖技術(shù)。在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，輸入設(shè)備先填滿(mǎn)緩沖區(qū)1，進(jìn)程從緩沖區(qū)1取走數(shù)據(jù)的同時(shí)，輸入設(shè)備繼續(xù)填充緩沖區(qū)2。當(dāng)緩沖區(qū)1空出來(lái)時(shí)，進(jìn)程又可以從緩沖區(qū)2得到數(shù)據(jù)。兩個(gè)緩沖區(qū)交替使用，使CPU與I/O設(shè)備并行性進(jìn)一步提高。如果數(shù)據(jù)的到達(dá)率和離去率相差不太大時(shí)，利用雙緩沖技術(shù)效果非常好。183.循環(huán)緩沖雙緩沖方案可以平滑I/O設(shè)備和進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)流。如果某個(gè)特定進(jìn)程的性能是關(guān)注的焦點(diǎn)，常常會(huì)希望相關(guān)I/O操作能夠跟得上這個(gè)進(jìn)程。如果進(jìn)程突然快速執(zhí)行大量的I/O，僅有雙緩沖就不夠了，在這種情況下，如圖5-7所示,通常使用多個(gè)緩沖區(qū)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這組緩沖區(qū)自身被稱(chēng)作循環(huán)緩沖區(qū)（circularbuffering），其中的每一個(gè)緩沖區(qū)是這個(gè)循環(huán)緩沖區(qū)的一個(gè)單元。通常系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)的特征為陣發(fā)性和隨機(jī)性。在這種情況下，雙緩沖的效果則不夠理想，但可以增加緩沖區(qū)數(shù)量而使情況有所改善。因此，引入了多緩沖，并將多緩沖組織成循環(huán)緩沖（CircularBuffer）形式。195.4設(shè)備的分配

5.4.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5.4.2設(shè)備分配的原則⒈獨(dú)占設(shè)備的分配將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備分配給某個(gè)進(jìn)程后，便一直由該進(jìn)程獨(dú)占，直至該進(jìn)程完成并釋放設(shè)備為止。在該進(jìn)程占用這個(gè)設(shè)備期間，即使設(shè)備空置不用，也不能再讓別的進(jìn)程使用。獨(dú)占設(shè)備每次只能分配給一個(gè)進(jìn)程使用，這種使用特性隱含著死鎖的必要條件，所以在考慮獨(dú)占設(shè)備的分配時(shí)，一定要結(jié)合有關(guān)防止和避免死鎖的安全算法。20用戶(hù)使用獨(dú)占設(shè)備的活動(dòng)如下：申請(qǐng)→使用→釋放。⑴申請(qǐng)，系統(tǒng)將設(shè)備分配給申請(qǐng)進(jìn)程，具體方法如下：①根據(jù)申請(qǐng)的設(shè)備類(lèi)型查詢(xún)系統(tǒng)設(shè)備表，找到對(duì)應(yīng)入口。②P(Sm)。③查找對(duì)應(yīng)的設(shè)備表，找到一個(gè)空閑設(shè)備并分配。⑵使用，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)到設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成一次I/0傳輸。⑶釋放，系統(tǒng)將設(shè)備從占有進(jìn)程收回，具體方法如下：①根據(jù)釋放設(shè)備類(lèi)型查詢(xún)系統(tǒng)設(shè)備表，找到對(duì)應(yīng)入口。②查找對(duì)應(yīng)的設(shè)備表，找到要釋放的設(shè)備并釋放。③V(Sm)。212.共享設(shè)備的使用共享設(shè)備可由多個(gè)進(jìn)程同時(shí)共享的設(shè)備，例如硬盤(pán)。共享設(shè)備大多是高速、大容量的直接存取存儲(chǔ)設(shè)備。這類(lèi)設(shè)備不必分配，由多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用。用戶(hù)進(jìn)程對(duì)共享設(shè)備的使用，一般以文件方式存取。因此，通過(guò)文件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)按名來(lái)存取共享設(shè)備上的信息。⒊虛擬設(shè)備的使用 虛擬設(shè)備技術(shù)可以就把獨(dú)占設(shè)備改造成了共享設(shè)備，通過(guò)快速的共享的設(shè)備，把一臺(tái)低速物理獨(dú)占設(shè)備改造成為若干臺(tái)虛擬的同類(lèi)設(shè)備。從用戶(hù)觀(guān)點(diǎn)看，每個(gè)用戶(hù)都感到是系統(tǒng)為自己提供了一臺(tái)物理設(shè)備似的。因?yàn)樘摂M設(shè)備已屬于共享設(shè)備，因而也可采用共享策略，讓多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用。225.4.4設(shè)備分配策略與進(jìn)程的調(diào)度相似，設(shè)備的分配也需要一定的策略，通常采用先來(lái)先服務(wù)和高優(yōu)先級(jí)優(yōu)先等策略。