自考操作系统原理设备管理.pptx

《自考操作系统原理设备管理.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自考操作系统原理设备管理.pptx（81页珍藏版）》请在文库网上搜索。

1、设备管理设备管理第1页设备管理功效设备管理功效n把文件存放到存放介质上时，必须要对外围设把文件存放到存放介质上时，必须要对外围设备进行开启和控制，这部分功效由操作系统中备进行开启和控制，这部分功效由操作系统中设备管理设备管理完成。完成。第2页设备管理功效设备管理功效n外围设备分类外围设备分类q存放设备：磁盘机、磁带机存放设备：磁盘机、磁带机q输入输入/输出型设备：显示器、输入机、打印机输出型设备：显示器、输入机、打印机n存放型设备能使大量信息存放到存放介质上，能存放型设备能使大量信息存放到存放介质上，能做为主存扩充，也成为辅存。做为主存扩充，也成为辅存。n输入输出型设备把外界信息输入到计算机，

2、把运输入输出型设备把外界信息输入到计算机，把运算结果输出。算结果输出。第3页设备管理功效设备管理功效n主存和外设之间信息传送称为主存和外设之间信息传送称为输入输入/输出操作输出操作。n对对存放型设备存放型设备，输入，输入/输出操作信息传送单位输出操作信息传送单位为为“块块”。n对输入对输入/输出型设备，输入输出型设备，输入/输出操作信息传送输出操作信息传送单位为单位为“字符字符”。第4页设备管理功效设备管理功效n设备管理带来好处：设备管理带来好处：q开启外设事务不由用户负担开启外设事务不由用户负担q实现外设共享，提升设备利用率实现外设共享，提升设备利用率q实现外设和其它计算机部件并行操作，提升

3、系统利实现外设和其它计算机部件并行操作，提升系统利用率用率q处理故障，预防用户错误使用外设，提升系统可靠处理故障，预防用户错误使用外设，提升系统可靠性和安全性性和安全性第5页设备管理功效设备管理功效n实现对外围设备分配和回收实现对外围设备分配和回收n实现外围设备开启实现外围设备开启n实现对磁盘驱动调度实现对磁盘驱动调度n处理外设中止事件处理外设中止事件n实现虚拟设备实现虚拟设备第6页外围设备分类外围设备分类n从使用角度分析外围设备特征，能够把外设分从使用角度分析外围设备特征，能够把外设分成两类：成两类：独占设备独占设备和和可共享设备可共享设备。n作业执行过程中只允许一个作业独占设备称为作业执行

4、过程中只允许一个作业独占设备称为独占设备。独占设备。n能够让若干个作业同时使用能够让若干个作业同时使用(交替使用交替使用)设备称设备称为可共享设备。为可共享设备。第7页独占设备管理独占设备管理n实现多道程序设计计算机系统能够同时接纳多实现多道程序设计计算机系统能够同时接纳多个用户作业，每个作业都需要使用一些外设，个用户作业，每个作业都需要使用一些外设，有时候几道作业可能要求使用一样外设，对于有时候几道作业可能要求使用一样外设，对于设备管理来说，必须决定分配外设策略，尽可设备管理来说，必须决定分配外设策略，尽可能满足作业要求和提供设备利用率。能满足作业要求和提供设备利用率。第8页设备绝对号与相对

5、号设备绝对号与相对号n计算机系统中配置有各种不一样类型设备，每一计算机系统中配置有各种不一样类型设备，每一类设备又能够有多台，为了对设备进行管理，为类设备又能够有多台，为了对设备进行管理，为每台设备确定一个编号，这个编号称为每台设备确定一个编号，这个编号称为设备绝对设备绝对号号。n用户无法知道哪台设备空闲，用户申请设备时用户无法知道哪台设备空闲，用户申请设备时不不能能使用绝对号。只要向系统说明所要设备类型，使用绝对号。只要向系统说明所要设备类型，实际分类哪一台由系统决定。实际分类哪一台由系统决定。第9页设备绝对号与相对号设备绝对号与相对号n用户可能同时使用几台同类型设备，为了防止使用户可能同时

6、使用几台同类型设备，为了防止使用时混乱，用户能够把自己要求使用若干台设备用时混乱，用户能够把自己要求使用若干台设备编号，由用户对自己需要使用若干台设备给出编编号，由用户对自己需要使用若干台设备给出编号称为设备号称为设备相对号相对号。n用户总是用用户总是用“设备类、相对号设备类、相对号”来提出使用设备。来提出使用设备。n系统在为用户分配详细设备时就建立系统在为用户分配详细设备时就建立“设备类、相设备类、相对号对号”和和“绝对号绝对号”对应关系。对应关系。第10页独占设备分配独占设备分配n作业申请独占设备时，应指定所需是什么设备，作业申请独占设备时，应指定所需是什么设备，指定方式有两种：指定方式有

