第8章輸入輸出設備管理-資料下載頁

　　

【正文】 仍可以接收請求并將其寫入表中。 打印機可能使用時間非常長，在用戶使用期間，其他用戶無法打印。為解決該問題，大多數操作系統都為打印機創建了一個特殊的守護進程，由守護進程從輸出井中取出用戶作業進行打印。而不需要用戶進程參與打印，這樣，用戶進程在將打印數據送入輸出井之后不需要等待打印，繼續運行。 用戶級輸入 /輸出軟件（續） （ 4） spooling技術的特點 ? 提高了輸入 /輸出速度 如同脫機輸入輸出一樣， spooling提高了輸入 /輸出速度，緩和了處理器與低速輸入 /輸出設備之間速度不匹配的矛盾。 ? 將獨占設備改造為共享設備 通過輸入井和輸出井實現了獨占設備向共享設備的轉變。 ? 實現了虛擬設備功能 實現了將獨占設備變換為若干個對應的邏輯設備。 設備的分配和回收 在多道程序環境下 ， 設備必須由系統分配 。 每當進程向系統提出 I/O請求時 ， 設備分配程序按照一定的策略 ， 把其所需的設備及其有關資源 （ 如緩沖區 、控制器和通道 ） 分配給該進程 。 在分配設備時還必須考慮系統的安全性 ， 避免發生死鎖現象 。 1． 根據設備的固有屬性而采取的策略 ? 獨享方式： 獨享方式是指將一個設備分配給某進程后 ， 便一直由它獨占 ， 直至該進程完成或釋放該設備為止 ， 系統才能將該設備分配給其它進程使用 。這種分配方式是對獨占設備采用的分配策略 。 它不僅往往造成設備利用率低 ， 而且還會引起系統死鎖 。 1 ? 共享方式 共享方式是指將共享設備（磁盤）同時分配給多個進程使用。但是這些進程對設備的訪問需進行合理的調度。 ? 虛擬方式 虛擬方式是指通過高速的共享設備，把一臺慢速的以獨占方式工作的物理設備改造成若干臺虛擬的同類邏輯設備，這就需要引入 SPOOLing技術。虛擬設備屬于邏輯設備。 2．設備分配算法（與進程的調度算法相似） ? 先來先服務 ：當多個進程同時向某一設備提出 I/O請求時，該算法就根據對該設備提出請求的先后次序將這些進程排列成一個設備請求隊列，設備分配程序把設備首先分配給隊首進程。 ? 優先級高者優先 ：對優先權高的進程所提出的 I/O請求賦予高優先權，在形成設備隊列時，將優先級高的進程排在設備隊列前面，先得到分配。而對于優先權相同的 I/O請求，則按先來先服務原則排隊分配。 2 3． 設備分配中的安全性 ? 安全分配方式 每當進程發出一個 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 。 當它運行時不保持任何設備資源 ， 打破了產生死鎖一個必要條件 — “ 請求和保持 ” ， 所以這種分配方式是安全的 。 但是這種分配算法使得 CPU與 I/O設備串行工作 ， 設備的利用率比較低 。 ? 不安全分配方式 進程發出一個 I/O請求后仍可以繼續運行 ， 需要時還可以發第二個 I/O請求 、 第三個 I/O請求 。 只有當進程所請求的設備已被另一個進程占用時 ， 進程才進入阻塞狀態 。 這種分配方式是不安全 ， 因為它可能具備 “ 請求和保持 ” 條件 ， 從而可能造成系統死鎖 。 設備數據結構 設備分配程序是負責向對系統提出 I/O請求的進程分配設備 ， 及其相應的控制器和通道 。 數據結構有： 系統設備表 （ SDT） 、 設備控制表（ DCT） 、 控制器控制表 （ COCT） 、 通道控制表（ CHCT） 。 每個表的具體內容如下圖所示 。 ? 在整個系統中 ， 有一張系統設備表 （ SDT） ， 用于記錄系統中全部設備的信息 。 每個設備占一個表目 ，其中包括設備類型 、 設備標識符 、 設備控制表指針及設備驅動程序的入口地址等表項 。 ? 系統為每一個設備都配置了一張設備控制表 （ DCT） ，用于記錄該設備的情況 。 表中除了有用于指示 設備類型 的字段和 設備標識符 字段外 ， 還應有下列字段： 設備數據結構 1 ? 設備隊列的隊首指針 ：凡因請求本設備而未得到滿足的進程，其 PCB都應按照一定的策略排成一個隊列，稱為設備請求隊列或簡稱為設備隊列。其隊首指針指向隊首 PCB，在有的系統中還設置了隊尾指針。 ? 設備狀態 ：當設備自身處于“忙”狀態時，將設備的忙標志置“ l” 。若與該設備相連接的控制器或通道處于“忙”狀態，而不能啟動該設備，則將設備的等待標志置“ l” 。 ? COCT表指針 ：該指針指向與該設備相連接的控制器的控制表。在具有多條通路的情況下，一個設備可與多個控制器相連接。此時，在 DCT中應設置多個控制器表指針。 ? 重復執行次數 ：外部設備在傳送數據時，若發生信息傳送錯誤，系統并不立即認為傳送失敗，而是允許它重新傳送。只要在規定的重復次數或時間內恢復正常傳送，則仍認為傳送成功，否則才認為傳送失敗。 設備數據結構 2 SDT集合 SDT DCT集合 DCT COCT集合 COCT CHCT集合 CHCT 表目 1 …… 表目 i …… 設備類型 設備標識符 進程標識符 DCT表指針 驅動程序入口地址 表目 1 …… 表目 i …… 設備類型 設備標識符 設備狀態 （ 等待 /不等待，忙 /閑） COCT表指針 重復執行的次數或時間 設備隊列的隊首指針 設備隊列的隊尾指針 表目 1 …… 表目 i …… 控制器標識符 控制器狀態（忙 /閑） CHCT表指針 控制器隊列的隊首指針 控制器隊列的隊尾指針 表目 1 …… 表目 i …… 通道標識符 通道狀態（忙 /閑） COCT表指針 通道隊列的隊首指針 通道隊列的隊尾指針 設備分配和回收過程 對于具有單通道的系統 ， 則當進程提出 I/O請求后 ， 系統進行設備分配的流程圖如下圖 。 為了獲得設備的獨立性 ， 進程應用邏輯設備名請求 I/O。 這樣 ， 系統首先從 SDT中找出第一個該類設備的 DCT。 如忙 ，則查找第二個該類設備的 DCT， 當所有該類設備都忙時 ， 才把進程掛在該類設備的等待隊列中 。 實際上 ， 系統為了提高可靠性和靈活性 ， 通常采用多通路的I/O系統結構 。 此時對多個控制器和通道的分配 ， 必須查找所有的控制器和通道 ， 才能決定是否將該進程掛起 。 單通道系統的設備分配流程 若忙 不忙 不安全 安全 不忙 忙 忙 不忙 進程 P提出所需的 I/O設備 根據物理設備名 ， 從 SDT中找出該設備的 DCT 由 DCT的設備狀態字段 ， 檢查該設備是否忙 ？ 將該進程的 PCB插入到 該設備的等待隊列中 檢查本次設備分配是否安全性 ？ 將此設備分配給該進程 從其 DCT中找出與該設備連接的控制器的 COCT， 檢查該控制器是否忙 ？ 將該進程的 PCB插入到 該控制器的的等待隊列中 將該控制器分配給進程 從 COCT中找到與該控制器連接的通道的 CHCT， 檢查該通道是否忙 ？ 將該進程的 PCB插入到 該通道的的等待隊列中 將該通道分配給進程 至此，設備、控制器和通道三者都已分配成功 啟動 I/O設備，進行具體的 I/O操作 練 習 8 設備管理的主要目標是什么？設備管理的基本功能 包括哪些？ 敘述設備控制器的結構及其工作原理。 敘述輸入 /輸出控制方式有幾種？各有何特點？ 輸入 /輸出軟件包括哪幾層？各有何功能？ 通道的功能是什么？ 敘述循環緩沖的工作原理。 敘述 spooling技術的實現思想。 敘述設備分配的步驟。 什么是設備的獨立性？為什么要引入設備的獨立性？ 敘述設備分配中可能出現死鎖的情況。