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1、SPOOLing技術(shù)(虛擬設(shè)備實(shí)現(xiàn)) 1，角色：將一個(gè)排他物理I/O設(shè)備虛擬化為多個(gè)邏輯I/O設(shè)備，即允許多個(gè)用戶共享一個(gè)排他物理I/O設(shè)備。 所謂SPOOLing:(1)定義：在線實(shí)現(xiàn)同時(shí)周邊操作，被稱為spooling或假脫機(jī)I/O技術(shù)。 (2)實(shí)現(xiàn)：在多通道環(huán)境下，其中一個(gè)程序模擬脫機(jī)輸入另一個(gè)程序通過模擬脫機(jī)輸出，在主機(jī)的直接控制下實(shí)現(xiàn)脫機(jī)I/O功能。5、5設(shè)備分配、3、SPOOLing系統(tǒng)配置： (1)輸入阱和輸出阱：磁盤上打開的兩個(gè)大存儲(chǔ)空間。 輸入井：模擬離線輸入時(shí)的磁盤設(shè)備，暫時(shí)保存從I/O設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。 輸出井：模擬脫機(jī)輸出時(shí)的磁盤設(shè)備，暫時(shí)保存用戶程序的輸出數(shù)據(jù)。5、5軟

2、元件分配、(2)輸入輸出緩沖區(qū)。 打開內(nèi)存，用于緩解CPU和磁盤之間的速度不一致性。 輸入緩沖區(qū)：暫時(shí)保存從輸入機(jī)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)，以后批量送入輸入井。 輸出緩沖區(qū)：暫時(shí)保存從輸出井發(fā)送來的數(shù)據(jù)，然后逐漸輸入輸出機(jī)器。5、5設(shè)備分配、(3)輸入進(jìn)程Spi和輸出進(jìn)程Spo。 用兩個(gè)過程模擬離線I/O時(shí)的外圍控制機(jī)。 輸入進(jìn)程Spi :模擬脫機(jī)輸入的任務(wù)是將低速設(shè)備上的信息寫入輸入緩沖區(qū)并寫入輸入阱。 CPU從輸入井中取出數(shù)據(jù)。 輸出過程Spo:模擬脫機(jī)輸出，將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)寫入輸出阱并發(fā)送到輸出緩沖區(qū)，然后從輸出緩沖區(qū)發(fā)送到輸出設(shè)備。 5、5設(shè)備分配，4、共享打印機(jī)的實(shí)現(xiàn)用戶進(jìn)程提出打印申請時(shí)，O

3、S不是將打印機(jī)分配給該進(jìn)程，而是排隊(duì)排隊(duì)，真正排隊(duì)時(shí)將打印機(jī)分配給進(jìn)程。 具體的實(shí)現(xiàn)過程： Spo (輸出過程)在磁盤上打開輸出井，傳送打印數(shù)據(jù)。 5、5設(shè)備的分配由Spo (輸出進(jìn)程)向該進(jìn)程申請空的打印申請書，填寫相關(guān)數(shù)據(jù)，乘以請求打印隊(duì)列。 得到的打印機(jī)執(zhí)行打印作業(yè)時(shí)，還是通過Spo (輸出進(jìn)程)將打印數(shù)據(jù)從輸出阱傳送到存儲(chǔ)器的輸出緩沖器，打印機(jī)輸出。5、5設(shè)備分配、5、輪詢系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)提高了I/o的速度。 CPU讀取數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是以輸入阱和輸出阱為對象的。 (2)將壟斷設(shè)備改造為共享設(shè)備。 輸入阱和輸出阱將存儲(chǔ)分配給進(jìn)程，并創(chuàng)建I/O請求表單，而不實(shí)際將設(shè)備分配給進(jìn)程。 (3)實(shí)

4、現(xiàn)了虛擬設(shè)備的功能。 物理上一個(gè)設(shè)備，邏輯上多個(gè)設(shè)備。 5、5設(shè)備分配，磁盤容量大，訪問速度快，而且可隨機(jī)訪問，是當(dāng)前存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)和程序的理想設(shè)備。 對文件的操作包括訪問磁盤、提高磁盤I/O速度和磁盤系統(tǒng)的可靠性，直接影響系統(tǒng)性能。 5，6盤存儲(chǔ)管理、盤性能概要1、數(shù)據(jù)的組織和格式化(1)盤設(shè)備由一個(gè)或多個(gè)盤構(gòu)成(2)各盤被分離為兩面，各面被分離為多個(gè)軌道，各軌道之間有所需的間隙。 (3)各個(gè)軌道再分成幾個(gè)扇區(qū)(盤塊)，在各個(gè)扇區(qū)之間留有一定的間隙。 磁盤存儲(chǔ)管理、磁盤存儲(chǔ)管理、磁盤存儲(chǔ)管理、磁盤存儲(chǔ)管理、磁盤存儲(chǔ)管理、磁盤存儲(chǔ)管理、磁盤存儲(chǔ)管理。 在這樣的盤密度中，內(nèi)層比外層高。 (6)光盤