7、两种：q指定指定“绝对号绝对号”：系统把与绝对号对应设备分配给系统把与绝对号对应设备分配给作业，假如已占用或有故障，作业等候。作业，假如已占用或有故障，作业等候。q通常，用户不用指定详细设备，而是指定哪种设备通常，用户不用指定详细设备，而是指定哪种设备多少台，用户在程序中使用多少台，用户在程序中使用“设备类、相对号设备类、相对号”定义定义逻辑设备。由系统将逻辑设备转换成物理设备，并逻辑设备。由系统将逻辑设备转换成物理设备，并开启设备工作。用户编制程序时使用设备与实际占开启设备工作。用户编制程序时使用设备与实际占用设备无关，这种特征称为用设备无关，这种特征称为设备独立性设备独立性。第11页独占设

8、备分类独占设备分类n设备独立性带来好处：设备独立性带来好处：q系统只要从指定类别设备中找出系统只要从指定类别设备中找出“好且还未分配好且还未分配”设设备来分配备来分配q万一设备出现故障，系统能够再找一台万一设备出现故障，系统能够再找一台“好且还未好且还未分配分配”设备来替换设备来替换第12页独占设备分类独占设备分类n在设备分配策略上，对磁带机、输入机、打印在设备分配策略上，对磁带机、输入机、打印机等只适合机等只适合独占设备独占设备总是采取总是采取静态分配静态分配策略。策略。n静态分配：仅当一个作业所需独占设备能够得静态分配：仅当一个作业所需独占设备能够得到满足时，该作业才能被装入主存执行，作业

9、到满足时，该作业才能被装入主存执行，作业撤离时，收回分配给它设备。撤离时，收回分配给它设备。第13页独占设备分类独占设备分类n为了统计设备分配情况，系统能够设置为了统计设备分配情况，系统能够设置设备分配表设备分配表，指出系统所配置独，指出系统所配置独占设备类型、数量以及分配和使用情况。占设备类型、数量以及分配和使用情况。n设备分配表由两部分组成：设备分配表由两部分组成：设备类表设备类表、设备表设备表设备类设备类总台数总台数现存台数现存台数设备表设备表始址始址打印机打印机11输入机输入机21磁带机磁带机22设备类表设备类表绝对号绝对号好好/坏坏已已/未分未分配配占用作占用作业名业名相对号相对号0

10、01好好未分配未分配002好好已分配已分配J1001003好好未分配未分配004好好未分配未分配005好好未分配未分配设备表设备表第14页独占设备分类独占设备分类n用户申请使用某台设备时，先查用户申请使用某台设备时，先查设备类表设备类表。n若果现存台数能够满足申请要求，则依次检验该若果现存台数能够满足申请要求，则依次检验该类设备，找出类设备，找出“好且还未分配好且还未分配”设备分配给用户。设备分配给用户。n分配后修改分配后修改“现存台数现存台数”，“已已/未分配未分配”标志，填上标志，填上作业名和作业中定义相对号，并把设备绝对号和作业名和作业中定义相对号，并把设备绝对号和相对号对应关系通知用户

11、。相对号对应关系通知用户。第15页独占设备分类独占设备分类n作业撤离时回收作业占用全部设备作业撤离时回收作业占用全部设备n依据作业名在设备表中找到该作业占用全部设依据作业名在设备表中找到该作业占用全部设备，把标志改为备，把标志改为“未分配未分配”，去除作业名。，去除作业名。n把回收台数加到把回收台数加到“现存台数现存台数”中。中。第16页访问磁盘操作时间访问磁盘操作时间n任何一个访问磁盘请求，都应给出访问磁盘存放空间地址：任何一个访问磁盘请求，都应给出访问磁盘存放空间地址：柱面号、磁头号、扇区号柱面号、磁头号、扇区号。n先把移动臂移到指定柱面，再等候指定扇区旋转到磁头下先把移动臂移到指定柱面，

