SPOOLING 系統(tǒng)

1、8.1.5 設(shè)備分配3. 虛擬分配對(duì)設(shè)備采用動(dòng)態(tài)分配比靜態(tài)分配具有更高的設(shè)備利用率，為了能夠動(dòng)態(tài)分配獨(dú)占設(shè)備又不至于死鎖，操作系統(tǒng)對(duì)獨(dú)占設(shè)備進(jìn)行改造，在共享設(shè)備上虛擬獨(dú)占設(shè)備。這種共享設(shè)備上虛擬的獨(dú)占設(shè)備稱為虛擬設(shè)備，對(duì)虛擬設(shè)備實(shí)施的動(dòng)態(tài)分配稱為虛擬分配。SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operation On Line）技術(shù)就是將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備的一種行之有效的技術(shù)。 18.1.5 設(shè)備分配 （1）輸入井和輸出井為了實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備必須在磁盤上劃出兩類稱為“井”的存儲(chǔ)空間，分別虛擬輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。虛擬輸入設(shè)備的井稱為“輸入井”，用于收容從輸入設(shè)備上

2、輸入的數(shù)據(jù)；虛擬輸出設(shè)備的井稱為“輸出井”，用于收容用戶進(jìn)程需要輸出的數(shù)據(jù)。28.1.5 設(shè)備分配 （2） 虛擬分配當(dāng)進(jìn)程請(qǐng)求分配獨(dú)占設(shè)備時(shí)，操作系統(tǒng)分給進(jìn)程的并不是物理I/O設(shè)備，而是這些可以共享分配的、與物理設(shè)備有邏輯聯(lián)系的虛擬設(shè)備“井”。再由操作系統(tǒng)將分給進(jìn)程的“井”掛到具體的物理獨(dú)占設(shè)備隊(duì)列上進(jìn)行I/O，實(shí)現(xiàn)獨(dú)占設(shè)備與進(jìn)程之間的邏輯關(guān)聯(lián)。虛擬分配是對(duì)虛擬設(shè)備實(shí)施的分配，它包含兩步：采用共享分配為進(jìn)程分配一個(gè)共享設(shè)備“井”；將“井”與指定的獨(dú)占設(shè)備關(guān)聯(lián)。虛擬分配使進(jìn)程感到就好像是分給它一個(gè)獨(dú)占設(shè)備，由它獨(dú)占使用一樣。38.1.5 設(shè)備分配 （3） 應(yīng)用舉例例8-1設(shè)某時(shí)刻用戶進(jìn)程A請(qǐng)求打

3、印機(jī)輸出數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)響應(yīng)后執(zhí)行以下操作：在磁盤輸出井中找到一個(gè)空閑井分給進(jìn)程A，將進(jìn)程A需要打印的數(shù)據(jù)塊送到該輸出井中；為用戶進(jìn)程申請(qǐng)一章空白的請(qǐng)求打印表，將進(jìn)程A的打印請(qǐng)求和相應(yīng)的輸出井地址填入表中，將該表掛到打印機(jī)的請(qǐng)求隊(duì)列上。該進(jìn)程A 如果不需要等待打印結(jié)果則不需睡眠等待。所有的請(qǐng)求打印表都掛在打印請(qǐng)求隊(duì)列上，當(dāng)打印機(jī)空閑時(shí)，操作系統(tǒng)的輸出進(jìn)程取出其隊(duì)列頭的一個(gè)打印請(qǐng)求表，根據(jù)表中的磁盤井地址，找到需要打印的數(shù)據(jù)塊啟動(dòng)打印機(jī)輸出。直至所有數(shù)據(jù)塊全部打印完畢，輸出進(jìn)程將自己阻塞，直到有數(shù)據(jù)塊需要打印時(shí)才被喚醒。48.1.5 設(shè)備分配 （4） SPOOL系統(tǒng)的特點(diǎn)：提高了I/O速度 對(duì)于數(shù)

4、據(jù)所進(jìn)行的I/O操作從慢速設(shè)備轉(zhuǎn)化為快速的磁盤設(shè)備，從而提高了I/O速度，緩解了CPU與慢速的I/O設(shè)備之間的直接數(shù)據(jù)交換所帶來的速度不匹配的矛盾。提高了設(shè)備利用率和系統(tǒng)的吞吐能力 由于獨(dú)占設(shè)備不再采用獨(dú)占分配分式，使得一臺(tái)物理設(shè)備可以虛擬為多個(gè)虛擬設(shè)備分配給多個(gè)進(jìn)程，從而使物理設(shè)備得到充分的利用，提高了系統(tǒng)的吞吐能力。實(shí)現(xiàn)對(duì)獨(dú)占設(shè)備的改造和提高了進(jìn)程的并發(fā)度和執(zhí)行效率虛擬設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)獨(dú)占設(shè)備的改造，而虛擬分配使進(jìn)程對(duì)獨(dú)占設(shè)備的使用與物理設(shè)備分離，使進(jìn)程與I/O設(shè)備之間的同步I/O方式轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒絀/O方式，提高了進(jìn)程的并發(fā)度和執(zhí)行效率。顯然，虛擬分配方式在邏輯上改造了設(shè)備特性，提高了設(shè)備的利用