先來(lái)先服務(wù)就是當(dāng)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)一個(gè)設(shè)備提出I/0請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)按照進(jìn)程提出請(qǐng)求的先后次序，把它們排成一個(gè)設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列，并且總是把設(shè)備首先分配給排在隊(duì)首的進(jìn)程使用。高優(yōu)先級(jí)優(yōu)先就是給每個(gè)進(jìn)程提出的I/O請(qǐng)求分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，在設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列中把優(yōu)先級(jí)高的請(qǐng)求排在前面，系統(tǒng)在設(shè)備空閑時(shí)，總是從隊(duì)首取下最高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程發(fā)出的I/O請(qǐng)求進(jìn)行設(shè)備分配。這與進(jìn)程調(diào)度的優(yōu)先算法是一致的。即進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)高，它的I/O請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)也優(yōu)先予以滿(mǎn)足，顯然有助于該進(jìn)程盡快完成，從而盡早釋放它所占有的系統(tǒng)資源。對(duì)于優(yōu)先級(jí)相同的I/O請(qǐng)求，則按先請(qǐng)求先服務(wù)的原則排隊(duì)。235.5虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備就是將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備改造成共享設(shè)備的一種行之有效的技術(shù)。這種技術(shù)是利用共享設(shè)備的空間，模擬獨(dú)占設(shè)備的功能。通過(guò)快速的共享的設(shè)備，把一臺(tái)低速獨(dú)占設(shè)備改造成為多臺(tái)虛擬的同類(lèi)設(shè)備，這種經(jīng)過(guò)虛擬技術(shù)改造后的設(shè)備，是一種邏輯上的，概念上的設(shè)備，我們稱(chēng)為虛擬設(shè)備。24

5.5.1虛擬光驅(qū)虛擬光驅(qū)(VirtualDrive)技術(shù)是利用硬盤(pán)的空間，模擬光驅(qū)的功能。它可以在系統(tǒng)中創(chuàng)建多個(gè)邏輯光驅(qū)。虛擬光驅(qū)具有讀盤(pán)速度快，無(wú)磨損，使用方便等特點(diǎn)。虛擬光驅(qū)主要有兩部分組成的：①虛擬光驅(qū)控制進(jìn)程是虛擬光驅(qū)的技術(shù)核心。②硬盤(pán)光盤(pán)柜，存放虛擬光驅(qū)文件（*.VCD）。虛擬光驅(qū)具體工作過(guò)程如下：?jiǎn)?dòng)虛擬光驅(qū)控制進(jìn)程。將經(jīng)常使用的光盤(pán)上軟件和資料壓縮成一個(gè)虛擬光驅(qū)文件（*.VCD）存放在硬盤(pán)光盤(pán)柜里。當(dāng)以后要使用此光盤(pán)的應(yīng)用程序時(shí)，不必再將光盤(pán)放入物理光驅(qū)中(沒(méi)有物理光驅(qū)亦可執(zhí)行)，更不需要等待光驅(qū)的緩慢啟動(dòng)，只需將虛擬光碟（虛擬光驅(qū)文件）載入虛擬邏輯光驅(qū)中即可執(zhí)行，既快速又方便。255.5.2SPOOLing技術(shù)

（SimultaneousPeripheralOperationsOnLine）技術(shù)。SPOOLing也稱(chēng)作假脫機(jī)操作。在多個(gè)進(jìn)程并發(fā)環(huán)境中，可利用其中一個(gè)進(jìn)程來(lái)模擬輸入時(shí)的外圍控制機(jī)的功能，控制低速I(mǎi)/O設(shè)備把輸入數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤(pán)上，供進(jìn)程輸入時(shí)快速提取。用另一個(gè)進(jìn)程來(lái)模擬輸出時(shí)外圍控制機(jī)的功能，把用戶(hù)程序的輸出數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤(pán)上，從磁盤(pán)傳送到低速的輸出設(shè)備上。這樣，便可在主機(jī)的直接控制下，實(shí)現(xiàn)了SPOOLing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，這就是在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的外圍設(shè)備同時(shí)在線(xiàn)操作。265.5.3SPOOLing的組成

27SPOOLing系統(tǒng)主要有以下幾部分組成：在共享設(shè)備的空間上開(kāi)辟輸入井和輸出井兩個(gè)大存儲(chǔ)空間；SPOOLing輸入值班進(jìn)程SPi和輸出值班進(jìn)程SPo；SPOOLing目錄。①輸入井和輸出井輸入井用于收容I/O設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)SPOOLing輸入時(shí)為用戶(hù)進(jìn)程提供輸入數(shù)據(jù)。輸出井用于收容用戶(hù)進(jìn)程的輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)SPOOLing輸出時(shí)為輸出設(shè)備提供輸出數(shù)據(jù)。②SPOOLing值班進(jìn)程SPOOLing值班進(jìn)程即輸入值班進(jìn)程SPi和輸出值班進(jìn)程SPo。