12、再等候指定扇区旋转到磁头下面，让指定磁头进行读面，让指定磁头进行读/写。写。n磁盘执行一次输入磁盘执行一次输入/输出操作所花费时间：输出操作所花费时间：寻道时间寻道时间、延延迟时间迟时间、传送时间传送时间三个部分组成。三个部分组成。磁道第17页磁盘驱动调度磁盘驱动调度n磁盘是一个共享设备，同时会有若干个进程要磁盘是一个共享设备，同时会有若干个进程要求访问磁盘，但每个时刻只允许一个访问者开求访问磁盘，但每个时刻只允许一个访问者开启。启。n系统会采取一定调度策略来决定等候访问者执系统会采取一定调度策略来决定等候访问者执行次序，这项决定访问者执行次序工作称为行次序，这项决定访问者执行次序工作称为驱驱

13、动调度动调度，采取调度策略称为，采取调度策略称为驱动调度算法驱动调度算法。第18页磁盘驱动调度磁盘驱动调度n磁盘驱动调度包含：磁盘驱动调度包含：移臂调度移臂调度和和旋转调度旋转调度两部两部分。分。n普通先进行移臂调度，再进行旋转调度。普通先进行移臂调度，再进行旋转调度。n移臂调度目标是尽可能移臂调度目标是尽可能降低寻找时间降低寻找时间。n旋转调度目标是尽可能旋转调度目标是尽可能降低延迟时间降低延迟时间。第19页移臂调度移臂调度n依据等候访问者指定柱面位置来决定次序调度依据等候访问者指定柱面位置来决定次序调度称为称为“移臂调度移臂调度”。n先来先服务调度算法先来先服务调度算法q按照访问者提出访问

14、请求先后次序。按照访问者提出访问请求先后次序。q假设磁盘位于假设磁盘位于53号柱面，等候者依次要求号柱面，等候者依次要求 98，183，37，122，14，124，65，67号柱面号柱面0 143753656798122124183199第20页最短寻找时间优先调度算法最短寻找时间优先调度算法n最短寻找时间优先调度算法总是从等候访问者中挑选最短寻找时间优先调度算法总是从等候访问者中挑选寻找寻找时间最短时间最短那个请求先执行。那个请求先执行。n假设磁盘位于假设磁盘位于53号柱面，等候者依次要求号柱面，等候者依次要求 98，183，37，122，14，124，65，67号柱面号柱面01437536

15、5 6798122 124183第21页电梯调度算法电梯调度算法n电梯调度算法总是电梯调度算法总是沿着臂移动方向沿着臂移动方向选择最近那个柱面访问选择最近那个柱面访问者，假如移动方向上无请求，就改变臂移动方向再进行选者，假如移动方向上无请求，就改变臂移动方向再进行选择。择。n假设磁盘位于假设磁盘位于53号柱面，号柱面，假设磁臂移动方向从内向外假设磁臂移动方向从内向外(向向0号柱面方向号柱面方向)，等候者依次要求等候者依次要求 98，183，37，122，14，124，65，67号柱面号柱面014375365 6798122 124183第22页电梯调度算法电梯调度算法n假设磁盘位于假设磁盘位于

16、53号柱面，号柱面，假设磁臂移动方向从外向内假设磁臂移动方向从外向内(向向柱面号增大方向柱面号增大方向)，等候者依次要求等候者依次要求 98，183，37，122，14，124，65，67号柱面号柱面014375365 6798122 124183第23页旋转调度旋转调度n移臂定位之后，可能会有多个访问者访问该柱移臂定位之后，可能会有多个访问者访问该柱面，从效率考虑应优先面，从效率考虑应优先选择延时时间最短选择延时时间最短访问访问者去执行，依据延迟时间来决定执行次序调度者去执行，依据延迟时间来决定执行次序调度称为称为旋转调度旋转调度。第24页旋转调度旋转调度n若干请求者要求访问若干请求者要求访

17、问相同磁头下不一样扇区相同磁头下不一样扇区。0扇区1扇区2扇区3扇区旋转方向磁头4扇区5扇区2号请求1号请求第25页旋转调度旋转调度n若干请求者要求访问若干请求者要求访问不一样磁头下不一样扇区不一样磁头下不一样扇区。0扇区1扇区2扇区3扇区磁头4扇区5扇区1号请求0扇区1扇区2扇区3扇区旋转方向磁头4扇区5扇区2号请求第26页旋转调度旋转调度n若干请求者要求访问若干请求者要求访问不一样磁头下相同扇区不一样磁头下相同扇区。0扇区1扇区2扇区3扇区磁头4扇区5扇区1号请求0扇区1扇区2扇区3扇区旋转方向磁头4扇区5扇区2号请求第27页例例1：n有四个访问有四个访问5号柱面访问者，访问要求如表所表示

