第五章設備管理

操作系統中對外圍設備的啟動和控制工作由設備管理部分完成。計算機系統的一個重要組成部分是I/O系統。

設備管理的對象主要是輸入輸出(I/O)設備。設備管理的基本任務是完成用戶提出的I/O請求，提高I/O速度以及改善I/O設備的利用率。2022/11/171第五章設備管理

設備管理的主要功能有：緩沖區管理、設備的分配、設備處理、虛擬設備及實現設備獨立性等。

設備管理的目標：(1)提供方便性；(2)提高設備的工作效率。現代計算機系統，所有的I/O設備都由操作系統管理，好處是：(1)不用用戶了解設備的屬性；(2)保證設備安全正確的工作；(3)用戶之間對設備的使用，由系統協調。2022/11/172第五章設備管理5.1I/O系統

5.1.1I/O設備1.I/O設備的類型1)按傳輸速率分類低速設備：每秒鐘傳輸幾個字節至數百個字節。中速設備：每秒鐘傳輸數千個字節至數萬個字節。例：行式打印機，激光打印機等。高速設備：每秒鐘傳輸數百千個字節至數十兆字節。例：磁盤機、磁帶機、光盤機等。2022/11/173第五章設備管理微機總線型I/O系統結構CPU存儲器磁盤控制器打印機控制器…其它控制器其它設備打印機磁盤驅動器系統總線2022/11/175第五章設備管理2.設備與控制器之間的接口

通常，設備并不是直接與CPU進行通信，而是與設備控制器通信，因此，在設備與設備控制器之間應有一接口，在該接口中有三種類型的信號，各對應一條信號線。2022/11/177第五章設備管理圖5—1設備與控制器間的接口緩沖轉換器控制邏輯I/O設備至設備控制器數據信號線狀態信號線控制信號線信號數據2022/11/178第五章設備管理2.設備控制器的組成設備控制器位于CPU與設備之間，它既要與CPU通信，又要與設備通信，還應具有按照CPU所發來的命令去控制設備工作的功能。它由三部分組成：

1)設備控制器與處理機的接口2)設備控制器與設備的接口3)I/O邏輯，用于實現對設備的控制。2022/11/1710第五章設備管理圖5—2設備控制器的組成I/O邏輯數據寄存器…控制器與設備接口1數據線數據信號控制/狀態寄存器…狀態信號控制信號控制器與設備接口n數據信號狀態信號控制信號控制線地址線CPU與控制器接口控制器與設備接口實現對設備的控制2022/11/1711第五章設備管理

通道類型：字節多路通道含有許多非分配型子通道分別連接在低、中速I/O設備上，子通道按時間片輪轉方式共享主通道，按字節方式進行數據傳送數組選擇通道只含有一個分配型子通道，一段時間內只能執行一道通道程序、控制一臺設備按數組方式進行數據傳送，通道獨占且利用率低，用于連接多臺高速設備數組多路通道含有多個非分配型子通道分別連接在高、中速I/O設備上，子通道按時間片輪轉方式共享主通道，按數組方式進行數據傳送2022/11/1713第五章設備管理圖5-4單通路I/O系統CPU存儲器通道1通道2控制器1控制器2控制器3控制器4設備1設備2設備3設備4設備5設備6設備72022/11/1714第五章設備管理5.2I/O控制方式

在I/O控制方式的整個發展過程中，始終貫穿著這樣一條宗旨，即盡量減少主機對I/O控制的干預，把主機從繁雜的I/O控制事務中解脫出來，以便更多地去完成數據處理任務。5.2.1程序I/O方式無中斷機構，CPU對I/O設備的控制采取程序I/O方式，或稱為忙—等待方式。2022/11/1716第五章設備管理圖5—7程序I/O和中斷驅動方式的流程(a)程序I/O方式向I/O控制器發讀命令讀I/O控制器的狀態檢查狀態？從I/O控制器中讀入字向存儲器中寫字傳送完成？未完成完成下一條指令未就緒就緒2022/11/1717第五章設備管理5.2.3直接存儲器訪問DMAI/O控制方式1.DMA控制方式的引入主要用于控制快速設備工作。