5、率，同時(shí)也提高了進(jìn)程的執(zhí)行效率。其所付出的代價(jià)是外存空間的開銷，是操作系統(tǒng)利用空間換取時(shí)間的一個(gè)典型范例。58.4.4 SPOOLING 系統(tǒng) 通道，尤其是多道程序技術(shù)出現(xiàn)，可利用常駐內(nèi)存進(jìn)程模擬外圍機(jī)實(shí)現(xiàn)I/O過程。其過程大致為： 當(dāng)輸入數(shù)據(jù)，或作業(yè)需要進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，利用輸入進(jìn)程模擬外圍機(jī)輸入到磁盤專用存儲(chǔ)區(qū)；讀調(diào)入作業(yè)或取數(shù)據(jù)時(shí)，從專用存儲(chǔ)區(qū)讀入； 在進(jìn)程有輸出時(shí)，利用輸出進(jìn)程模擬外圍機(jī)輸出到專用存儲(chǔ)區(qū)上，待輸出設(shè)備空閑時(shí)，再將存儲(chǔ)在專用存儲(chǔ)區(qū)上的數(shù)據(jù)送往低速輸出設(shè)備上；8.4 設(shè)備分配 6SPOOLING（Simultaneous Peripheral Operation On-Line）

6、的5個(gè)特征： 提高了I/O速度；將低速I/O變成高速磁盤訪問。 實(shí)現(xiàn)了主機(jī)與外部低速設(shè)備的并行操作。 8.4 設(shè)備分配 8.4.4 SPOOLING 系統(tǒng) 利用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，邏輯上為每個(gè)用戶都配備了一臺(tái)高速的獨(dú)占設(shè)備。 SPOOLING 需要高速、大容量存儲(chǔ)設(shè)備支持。 假脫機(jī)I/O系統(tǒng)，操作系統(tǒng)需建立I/O模塊，構(gòu)成I/O進(jìn)程。CPU執(zhí)行系統(tǒng)I/O進(jìn)程模擬外圍處理機(jī)。 7 SPOOLING 系統(tǒng)的構(gòu)成 輸入井和輸出井；在磁盤空間開辟兩個(gè)大的專用存儲(chǔ)區(qū)，輸入井模擬脫機(jī)輸入的磁盤；輸出井模擬脫機(jī)輸出的磁盤。 輸入和輸出緩沖區(qū)；為實(shí)現(xiàn)低速設(shè)備數(shù)據(jù)先傳送到高速磁盤上，或反之，需在內(nèi)存開辟兩個(gè)數(shù)

7、據(jù)緩沖區(qū)來緩沖速度的差異。 系統(tǒng)輸入(收容)進(jìn)程SPi 和系統(tǒng)輸出(/提取)進(jìn)程SPo ；各自模擬脫機(jī)輸入時(shí)的外圍處理機(jī)。 8.4 設(shè)備分配 8.4.4 SPOOLING 系統(tǒng) 外存空間做存貯內(nèi)存空間做緩沖8SPOOLING 系統(tǒng)將輸入輸出進(jìn)程分為4個(gè)部分： 存輸入；完成從輸入機(jī)到輸入井?dāng)?shù)據(jù)傳輸。 取輸入；完成從輸入井?dāng)?shù)據(jù)傳送到內(nèi)存（讀操作時(shí)似直接從輸入機(jī)讀取）。和由SPi完成。 存輸出；完成從內(nèi)存結(jié)果數(shù)據(jù)到輸出井傳送（用戶進(jìn)程執(zhí)行輸出就似直接在輸出設(shè)備輸出）。 取輸出；完成從輸出井結(jié)果數(shù)據(jù)到輸出設(shè)備上數(shù)據(jù)傳送。和由SPo完成。 8.4 設(shè)備分配 8.4.4 SPOOLING 系統(tǒng) SPOOLING 系統(tǒng)的構(gòu)成 9 SPOOLING 系統(tǒng)的工作過程 這里要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn)：8.4 設(shè)備分配 8.4.4 SPOOLING 系統(tǒng) SPOOLING系統(tǒng)中輸入輸出進(jìn)程也要在CPU上運(yùn)行，即取得CPU控制權(quán)后才可以運(yùn)行，也要花費(fèi)一定主機(jī)時(shí)間進(jìn)行輸入輸出控制，因此稱為假脫機(jī)。 SPOOLING系統(tǒng)要涉及存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、處理機(jī)管理及文件系統(tǒng)，因此系統(tǒng)也比較復(fù)雜。 只是主機(jī)與外設(shè)的I/O可以并行操作。 以圖8.13為例說明SPOOLING系統(tǒng)的工作過程。 10 輸出井：取輸入存輸出取輸出作業(yè)2作業(yè)4作業(yè)3內(nèi)存輸入機(jī)輸出機(jī)CPU作業(yè)4作業(yè)2作業(yè)1輸入井：作業(yè)5作業(yè)3作業(yè)2作業(yè)4圖8.13