18、：号柱面访问者，访问要求如表所表示：请求次序请求次序柱面号柱面号磁头号磁头号扇区号扇区号(1)541(2)515(3)545(4)528第28页n练习练习 P187 9第29页信息优化分布信息优化分布n信息在磁道上排列方式也会影响旋转调度时间。信息在磁道上排列方式也会影响旋转调度时间。n例：磁盘每个盘面例：磁盘每个盘面8个扇区，每次请求从磁盘上读一个统个扇区，每次请求从磁盘上读一个统计，对读出统计花计，对读出统计花5ms时间进行处理，然后再读下一个统时间进行处理，然后再读下一个统计，直至处理结束，假设磁盘转速每七天计，直至处理结束，假设磁盘转速每七天20ms，统计在，统计在磁盘上分布如图所表示

19、：磁盘上分布如图所表示：L7L5L4L3L2L1L6L8始点旋转方向处理完这8个统计需要多长时间第30页信息优化分布信息优化分布L3L5L2L7L4L1L8L6始点旋转方向处理全部统计花时间为：8*(2.5+5)=60ms第31页练习练习 P187 10第32页通道结构和通道程序通道结构和通道程序n当代计算机系统引入了当代计算机系统引入了通道结构通道结构，主存和外设之间传送信，主存和外设之间传送信息操作不再由中央处理器负担，而改由通道负担。息操作不再由中央处理器负担，而改由通道负担。n中央处理器只需开启通道，通道就能按指定要求独立地完中央处理器只需开启通道，通道就能按指定要求独立地完成输入成输

20、入/输出操作，中央处理器做其它工作，从而使得中输出操作，中央处理器做其它工作，从而使得中央处理器与外设能够并行工作。央处理器与外设能够并行工作。n因为通道能够独立工作，各通道上外围设备也能并行工作。因为通道能够独立工作，各通道上外围设备也能并行工作。n因为通道能单独地完成输入因为通道能单独地完成输入/输出操作，所以把通道称为输出操作，所以把通道称为I/O处理机处理机。第33页通道结构和通道程序通道结构和通道程序第34页通道命令通道命令(channel command word,CCW)n计算机计算机硬件提供硬件提供一组一组“通道命令通道命令”，每一条通道，每一条通道命令要求了设备一个操作，命令

21、要求了设备一个操作，通道命令由通道执通道命令由通道执行行。n操作系统操作系统能够用若干条通道命令来要求通道应能够用若干条通道命令来要求通道应做工作，若干条通道命令就组成了做工作，若干条通道命令就组成了通道程序通道程序。第35页通道命令通道命令CCWn不一样操作系统通道命令格式不一样，普通由不一样操作系统通道命令格式不一样，普通由命令码命令码、数据主存地址数据主存地址、传送字节数传送字节数、标志码标志码组成。组成。n比如比如IBM系统通道命令用系统通道命令用8字节表示：字节表示：n要控制外围设备完成指定工作，首先要用通道程序把要控制外围设备完成指定工作，首先要用通道程序把要求表示出来，然后开启通

22、道，通道按照通道程序要要求表示出来，然后开启通道，通道按照通道程序要求指定外设工作。求指定外设工作。命令码命令码传送字节数传送字节数标志码标志码数据主存地址数据主存地址063第36页通道命令通道命令CCW例：用户要求从打印机上输出一行信息“operating system”，信息打印在新一页第4行，“operating system”存放在主存001000号单元，占16个字节，编制一个含有三条命令通道程序，程序存放在主存K号单元开始区域中。(16进制表示)走到新页开始，继续下一条命令走纸到第四行，继续下一条命令打印主存001000开始16个字节数据，通道程序结束07 000000 60 000

23、001EF 000000 60 000001F9 001000 00 000010KK+8K+1600100000100FOperating System主存第37页通道地址字通道地址字(channel address word,CAW)n编制好通道程序是放在主存，主存中设置一个编制好通道程序是放在主存，主存中设置一个固定单元存放通道程序首地址，这个存放通道固定单元存放通道程序首地址，这个存放通道程序首地址主存固定单元称为程序首地址主存固定单元称为通道地址字通道地址字(CAW)。07 000000 60 000001EF 000000 60 000001F9 001000 00 000010K