DMA方式向I/O控制器發讀塊命令讀DMA控制器的狀態下條指令CPUDMACPU做其它事中斷DMACPU2022/11/1719第五章設備管理2.DMA控制器的組成DMA控制器由三部分組成：(1)主機與DMA控制器的接口；(2)DMA控制器與塊設備的接口；(3)I/O控制邏輯在DMA控制器中設置如下四類寄存器：(1)命令/狀態寄存器CR；(2)內存地址寄存器MAR;(3)數據寄存器DR；(4)數據計數器DC.2022/11/1720第五章設備管理3.DMA工作過程以從磁盤讀入數據為例，說明DMA方式的工作流程。設置MAR和DC初值啟動DMA傳送命令挪用存儲器周期傳送數據字準備又一次傳送DC=0？存儲器地址增1字計數器減1否請求中斷是2022/11/1721第五章設備管理5.2.4I/O通道控制方式1.I/O通道控制方式的引入

I/O通道方式是DMA方式的發展,可進一步減少CPU的干預,可實現CPU、通道和I/O設備三者的并行操作。通道通過執行通道程序，可完成CPU指定的I/O任務。2.通道程序通道程序是由一系列通道指令(或稱為通道命令）所構成的。2022/11/1722第五章設備管理5.3緩沖管理

在現代操作系統中，幾乎所有的I/O設備在與處理機交換數據時，都用了緩沖區。緩沖區管理的主要職責是組織好這些緩沖區，并提供獲得和釋放緩沖區的手段。

緩沖：是一種暫時存放的意思。2022/11/1724第五章設備管理5.3.1緩沖的引入引入緩沖的主要原因是：(1)緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾。(2)減少對CPU的中斷頻率，放寬對CPU中斷響應時間的限制。(3)提高CPU和I/O設備之間的并行性。緩沖區的實現：(1)用寄存器構成(2)用內存單元構成5.3.2單緩沖和雙緩沖1.單緩沖CPU和設備之間串行工作.緩沖區輸入打印2022/11/1725第五章設備管理單緩沖區用戶進程傳送緩沖區操作系統輸入I/O設備塊設備輸入時，先從磁盤把一塊數據輸入到緩沖區，耗時為T；然后由操作系統將緩沖區數據傳送給用戶區，耗時為M；接下來便由CPU對這一塊數據進行計算，耗時為C，則系統對每一整塊數據處理時間為max(C,T)+M。通常M遠小于T或C，故若無緩沖區，數據直接進入用戶區，則每塊數據處理時間近似為T+C2022/11/1726第五章設備管理2.雙緩沖使CPU與I/O設備之間并行工作。工作區用戶進程緩沖區1緩沖區2設備緩沖區緩沖區A機B機單緩沖緩沖區緩沖區A機B機雙緩沖2022/11/1727第五章設備管理5.3.3循環緩沖

1.循環緩沖的組成

(1)多個緩沖區(2)多個指針可分為三種類型:

R:空緩沖區G:已裝滿數據C:正使用的緩沖區RGGGRGRGGCRGNextiNextgNexticurrentNextg2022/11/1729第五章設備管理2.循環緩沖區的使用計算進程和輸入進程可利用下面的兩個過程使用循環緩沖區。(1)Getbuf過程當計算進程要使用緩沖區中的數據時，調用它。執行Getbuf后，將Nextg移向下一個G緩沖區，并令Current指向得到的緩沖區C。RGGCRGNexticurrentNextg2022/11/1730第五章設備管理(2)Releasebuf過程當計算進程把C緩沖區中的數據提取完畢時，便調用該過程，將緩沖區C釋放，改為空緩沖區R。RGCRRGNexticurrentNextg3.進程同步(1)Nexti追上Nextg(2)Nextg追上Nexti2022/11/1731第五章設備管理5.3.4緩沖池(BufferPool)為了提高緩沖區的利用率，提供公用的緩沖區，緩沖池是由多個緩沖區構成。1.緩沖池的組成緩沖池中含有三種類型的緩沖區：(1)空緩沖區；(2)裝滿輸入數據的緩沖區；(3)裝滿輸出數據的緩沖區。形成三個隊列:(1)空緩沖隊列emq;(2)輸入隊列inq;(3)輸出隊列outq.2022/11/1732第五章設備管理三個隊列：F(emq)L(emq)F(inq)L(inq)L(outq)F(outq)2022/11/1733第五章設備管理2.Getbuf過程和Putbuf過程為使諸進程能互斥地訪問緩沖池隊列，為每一隊列設置一個互斥信號量MS(type).