5、密度：每英寸存儲(chǔ)的位數(shù)。 (7)軌道的代表值(5002000 )、扇區(qū)的代表值(10100 )。 (8)為了在光盤上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，首先需要對光盤進(jìn)行格式化。 5，6盤內(nèi)存管理，(9)扇區(qū)的結(jié)構(gòu)：識(shí)別符字段：數(shù)據(jù)字段： (10 )扇區(qū)(盤塊)是信息讀寫的最小單位。、5、6盤存儲(chǔ)器管理、盤文件的存儲(chǔ)(n個(gè)盤面、k個(gè)軌道、m個(gè)扇區(qū))，首先填滿0個(gè)盤面、0個(gè)軌道中的所有扇區(qū)(0m-1 )，再填滿1個(gè)盤面、0個(gè)軌道中的所有扇區(qū)。 充滿n-1盤面、0軌道中的所有扇區(qū)。5、6盤內(nèi)存管理，首先填滿0號(hào)缸，首先填滿0盤面、1個(gè)磁道中的所有扇區(qū)(0m-1 )再填滿1個(gè)盤面、1個(gè)磁道中的所有扇區(qū)。 充滿n-1盤面、1軌

6、道中的所有扇區(qū)。5、6盤內(nèi)存管理，再加滿1號(hào)缸，盤文件地址分為缸號(hào)頭號(hào)(盤面號(hào))扇區(qū)號(hào)，假定1個(gè)盤組共有100個(gè)缸，每個(gè)缸有8個(gè)軌道，每個(gè)托包含現(xiàn)有6400條邏輯記錄的文件的邏輯記錄大小與扇區(qū)大小相匹配，該文件以順序結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在磁盤上。 圓柱體、軌道和扇區(qū)的編號(hào)都從0開始，文件信息從0個(gè)圓柱體、0個(gè)磁頭和0個(gè)扇區(qū)開始存儲(chǔ)。 (1)詢問該文件的第3680個(gè)邏輯記錄應(yīng)保存在哪個(gè)圓柱體的第幾個(gè)磁頭的第幾個(gè)扇區(qū)。 (2)在第78氣缸的第6氣缸蓋的第6扇區(qū)中存儲(chǔ)該文件的第幾個(gè)邏輯記錄。 補(bǔ)充練習(xí)：存儲(chǔ)磁盤文件，3，磁盤訪問時(shí)間：磁盤動(dòng)作時(shí)以一定速率旋轉(zhuǎn)。 為了進(jìn)行讀取或?qū)懭?，必須等待磁頭移動(dòng)到所需磁道上，

7、所需扇區(qū)的開始位置旋轉(zhuǎn)到磁頭下方，然后開始數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭搿?存取時(shí)間可以分為(1)跟蹤時(shí)間TS :使磁臂(磁頭)移動(dòng)到規(guī)定軌道所花費(fèi)的時(shí)間這3個(gè)部分。 (2)旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間：指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下方后的經(jīng)過時(shí)間。 (3)傳送時(shí)間：從光盤讀取數(shù)據(jù)，或者向光盤寫入數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間。5、6磁盤存儲(chǔ)管理、查找時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間基本上與讀/寫數(shù)據(jù)量無關(guān)，通常占訪問時(shí)間很大的一部分。 恰當(dāng)?shù)丶袀鬏敂?shù)據(jù)有助于提高傳輸效率。5、6盤存儲(chǔ)管理、盤調(diào)度1、盤是多個(gè)處理共享的設(shè)備，采用最佳的調(diào)度算法，使得在多個(gè)處理請求對盤的訪問的情況下，每個(gè)處理對盤的平均訪問時(shí)間最小。 2 .磁盤調(diào)度分為移動(dòng)臂調(diào)度和旋轉(zhuǎn)調(diào)度。 3

8、 .臂調(diào)度的目的是縮短尋道時(shí)間。 周轉(zhuǎn)調(diào)度的目的是減少延遲時(shí)間。 4、4種移動(dòng)臂調(diào)度算法：5，6磁盤內(nèi)存管理，(1)先服務(wù)FCFS :算法不考慮訪問者請求訪問的物理位置，而考慮訪問者提出訪問請求的優(yōu)先級(jí)。 優(yōu)點(diǎn)：公平簡單，順序處理各過程的要求。 一個(gè)過程的要求不會(huì)長期得到滿足。 缺點(diǎn)：由于查找未優(yōu)化，平均查找時(shí)間可能會(huì)變長。5、6盤內(nèi)存管理，例如讀寫頭在53號(hào)缸上執(zhí)行輸入輸出操作，而等待訪問者依次訪問的缸98、183、37、122、14、124、65、67 .所有的請求訪問都已完成，合并何種程序最短尋道時(shí)間優(yōu)先級(jí)SSTF該算法選擇請求接入的軌道距當(dāng)前頭部所在的軌道最近。 優(yōu)點(diǎn)：獲得優(yōu)異尋道性能