24、K+8K+16主存主存KCAW第38页通道状态字通道状态字(channel status word，CSW)n当通道被开启后，在执行通道程序时，需要把当通道被开启后，在执行通道程序时，需要把通道和设备执行操作情况统计下来。通道和设备执行操作情况统计下来。n通道程序执行结束时，被统计执行情况存放到通道程序执行结束时，被统计执行情况存放到主存一个固定单元中，这个单元称为主存一个固定单元中，这个单元称为通道状态通道状态字字(CSW)第39页通道状态字通道状态字(channel status word，CSW)nIBM系统通道状态字：系统通道状态字：n通道命令地址：下一条通道指令在主存中地址通道命令地

25、址：下一条通道指令在主存中地址n设备状态：设备和设备控制器识别状态，忙、犯错、设备状态：设备和设备控制器识别状态，忙、犯错、结束等结束等n通道状态：通道识别状态通道状态：通道识别状态n剩下字节数：最近一次通道命令执行后还剩多少字剩下字节数：最近一次通道命令执行后还剩多少字节没有传输完节没有传输完通道命令地址通道命令地址剩下字节数剩下字节数通道状态通道状态设备状态设备状态06348474039323187第40页外围设备开启外围设备开启准备阶段准备阶段文件管理确定文件物理地址以及信息存放主存地址用户请求存取文件设备管理组织通道程序，把通道程序在主存首地址写入通道地址字(CAW)通知设备管理第41

26、页外围设备开启外围设备开启开启开启I/O阶段阶段设备管理程序组织“开启I/O”指令，参数为通道号和设备号，CPU执行“开启I/O”指令通道收到指令后，依据自己和设备工作情况形成条件码，向中央处理器汇报是否成功开启分析条件码，若成功开启，中央处理器继续执行其它进程从通道地址字中取出通道程序首地址，装入通道状态字,按照程序要求控制设备工作，执行情况统计在通道状态字中第42页外围设备开启外围设备开启结束处理阶段结束处理阶段通道发觉通道状态字中有结束、犯错等情况将产生中止通道号、设备绝对号报给中止控制器，中止状态字CSW写入主存发出I/O中止保护断点，分析中止原因，转向中止处理程序第43页设备处理一致

27、性设备处理一致性n含有通道计算机系统，从开启外设到输入含有通道计算机系统，从开启外设到输入/输输出完成，都不考虑物理设备特征，使用统一方出完成，都不考虑物理设备特征，使用统一方法进行处理，这种不考虑设备详细物理特征处法进行处理，这种不考虑设备详细物理特征处理方法称为理方法称为设备处理一致性设备处理一致性。第44页I/O中止事件处理中止事件处理nI/O中止事件能够分为操作中止事件能够分为操作正常结束正常结束和操作和操作异异常结束常结束两大类，这两类中止处理标准以下：两大类，这两类中止处理标准以下：n操作正常结束操作正常结束q通道状态字中有通道结束、设备结束、控制器结束通道状态字中有通道结束、设备

28、结束、控制器结束时，表示通常完成了通道程序要求操作。时，表示通常完成了通道程序要求操作。q操作系统依据通道号、设备号查询设备分配表，得操作系统依据通道号、设备号查询设备分配表，得到进程名称，将进程状态由到进程名称，将进程状态由“等候等候”变成变成“就绪就绪”第45页I/O中止事件处理中止事件处理n操作异常结束操作异常结束q设备故障设备故障n执行输入执行输入/输出操作时，发觉硬件故障等情况时形成操作输出操作时，发觉硬件故障等情况时形成操作异常结束异常结束I/O中止。中止。n操作系统处理这类事件标准是操作系统处理这类事件标准是让通道程序复执让通道程序复执。q设备特殊设备特殊n打印机缺纸、磁带到了末

29、尾等特殊情况打印机缺纸、磁带到了末尾等特殊情况n操作系统分类处理，通知操作员装纸，换磁带等。操作系统分类处理，通知操作员装纸，换磁带等。第46页缓冲技术缓冲技术n缓解缓解CPU与与I/O设备间速度不匹配矛盾。设备间速度不匹配矛盾。n在主存中开辟缓冲区，用降临时存放输入在主存中开辟缓冲区，用降临时存放输入/输输出信息。出信息。n在操作系统中，把利用缓冲区来缓解处理器与在操作系统中，把利用缓冲区来缓解处理器与外设之间速度不匹配矛盾而采取技术称为缓冲外设之间速度不匹配矛盾而采取技术称为缓冲技术。技术。n核心：核心：“提前读，延迟写提前读，延迟写”第47页无缓冲无缓冲I/O设备工作区用户进程T处理p不