為了保證諸進程同步地使用緩沖區，為每個緩沖隊列設置一個資源信號量RS(type).

既可實現互斥又可保證同步的Getbuf過程和Putbuf過程描述如下：2022/11/1734第五章設備管理ProcedureGetbuf(type)BeginWait(RS(type));Wait(MS(type));B(number):=Takebuf(type);signal(MS(type));End;Procedureputbuf(type,number)BeginWait(MS(type));Addbuf(type,number);signal(MS(type));signal(RS(type));End;2022/11/1735第五章設備管理3.緩沖區的工作方式緩沖區可以工作在收容輸入、提取輸入、收容輸出、和提取輸出四種工作方式下，如圖5—15緩沖區的工作方式：

hinsinhoutsout收容輸入提取輸出用戶程序提取輸入收容輸出2022/11/1736第五章設備管理5.4設備分配在多道環境下，系統中的設備供所有的進程共享。不允許進程自行使用，必須由系統統一分配。（為什么？）5.4.1設備分配中的數據結構1.設備控制表DCT系統為每一個設備都配置了一張，用于記錄本設備的情況。2022/11/1737第五章設備管理圖5—16設備控制表設備類型type設備標識符：deviceid設備狀態：等待忙指向控制器表的指針重復執行次數或時間設備隊列的隊首指針DCT1DCT2DCT3DCT4…….設備控制表集合2022/11/1738第五章設備管理2.控制器表、通道表和系統設備表圖5—17COCT、CHCT和SDT表：控制器標識符控制器狀態與其連接的通道表控制器隊列首指針控制器隊列尾指針通道標識符通道狀態：忙/閑與其連接的控制器通道隊列隊首指針通道隊列隊尾指針(a)控制器表COCT(b)通道表CHCT設備類設備標識符DCT驅動程序入口(c)系統設備表SDT2022/11/1739第五章設備管理5.4.2設備分配時應考慮的因素1.設備的固有屬性設備的屬性不同，采取的分配策略也不同。(1)獨占設備：將一個設備分配給某進程后，便由該進程獨占，直到該進程完成或釋放，才再分配給其它進程。(2)共享設備：可同時分配給多個進程使用。(3)虛擬設備：可同時分配給多個進程使用。2.設備分配算法(1)先來先服務。按設備請求隊列順序分配。(2)優先級高者優先。有利于高優先級的進程盡快完成。2022/11/1740第五章設備管理3.設備分配中的安全性從安全性考慮，設備分配有以下兩種方式：1)安全分配方式進程發出I/O請求后，便進入阻塞狀態，直到其I/O操作完成時才被喚醒。摒棄“請求并保持”條件，使設備分配是安全的，但進程進展緩慢，CPU與I/O設備是串行工作的。2)不安全分配方式進程在發出I/O請求后仍然繼續運行。可能具備“請求并保持”條件。2022/11/1741第五章設備管理設備分配中的安全性安全分配方式：每當進程發出I/O請求和獲得某種設備(資源)后，便進入阻塞狀態(使其不可能再請求任何資源而在它運行時又不保持任何資源)，直到其I/O操作完成時才被喚醒。分配安全，但CPU與I/O設備串行工作，進展慢。不安全分配方式：進程發出I/O請求后仍繼續運行，需要時又可發出第二、第三個I/O請求；僅當進程所請求的設備已被另一進程占用時，進程才進入阻塞狀態。同一進程可同時操作多臺設備，故推進迅速；為避免死鎖，需進行安全性計算。2022/11/1742第五章設備管理5.4.3設備獨立性1.設備獨立性的概念