9、的缺點(diǎn)：平均尋道時(shí)間最短，不能保證過程饑餓，即某個(gè)過程的要求不能長期保證。5、6盤內(nèi)存管理，例如讀寫頭在53號(hào)缸上執(zhí)行輸入輸出操作，而等待訪問者依次訪問的缸98、183、37、122、14、124、65、67 .所有的請求訪問都已完成，合并何種程序掃描(SCAN )算法：必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件，也稱為電梯調(diào)度算法： a、與磁頭的當(dāng)前移動(dòng)方向一致的b .距離當(dāng)前磁頭最近的算法。 訪問這個(gè)請求。 優(yōu)點(diǎn)：避免過程中的饑餓。 缺點(diǎn)：延遲過程的要求。例如，現(xiàn)在讀寫頭在53號(hào)氣缸上執(zhí)行輸入輸出操作，但等待訪問者依次訪問的氣缸在98、183、37、122、14、124、65、67 .所有的請求訪問完成后，一共

10、移動(dòng)幾個(gè)氣缸？ 5，6磁盤存儲(chǔ)管理，(1)從內(nèi)向外移動(dòng)：修訂208個(gè)柱面0 14 37 53 65 67 98 122 124 183，即，方向從內(nèi)向外移動(dòng)時(shí)，磁頭將移動(dòng)到最大的接入磁道并訪問時(shí)，磁頭立即訪問磁道例如，現(xiàn)在讀寫頭在53號(hào)氣缸上執(zhí)行輸入輸出操作，但等待訪問者依次訪問的氣缸在98、183、37、122、14、124、65、67 .所有的請求訪問完成后，一共移動(dòng)幾個(gè)氣缸？ 5、6磁盤存儲(chǔ)管理、5、6磁盤存儲(chǔ)管理、磁盤緩存：磁盤的I/O速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對內(nèi)存的訪問速度，人們在千方百計(jì)地改善磁盤i/。 1、盤高速緩存的形式(1)在內(nèi)存中打開單獨(dú)的存儲(chǔ)空間作為盤高速緩存，大小固定，5、6盤存儲(chǔ)

11、管理，(2)將所有未使用的內(nèi)存區(qū)域作為一個(gè)緩沖池，請求尋呼系統(tǒng)和盤I/O 2 .數(shù)據(jù)發(fā)送方式： (1)將盤緩存中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送給委托者進(jìn)程。 (2)處理流程：5、6盤內(nèi)存管理、進(jìn)程要求訪問某個(gè)塊的數(shù)據(jù)，請求的數(shù)據(jù)會(huì)緩存到盤中嗎？ 從緩存中檢索數(shù)據(jù)，首先從磁盤讀取所需的數(shù)據(jù)，將、不在、數(shù)據(jù)交給委托者，將數(shù)據(jù)交給委托者，將數(shù)據(jù)發(fā)送到緩存，返回、5、6磁盤內(nèi)存管理指針交給：指向緩存內(nèi)的某個(gè)區(qū)域的指針3 .替換算法(1)如果緩沖器已滿，則存在替換問題。 典型的替換算法包括最近最舊的未使用算法LRU、最近未使用算法NRU、最小使用算法LFU等。 5，6磁盤存儲(chǔ)管理，(2)除了最近使用最久的原則外，訪問頻率可

12、預(yù)測數(shù)據(jù)的完整性4，定期寫入磁盤：避免數(shù)據(jù)丟失。 5，6磁盤存儲(chǔ)管理，其他方法1提高磁盤I/O速度，預(yù)讀：減少等待時(shí)間，加快文件訪問。 2 .延遲寫入：為減少I/O啟動(dòng)次數(shù)，節(jié)省磁盤空間。 3 .優(yōu)化物理塊的分布：使頭部的移動(dòng)距離最小化。 5、6盤內(nèi)存管理，例如記錄在軌道上的排列方式會(huì)影響輸入輸出動(dòng)作的時(shí)間。 某個(gè)系統(tǒng)在初始化光盤時(shí)，每個(gè)光盤面分為8個(gè)扇區(qū)，現(xiàn)在8條邏輯記錄存儲(chǔ)在同一個(gè)軌道中，用于處理程序，現(xiàn)在依次讀取這8條記錄。 每個(gè)請求從磁盤讀取記錄，處理讀取的記錄需要5毫秒。 光盤的轉(zhuǎn)速為20毫秒/周。 如果將這八個(gè)邏輯記錄依次存儲(chǔ)在軌道上，則如圖所示，讀取一個(gè)記錄需要2.5毫秒、5毫秒，處理這八個(gè)記錄所花費(fèi)的時(shí)間是：5、6盤內(nèi)存管理、1、2、3、4、5、(如圖所示) 6磁盤內(nèi)存管理，4，虛擬磁盤：利用內(nèi)存空間模擬磁盤是易失性內(nèi)存，不需要格式化，接受所有標(biāo)準(zhǔn)的磁盤操作，并在內(nèi)存中完成。5，6盤存儲(chǔ)管理，1，假定某個(gè)盤上有200個(gè)圓柱體，訪問編號(hào)0199，143圓柱體向委托者提供服務(wù)后，當(dāng)前