30、采取缓冲技术，一块数据平均处理时间为T+p第48页单缓冲单缓冲I/O设备缓冲区工作区用户进程Tt处理p采取单缓冲，一块数据平均处理时间为采取单缓冲，一块数据平均处理时间为max(T,p)+tT1t1p1T2t2p2T3p3t3T4p4t4T5p5t5假设p TT2T1t1p1t2p2T3p3t3T4p4t4T5p5t5假设p TT2T1t1p1t2p2T3p3t3T4p4t4T5p5t5假设 p+t Tp1T2T1t1t2p2T3p3t3T4p4t4T5p5t5第50页缓冲池缓冲池n主存中设置主存中设置一组缓冲区一组缓冲区，这一组缓冲区称为，这一组缓冲区称为缓冲池。缓冲池。缓冲池是公共资源，可

31、供各进程共享，由操作系统统缓冲池是公共资源，可供各进程共享，由操作系统统一分配和管理。一分配和管理。第51页缓冲池缓冲池n用户请求用户请求读读磁盘文件，首先为其分配一个或几个缓冲区，磁盘文件，首先为其分配一个或几个缓冲区，然后开启磁盘将文件读到缓冲区中，当把缓冲区信息传送然后开启磁盘将文件读到缓冲区中，当把缓冲区信息传送到工作区后，到工作区后，缓冲区信息保留缓冲区信息保留。n用户请求把文件用户请求把文件保留保留在磁盘上时，首先为其分配一个或几在磁盘上时，首先为其分配一个或几个缓冲区，然后把主存中文件信息复制到缓冲区中，个缓冲区，然后把主存中文件信息复制到缓冲区中，不开不开启磁盘保留该文件启磁盘

32、保留该文件。直到缓冲区要被回收时，才写会磁盘。直到缓冲区要被回收时，才写会磁盘-“延迟写延迟写”。第52页虚拟设备虚拟设备n操作系统利用操作系统利用共享设备共享设备来模拟来模拟独占设备独占设备工作，工作，而且让每个作业都感觉自己独占设备，操作系而且让每个作业都感觉自己独占设备，操作系统采取这种技术成为统采取这种技术成为“虚拟设备虚拟设备”。第53页为何要提供虚拟设备为何要提供虚拟设备n独占设备通常采取静态分配方式独占设备通常采取静态分配方式q占有打印机作业，只有一部分时间使用打印机，其占有打印机作业，只有一部分时间使用打印机，其余时间即使不用，也不允许其它作业用，余时间即使不用，也不允许其它作

33、业用，不能有效不能有效利用设备利用设备q当系统只配有一台输入机、一台打印机时候，就不当系统只配有一台输入机、一台打印机时候，就不能接收两个以上作业同时运行，能接收两个以上作业同时运行，不利用多道并行不利用多道并行q独占设备大多是低速设备，作业执行过程中等候时独占设备大多是低速设备，作业执行过程中等候时间长而间长而延长了作业执行时间延长了作业执行时间第54页虚拟设备基本条件虚拟设备基本条件n硬件条件硬件条件q大容量硬盘大容量硬盘q中止装置中止装置q通道通道n软件条件软件条件q支持多道程序设计支持多道程序设计第55页虚拟设备实现原理虚拟设备实现原理输入机主存J1J3J2打印机结果输入机主存J1J3

34、J2打印机结果磁盘磁盘第56页虚拟设备实现技术虚拟设备实现技术n为了实现虚拟设备，必须在磁盘上划出称为为了实现虚拟设备，必须在磁盘上划出称为“井井”专用空间。专用空间。q输入井输入井：存放作业初始信息：存放作业初始信息q输出井输出井：作业执行结果：作业执行结果第57页SPOOLING系统系统n操作系统中实现虚拟设备功效模块是在计算机操作系统中实现虚拟设备功效模块是在计算机控制下经过控制下经过联机外围设备同时操作联机外围设备同时操作(simultaneous peripheral operation on line),简称简称spooling。第58页Spooling系统组成系统组成输入输入机机

35、主主存存J1J3J2打印打印机机结果结果预输入程序预输入程序缓输出程序缓输出程序J1J2J3输入井输入井J1结果结果J2结果结果J3结果结果输出井输出井井管理读程序井管理读程序井管理写程序井管理写程序第59页Spooling系统数据结构系统数据结构作业名作业名作业状态作业状态文件数文件数其它预输入表位置预输入表位置缓输出表位置缓输出表位置A执行执行B收容收容作业表作业表输入井中作业状态输入井中作业状态 输入态输入态：正在将作业信息传输到输入井正在将作业信息传输到输入井 收容态：收容态：作业已经存放在输入井中，但还未被选中执行作业已经存放在输入井中，但还未被选中执行 执行态执行态：作业被选中并装