物理設備：能實際進行輸入輸出的設備。邏輯設備：以功能、特點相區別的設備，并不對應一個具體的設備，往往對應一批設備。設備獨立性(無關性)：在應用程序中，只能使用邏輯設備名，提出I/O請求，而不能使用物理設備名。(或應用程序獨立于具體使用的物理設備。)2022/11/1743第五章設備管理實現設備獨立性的好處：1)設備分配時的靈活性當進程用邏輯設備名來請求某類設備時，系統可在同類設備中尋找一臺好的設備分配。2)易于實現I/O重定向是指用于I/O操作的設備可以更換，而不必改變應用程序。2.設備獨立性軟件

在設備驅動程序之上設置一層軟件稱為設備獨立性軟件。功能：1)執行所有設備的公有操作2)向用戶層（或文件層）軟件提供統一接口2022/11/1744第五章設備管理3.邏輯設備名到物理設備名映射的實現1)邏輯設備表為了實現設備的獨立性，系統必須設置一張邏輯設備表LUT。邏輯設備名物理設備名驅動程序入口地址/dev/tty31024/dev/printer52046:2022/11/1745第五章設備管理2)LUT的設置問題單用戶時，整個系統設置一張LUT表。多用戶時，每個用戶設置一張LUT表。每當用戶登錄時，便為該用戶建立一個進程，同時也為之建立一張LUT,該表放入進程的PCB中。LUT表的形式是：邏輯設備名系統設備表指針/dev/tty3/dev/printer5:2022/11/1746第五章設備管理5.4.4獨占設備的分配程序1.基本的設備分配程序系統按下述步驟進行設備分配；根據請求查SDT,DCT表設備忙？忙請求者pcb插入隊列分配設備控制器忙？

pcb插入控制器隊列忙分配控制器通道忙？分配通道Pcb插入通道隊列忙否否否分配成功返回2022/11/1747第五章設備管理2.設備分配程序的改進1)增加設備的獨立性2)考慮多通路情況5.4.5SPOOLing技術1.什么是spooling含義是：聯機的外圍設備同時操作。也稱為偽脫機輸入輸出操作。真脫機輸入輸出操作圖示：衛星機輸入井內存衛星機輸出井打印機2022/11/1748第五章設備管理2.SPOOLing系統的組成由三部分組成：(1)輸入井和輸出井：在磁盤上開辟的兩個大存儲空間。(2)輸入輸出緩沖區。在內存中開辟，為了緩和CPU和磁盤之間速度不匹配的矛盾。(3)輸入進程Spi和輸出進程Spo。利用兩個進程來模擬脫機I/O時的外圍控制機。輸入進程Spi：任務是將慢速設備上的信息寫入輸入井。輸出進程Spo:任務是將輸出井上的信息讀入內存緩沖區，然后從設備輸出。2022/11/1749第五章設備管理圖5—19SPOOLing系統的組成輸入打印機進程SPi進程SPo輸入緩沖區輸出緩沖區輸入井輸出井2022/11/1750第五章設備管理3.虛擬設備操作系統利用共享設備來模擬獨占設備的工作，當系統只有一臺輸入設備和一臺輸出設備時，可允許兩個以上的作業并行執行，且每個作業都感覺到獲得了供自己獨占使用的輸入和輸出設備。我們說，操作系統采用的這種技術為用戶提供了“虛擬設備”。(1)為什么要提供虛擬設備？1)占有輸入機和打印機的作業，只有一部分時間在使用它們，不能有效地利用它們。2)不能接收兩個以上要求使用輸入機和打印機的作業同時執行，不利于多道并行工作。3)由于獨占設備低速，延長了作業的執行時間。所以現代OS都提供虛擬設備來解決這些問題。2022/11/1751第五章設備管理(2)實現虛擬設備的條件硬件條件：1)配置大容量的磁盤；2)配置通道，具有CPU與通道并行工作的能力；3)有中斷裝置。軟件條件:1)系統應采用多道程序設計技術；2)配置SPOOLing系統；3)數據結構：作業表、預輸入表、緩輸出表等。4.SPOOLing系統的特點(1)提高了I/O的速度。(2)將獨占設備改造為共享設備。(3)實現了虛擬設備功能。2022/11/1752第五章設備管理