輸入值班進(jìn)程SPi模擬SPOOLing輸入時(shí)的外圍控制機(jī)的功能?？刂戚斎朐O(shè)備把用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳送到輸入井中，當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，直接將輸入井中預(yù)存的輸入數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，提供給用戶(hù)進(jìn)程使用。輸出值班進(jìn)程SPo模擬SPOOLing輸出時(shí)的外圍控制機(jī)的功能。把用戶(hù)進(jìn)程的輸出數(shù)據(jù)傳送到輸出井中，形成輸出請(qǐng)求隊(duì)列?？刂戚敵鼍械臄?shù)據(jù)經(jīng)輸出緩沖區(qū)傳送到低速的輸出設(shè)備。③創(chuàng)建SPOOLing目錄創(chuàng)建SPOOLing目錄，登記SPOOLing數(shù)據(jù)文件，SPOOLing目錄里的輸入請(qǐng)求文件和輸出請(qǐng)求文件分別存放在輸入井和輸出井中。28打印機(jī)是一種典型的獨(dú)占設(shè)備，一個(gè)進(jìn)程打開(kāi)了它，將會(huì)很長(zhǎng)時(shí)間使用它，這樣導(dǎo)致其他進(jìn)程都無(wú)法使用這臺(tái)打印機(jī)打印。SPOOLing技術(shù)可將打印機(jī)改造成可供多個(gè)用戶(hù)使用的共享設(shè)備。SPOOLing創(chuàng)建一個(gè)特殊值班進(jìn)程，以及一個(gè)特殊SPOOLing目錄。當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程請(qǐng)求打印輸出時(shí)，操作系統(tǒng)并不真正把打印機(jī)分配給該進(jìn)程，由輸出值班進(jìn)程（SPo）在輸出井中為之申請(qǐng)一個(gè)空閑區(qū)，生成整個(gè)要打印的文件，并將要打印的數(shù)據(jù)寫(xiě)入輸出井中。再將該表放入SPOOLing目錄的請(qǐng)求打印隊(duì)列。經(jīng)過(guò)上述處理，用戶(hù)進(jìn)程的打印輸出在邏輯上已經(jīng)完成，用戶(hù)進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，不必等待真正打印的過(guò)程的完成。29復(fù)習(xí)思考題一選擇題1.CPU輸出數(shù)據(jù)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于打印機(jī)的打印速度，為了解決這一矛盾，可采用＿＿＿。A.并行技術(shù)B.通道技術(shù)C.緩沖技術(shù)D.需存技術(shù)2.操作系統(tǒng)中采用緩沖技術(shù)的目的是為了增強(qiáng)系統(tǒng)＿＿＿的能力。A.串行操作B.并行操作C.控制操作D.中斷操作3.為了使多個(gè)進(jìn)程能有效地同時(shí)處理輸入和輸出，最好使用＿＿＿。A.緩沖池B.單緩沖C.雙緩沖D.循環(huán)緩沖4.通過(guò)硬件和軟件的功能擴(kuò)充，把原來(lái)獨(dú)立的設(shè)備改造成能為若干個(gè)進(jìn)程共享的設(shè)備，這種設(shè)備稱(chēng)為＿＿＿。A.存儲(chǔ)設(shè)備B.系統(tǒng)設(shè)備C.用戶(hù)設(shè)備D.虛擬設(shè)備5.從下面關(guān)于設(shè)備獨(dú)立性的論述中選擇一條正確的論述。A.設(shè)備獨(dú)立性是指I／O設(shè)備具有獨(dú)立執(zhí)行I／O功能的一種特性。B.設(shè)備獨(dú)立性是指用戶(hù)程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備的一種特性。C.設(shè)備獨(dú)立性是指能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享的一種特性。D.設(shè)備獨(dú)立性是指設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備的一種特性。306.設(shè)備獨(dú)立性是指＿＿＿無(wú)關(guān)。A.程序與設(shè)備B.設(shè)備與設(shè)備C.通道與設(shè)備D.設(shè)備與CPU7.虛擬設(shè)備是通過(guò)＿＿＿技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。A.通道B.SPOOLingC.并行D.虛擬存儲(chǔ)8.為實(shí)現(xiàn)設(shè)備分配，應(yīng)為每個(gè)設(shè)備設(shè)置一張＿＿＿，在系統(tǒng)中配置一張＿＿＿；為實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置一張＿＿＿。A.設(shè)備控制表B.控制器控制表C.系統(tǒng)設(shè)備表D.設(shè)備分配表E.邏輯設(shè)備表F.設(shè)備分配表9.從下面關(guān)于虛擬設(shè)備的論述中選擇一條正確的論述。A.虛擬設(shè)備是指允許用戶(hù)使用比系統(tǒng)中具有的物理設(shè)備更多的設(shè)備。B.虛擬設(shè)備是指允許用戶(hù)以標(biāo)準(zhǔn)方式來(lái)使用物理設(shè)備。C.虛擬設(shè)備是指把一個(gè)物理設(shè)備變換成多個(gè)對(duì)應(yīng)的邏輯設(shè)備。D.虛擬設(shè)備是指允許用戶(hù)程序不必全部裝入內(nèi)存就可使用系統(tǒng)中的設(shè)備。