36、入主存执行作业被选中并装入主存执行 完成态：完成态：作业已执行结束，执行结果在输出井中作业已执行结束，执行结果在输出井中等候输出等候输出第60页Spooling系统数据结构系统数据结构文件名文件名设备类设备类长度长度其它文件存放始址文件存放始址F1输入机输入机150第第 78块块F2输入机输入机210第第 24块块预输入表预输入表文件名文件名设备类设备类长度长度其它文件存放始址文件存放始址F1打印机打印机150第第 200块块F2打印机打印机210第第 216块块缓输出表缓输出表第61页功效实现功效实现作业作业名名作业作业状态状态文件文件数数预输入预输入表位置表位置缓输出缓输出表位置表位置输入

37、输入机机J1J3J2预输入程序预输入程序输入井输入井J1文件名文件名设备类设备类长度长度文件存放始址文件存放始址F1输入机输入机150第第78块块F2输入机输入机210第第24块块J1输入输入第62页功效实现功效实现主主存存J1J2J3输入井输入井井管理读程序井管理读程序作业作业名名作业作业状态状态文件文件数数预输入预输入表位置表位置缓输出缓输出表位置表位置文件名文件名设备类设备类长度长度文件存放始址文件存放始址F1输入机输入机150第第78块块F2输入机输入机210第第24块块J1收容收容第63页功效实现功效实现主主存存J2结果结果J3结果结果输出井输出井井管理写程序井管理写程序作业作业名名

38、作业作业状态状态文件文件数数预输入预输入表位置表位置缓输出缓输出表位置表位置J1执行执行文件名文件名设备类设备类长度长度文件存放始址文件存放始址F1打印机打印机150第第 200块块F2打印机打印机210第第 216块块J1结果结果第64页功效实现功效实现打印打印机机结果结果缓输出程序缓输出程序J1结果结果J2结果结果J3结果结果输出井输出井作业作业名名作业作业状态状态文件文件数数预输入预输入表位置表位置缓输出缓输出表位置表位置J1完成完成文件名文件名设备类设备类长度长度文件存放始址文件存放始址F1打印机打印机150第第 200块块F2打印机打印机210第第 216块块第65页UNIX设备设备

39、n设备分类设备分类q块设备块设备：以以块块为单位和主存交换信息，是用来存为单位和主存交换信息，是用来存放信息设备，块设备也称放信息设备，块设备也称存放设备存放设备。q字符设备字符设备：以以字节字节为单位与主存交换信息，也称为单位与主存交换信息，也称输入输入/输出设备输出设备。nUNIX对每一类设备给出一个编号，称对每一类设备给出一个编号，称为主设为主设备号备号，每台设备有一个编号，称为，每台设备有一个编号，称为次设备号次设备号。n请求设备工作时，给出主设备号和次设备号。请求设备工作时，给出主设备号和次设备号。第66页设备文件设备文件nUNIX把设备当做文件来对待，每个设备文件把设备当做文件来对

40、待，每个设备文件有文件名，并对它像文件一样操作。有文件名，并对它像文件一样操作。文件名文件名索引节点号索引节点号printer21#2#3#4#5#索引节点区索引节点区文件存放区文件存放区1#2#3#4#5#/dev目录目录di_mode：字符设备：字符设备主设备号：主设备号：2次设备号次设备号:32#索引节点：索引节点：第67页nfd=open(“/dev/tty13”,o_RDWR);文件名文件名索引节点号索引节点号abc5user.h15tty1318不在主存从硬盘读入118/dev目录：目录：i_modei_mode：字符：字符主设备号：主设备号：1 1次设备号：次设备号：2 2活动索

41、引节点f_flag:o_RDWRf_count:1f_inode:f_offset:0系统打开文件表系统打开文件表fd进程打开文件表进程打开文件表openclosereadwrite0coopencoclosecoreadcowrite1tyopentyclosetyreadtywrite2dzopendzclosedzreaddzwrite第68页nclose(fd);i_modei_mode：字符：字符主设备号：主设备号：1 1次设备号：次设备号：2 2活动索引节点f_flag:o_RDWRf_count:1f_inode:f_offset:0系统打开文件表系统打开文件表fd进程打开文件表