5.共享打印機廣泛應用于多用戶系統和局域網絡中1）用戶進程提出打印輸出請求2）輸出進程在輸出井中為之申請一空閑盤塊區，并將要打印的數據送入其中3）輸出進程為用戶進程申請一張空白的用戶請求打印表，并將用戶打印要求填入其中和把該表掛到請求打印隊列上4）輸出進程視打印機空閑與否從請求打印隊列隊首取出一張用戶請求打印表，并按對應要求將打印數據從輸出井傳送到內存緩沖區并打印5）輸出進程在請求打印隊列為空時將阻塞自己，直到再次有打印請求出現時才被喚醒。2022/11/1753第五章設備管理5.5設備處理設備處理程序又稱為設備驅動程序（進程）。主要任務：接收上層軟件發來的抽象要求，如讀命令，再把它轉換為具體要求后，發送給設備控制器，啟動設備去執行；此外，它也將由設備控制器發來的信號傳送給上層軟件。設備驅動程序與硬件密切相關，應為每一類設備配置一種驅動程序。2022/11/1754第五章設備管理5.5.1設備驅動程序的功能和特點1.設備驅動程序的功能(1)接收由I/O進程發來的命令和參數，將抽象的要求轉換為具體的要求。(2)檢查用戶I/O請求的合法性，了解I/O設備的狀態，傳遞有關參數，設置設備的工作的方式。(3)發出I/O命令，如果設備空閑，便立即啟動設備工作；若設備忙，則將請求塊掛在設備隊列等待。(4)及時響應由控制器或通道發來的中斷請求，并根據其中斷類型調用相應的中斷處理程序進行處理。(5)對設置有通道的計算機，驅動程序還要根據用戶的I/O請求，自動地構成通道程序，首地址送入CAW(通道地址字）中。2022/11/1755第五章設備管理對設置有通道的計算機，驅動程序的功能：(1)根據用戶的I/O請求，構成通道程序,并將通道程序的首地址送入CAW(通道地址字)；(2)向通道發出啟動命令，啟動通道、設備工作。(3)處理來自通道、設備的中斷。2022/11/1756第五章設備管理

2.設備處理方式分為三類：(1)為每一類設備設置一個進程，專門用于執行這類設備的I/O操作。(2)在整個系統中設置一個I/O進程，也可設一個輸入進程，一個輸出進程。(3)不設置專門的設備處理進程，而只為各類設備設置相應的設備處理程序（模塊），供用戶進程或系統進程調用。2022/11/1757第五章設備管理3.設備驅動程序的特點(1)它是請求I/O的進程與設備控制器之間的一個通信和轉換程序。(2)驅動程序與設備控制器和I/O設備的硬件特性緊密相關，因而對不同類型的設備應配置不同的驅動程序。(3)驅動程序與I/O設備所采用的I/O控制方式緊密相關。(4)程序一部分必須用匯編語言書寫。一般固化在ROM中。2022/11/1758第五章設備管理5.5.2設備驅動程序的處理過程設備驅動程序可分為兩部分：(1)驅動設備工作的程序；(2)設備中斷處理程序。設備驅動程序的主要任務是：啟動指定設備。設備驅動程序的處理過程：1.將抽象要求轉換為具體要求將盤塊號轉換為磁盤地址：面號（磁頭號）、柱面號（磁道號）、扇區號。2.檢查I/O請求的合法性若在打開這些設備時規定的是讀，則用戶的寫請求必然被拒絕。2022/11/1759第五章設備管理3.讀出和檢查設備的狀態在啟動某個設備進行I/O操作時，其前提條件應是該設備正處于空閑狀態。4.傳送必要的參數在啟動磁盤進行讀/寫之前，應先將本次要傳送的字節數和數據應到達的主存始址，送入控制器的相應寄存器中。5.工作方式的設置應按通信規程設定參數。6.啟動I/O設備上述各項準備工作后，向控制器中的命令寄存器傳送相應的控制命令。設備啟動后驅動進程把自己阻塞，直到中斷來，才將其喚醒。2022/11/1760第五章設備管理5.5.3中斷處理程序的處理過程I/O設備完成I/O操作后，設備控制器便向CPU發送一中斷請求，CPU每當執行完一條指令后，中斷裝置開始掃描中斷源寄存器，若有中斷請求，且沒有屏蔽的情況下，CPU響應后便轉向中斷處理程序進行處理；若無中斷請求，CPU繼續取下一條指令執行。為每一類設備設置一個I/O進程的設備處理方式，其中斷處理程序過程分成以下幾個步驟：1.喚醒被阻塞的驅動（程序）進程2.保護被中斷進程的CPU環境包括：PSW，PC，通用寄存器等，壓入中斷棧。2022/11/1761第五章設備管理圖5—20中斷現場保護示意圖PSW程序狀態字PC(N+1)：LOAD1,200開始返回PSWPC(N+1)R0:RN程序計數器R0:T棧指針NN+1RN寄存器T+MY用戶程序中斷服務子例程中斷棧T2022/11/1762第五章設備管理3.轉入相應的設備處理程序由中斷裝置負責將相應的設備中斷處理程序的入口地址裝入到程序計數器中，使處理機轉向中斷處理程序。4.中斷處理對不同的設備，有不同的中斷處理程序。流程如下圖：5.恢復被中斷進程的現場中斷處理完后，將保存在中斷棧中的被中斷進程的現場信息取出，并裝入到相應的寄存器中。2022/11/1763第五章設備管理設備中斷處理：從設備控制器讀狀態中斷正常？做正常結束處理，喚醒被阻塞的進程組織新一輪數據傳送轉異常處理異常正常還有啟動該設備的命令？有無返回2022/11/1764第五章設備管理圖5—21中斷處理流程喚醒被阻塞的驅動程序進程對被中斷進程的CPU環境保護分析中斷原因，轉入相應處理終端中斷處理打印機中斷處理磁盤中斷處理恢復被中斷進程的CPU現場返回被中斷的進程，繼續執行中斷請求信號2022/11/1765第五章設備管理5.6磁盤存儲器管理磁盤是一個隨機存取設備，存取速度快。磁盤I/O速度的高低和磁盤系統的可靠性，都將直接影響到系統性能。5.6.1磁盤性能簡述1.數據的組織和格式如下圖所示.2022/11/1766第五章設備管理