42、进程打开文件表openclosereadwrite0coopencoclosecoreadcowrite1tyopentyclosetyreadtywrite2dzopendzclosedzreaddzwrite第69页UNIX块设备缓冲技术块设备缓冲技术n系统设置一批缓冲区，组成系统设置一批缓冲区，组成缓冲池缓冲池。n读操作读操作(缓冲区信息全部传送至用户区后，缓冲区信息全部传送至用户区后，内容保留内容保留)n写操作写操作(推迟写，不得不写时才往磁盘写推迟写，不得不写时才往磁盘写)I/O设备缓冲区工作区用户进程I/O设备缓冲区工作区用户进程第70页缓冲区控制块缓冲区控制块nUNIX为磁盘读写

43、操作设置了一组缓冲区。为磁盘读写操作设置了一组缓冲区。n每个缓冲区两部分组成：每个缓冲区两部分组成：q缓冲区数据区：存放文件信息缓冲区数据区：存放文件信息q缓冲区控制块：用于缓冲区管理缓冲区控制块：用于缓冲区管理状态设备号块号指向数据区空闲缓冲队列向前指针设备缓冲队列向前指针空闲缓冲队列向后指针设备缓冲队列向后指针缓冲区控制块第71页缓冲区队列缓冲区队列缓冲区1缓冲区2缓冲区3缓冲区4空闲缓冲区队列缓冲区3缓冲区2缓冲区7缓冲区8缓冲区1缓冲区4缓冲区5缓冲区6设备2缓冲区队列设备1缓冲区队列第72页队列管理队列管理缓冲区1缓冲区2缓冲区3缓冲区4空闲队列缓冲区2缓冲区3缓冲区4空闲队列缓冲区

44、5某设备缓冲队列缓冲区6设备请求分配一个缓冲区某设备缓冲队列缓冲区1Flag：busy缓冲区5缓冲区6第73页队列管理队列管理缓冲区2缓冲区3缓冲区4空闲队列某设备缓冲队列缓冲区1缓冲区5缓冲区6偿还5号缓冲区延迟写延迟写缓冲区2缓冲区3缓冲区4缓冲区5空闲队列延迟延迟写写某设备缓冲队列缓冲区1缓冲区5缓冲区6延迟延迟写写第74页队列管理队列管理缓冲区2缓冲区3缓冲区4空闲队列某设备缓冲队列缓冲区1缓冲区5缓冲区6偿还5号缓冲区缓冲区2缓冲区3缓冲区4缓冲区5空闲队列某设备缓冲队列缓冲区1缓冲区5缓冲区6第75页队列管理队列管理某设备缓冲队列缓冲区1缓冲区5缓冲区6缓冲区5缓冲区3缓冲区4空闲

45、缓冲另一设备申请一个缓冲区缓冲区3缓冲区4空闲缓冲某设备缓冲队列缓冲区1缓冲区6另一设备缓冲队列缓冲区5缓冲区7第76页队列管理队列管理某设备缓冲队列缓冲区1缓冲区5缓冲区6缓冲区5缓冲区3缓冲区4空闲缓冲另一设备申请一个缓冲区延迟写延迟写退出空闲缓冲队列，请求I/O，写磁盘，去除”延迟写”标识，挂到空闲队列尾缓冲区3缓冲区4缓冲区5空闲缓冲某设备缓冲队列缓冲区1缓冲区5缓冲区6第77页缓冲区检索缓冲区检索n进程读文件或者写文件时，需要知道详细磁盘块进程读文件或者写文件时，需要知道详细磁盘块号，号，UNIX中，读写信息经过缓冲区来传送，因中，读写信息经过缓冲区来传送，因而需要为磁盘块寻找缓冲区

46、。而需要为磁盘块寻找缓冲区。n检索缓冲区过程由检索缓冲区过程由getblk(设备号，块号设备号，块号)完成完成第78页Getblk(2,5)过程过程状态设备号：2块号：5状态设备号：2块号：5空闲缓冲设备缓冲空闲缓冲状态：busy设备号：2块号：5设备缓冲第79页Getblk(2,5)过程过程状态：busy设备号：2块号：5空闲缓冲设备缓冲状态：wait设备号：2块号：5设备缓冲第80页Getblk(2,5)过程过程空闲缓冲设备缓冲找不到对应缓冲区！1、空闲缓冲区为空，getblk睡眠2、空闲缓冲区不为空，取队首缓冲区（1）确为可分配缓冲，填上设备号、块号 离开空闲缓冲，链入设备缓冲(2)有“延迟写”标志，写磁盘 去除“延迟”标志，链到 空闲队列尾，回(2)第81页