移動臂讀寫磁頭盤面柱面磁道扇區軸硬磁盤結構：2022/11/1767第五章設備管理磁盤地址:磁道號(柱面號)、磁頭號及扇區號2.磁盤的類型1)固定頭磁盤在每條磁道上都有一讀/寫磁頭，并行讀/寫。2)移動頭磁盤每一個盤面僅配有一個磁頭。為能訪問該盤面上的所有磁道，該磁頭必須能移動以進行尋道。3.磁盤訪問時間1)尋道時間把磁臂（磁頭）移動到指定磁道上所經歷的時間。2022/11/1768第五章設備管理2)旋轉延遲時間指定扇區移動到磁頭下面所經歷的時間。3)傳輸時間把數據從磁盤讀出或向磁盤寫入數據所經歷的時間。尋道時間和旋轉延遲時間基本上都與所讀/寫數據的多少無關，與訪問的扇區位置有關，而且它通常占據了訪問時間中的大頭。傳輸時間是硬件設計時就固定的。適當地集中數據傳輸，將有利于提高傳輸效率。2022/11/1769第五章設備管理5.6.2磁盤調度磁盤調度分為：移臂調度和旋轉調度移臂調度的目的是為了減少尋找時間。旋轉調度的目的是為了減少延遲時間。下面介紹的是移臂調度算法：1.先來先服務FCFS算法不考慮訪問者要求訪問的物理位置，而只是考慮訪問者提出訪問請求的先后次序。2022/11/1770第五章設備管理例：現讀寫磁頭正在53號柱面上執行輸入輸出操作，而等待訪問者依次要訪問的柱面為98,183,37,122,14,124,65,67.所有的請求訪問完，總共移動多少個柱面？0143753656798122124183總移動640個柱面。2022/11/1771第五章設備管理也可用下面的方法表示：現讀寫磁頭正在53號柱面上執行輸入輸出操作，而等待訪問者依次要訪問的柱面為98,183,37,122,14,124,65,67.所有的請求訪問完，總共移動多少個柱面？539818337122141246567458514685108110592總共移動45+85+146+85+108+110+59+2=640個柱面2022/11/1772第五章設備管理2.最短尋道時間優先SSTF該算法選擇：其要求訪問的磁道，與當前磁頭所在的磁道距離最近。例：現讀寫磁頭正在53號柱面上執行輸入輸出操作，而等待訪問者依次要訪問的柱面為：98,183,37,122,14,124,65,67.所有的請求訪問完，總共移動多少個柱面？0143753656798122124183總移動236個柱面。2022/11/1773第五章設備管理3.掃描(SCAN)算法又稱為電梯調度算法。考慮兩個條件必須同時滿足：1)與磁頭當前的移動方向一致；2)離當前磁頭距離最近者。才對這個請求訪問。例：現讀寫磁頭正在53號柱面上執行輸入輸出操作，而等待訪問者依次要訪問的柱面為98,183,37,122,14,124,65,67.所有的請求訪問完，總共移動多少個柱面？2022/11/1774第五章設備管理(1)由里向外移：總共移動208個柱面0143753656798122124183(2)由外向里移：總共移動299個柱面01437536567981221241832022/11/1775第五章設備管理4.循環掃描CSCAN算法規定磁頭單向移動01437536567981221241832022/11/1776第五章設備管理5.6.3磁盤高速緩存(DiskCache)磁盤的I/O速度遠低于對內存的訪問速度，人們千方百計地去提高磁盤I/O的速度，其中最主要的技術，便是采用磁盤高速緩存。1.磁盤高速緩存的形式(1)在內存中開辟一個單獨的存儲空間來作為磁盤高速緩存，大小固定；(2)把所有未利用的內存空間變為一個緩沖池，供請求分頁系統和磁盤I/O時共享。2.數據交付方式指將磁盤高速緩存中的數據傳送給請求者進程。2022/11/1777第五章設備管理處理流程：進程請求訪問某塊中的數據要求的數據在磁盤高速緩存？從高速緩存中提取數據先從磁盤中將所需的數據讀入在不在將數據交給請求者將數據交給請求者將數據送高速緩存返回2022/11/1778第五章設備管理3.置換算法當緩沖區滿時，存在置換問題。較常用的置換算法是最近最久未使用算法LRU、最近未使用算法NRU及最少使用算法LFU等。還考慮：(1)訪問頻率(2)可預見性(3)數據的一致性4.周期性地寫回磁盤避免數據丟失。5.6.4提高磁盤I/O速度的其它方法1.提前讀：為了加快對文件的訪問，減少等待。2.延遲寫：為了減少I/O啟動次數，節省盤空間。2022/11/1779第五章設備管理3.優化物理塊的分布使磁頭的移動距離最小。例：記錄在磁道上的排列方式會影響輸入輸出操作的時間。某系統對磁盤初化時把每個盤面分成8個扇區，今有8個邏輯記錄被存放在同一個磁道上供處理程序使用，要順序處理這8個記錄。每次請求從磁盤上讀一個記錄，然后對讀出的記錄要花5毫秒的時間處理，磁盤轉速為20毫秒/周。現把這8個邏輯記錄依次存放在磁道上，如圖所示。2022/11/1780第五章設備管理(a)順序存放讀一個記錄要花2.5毫秒，花5毫秒時間進行處理處理這8個記錄要花費的時間為：8*(2.5+5)+7*(6*2.5)=165(ms)(b)優化分布8*(2.5+5)=60(ms)12345876始點13852746始點旋轉方向旋轉方向2022/11/1781第五章設備管理4.虛擬盤利用內存空間去仿真磁盤，是易失性存儲器，無需格式化，可接受所有標準的磁盤操作，都在內存中進行。2022/11/1782第五章設備管理

5.7內容總結一.設備管理的目標？二.概念：獨占設備共享設備虛擬設備塊設備字符設備邏輯設備三.什么是通道？CPU與通道如何并行工作？(下圖所示的流程圖)四.I/O控制方式的演變1.程序I/O方式2.中斷驅動I/O控制方式3.DMAI/O控制方式4.通道I/O控制方式2022/11/1783第五章設備管理中央處理器設備用戶程序

操作