第五章設(shè)備管理

2016年_第五章設(shè)備管理第一頁，共69頁。5.1硬件原理一、I/O系統(tǒng)

二、設(shè)備控制器

三、I/O控制方式

第二頁，共69頁。一、I/O系統(tǒng)

1、按傳輸速率分低速設(shè)備：每秒幾個到數(shù)百字節(jié)。如Modem，鍵盤，鼠標(biāo)等中速設(shè)備：每秒數(shù)千到數(shù)萬字節(jié)。如激光打印機(jī)高速設(shè)備：每秒數(shù)百K到數(shù)兆。如磁盤、磁帶第三頁，共69頁。2、按信息交換的單位分類字符設(shè)備：I/O傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)，如打印機(jī)、modem等。特征：速率較低、I/O常采用中斷驅(qū)動。塊設(shè)備

：

I/O傳輸?shù)膯挝皇菈K，如磁盤、磁帶。特征：速率高（幾兆）、可隨機(jī)訪問任一塊、I/O常采用DMA方式。

按I/O操作特性：輸入設(shè)備，輸出設(shè)備，存儲型設(shè)備還可以?第四頁，共69頁。二、設(shè)備控制器I/O設(shè)備通常由機(jī)械部分和電子部分所組成，電子部件稱設(shè)備控制器或適配器，它是可插入主板擴(kuò)充槽的印刷電路板，機(jī)械部件則是設(shè)備本身。一個控制器可以控制兩個或更多同類設(shè)備。操作系統(tǒng)是與控制器打交道而非與設(shè)備本身交互，微機(jī)和小型機(jī)采用單總線模型，實(shí)現(xiàn)CPU和控制器間的數(shù)據(jù)傳送，中、大型機(jī)則采用多總線結(jié)構(gòu)和多通道方式，以提高并行操作程度。如果沒有控制器，復(fù)雜操作必須由操作系統(tǒng)來解決，引入控制器后，通過傳遞簡單參數(shù)就可進(jìn)行I/O操作，大大簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有利于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對各類控制器和設(shè)備的兼容性。第五頁，共69頁。設(shè)備控制器是CPU和設(shè)備之間的一個接口,它接收從CPU發(fā)來的命令,控制I/O設(shè)備操作,實(shí)現(xiàn)主存和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備控制器是一個可編址設(shè)備,當(dāng)它連接多臺設(shè)備時,則應(yīng)具有多個設(shè)備地址。設(shè)備控制器主要功能:①接收和識別CPU或通道發(fā)來的命令②實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,包括設(shè)備和控制器間的數(shù)據(jù)傳輸,控制器和主存儲器間傳輸數(shù)據(jù)③發(fā)現(xiàn)和記錄設(shè)備及自身的狀態(tài)信息,供CPU處理使用④設(shè)備地址識別第六頁，共69頁。CPU主存顯示器控制器顯示器打印機(jī)控制器打印機(jī)……第七頁，共69頁。三、I/O控制方式1、

輪詢方式2、

中斷方式3、DMA方式4、通道方式

第八頁，共69頁。1、

輪詢方式在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于無中斷機(jī)構(gòu)，對設(shè)備的控制采用程序輪詢方式。工作過程（以輸入為例）

CPU設(shè)置好傳送字節(jié)數(shù)和內(nèi)存起始地址，向設(shè)備控制器發(fā)出一條I/O指令啟動輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)，同時置狀態(tài)為忙或未就緒；然后不斷地循環(huán)檢測該狀態(tài)。如果依然忙或未就緒，說明輸入設(shè)備尚未輸入一個字，CPU繼續(xù)檢測；直至就緒好（輸入設(shè)備已將數(shù)據(jù)送入控制器的數(shù)據(jù)寄存器中），CPU將數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)取出送入內(nèi)存指定單元中。輪詢方式使CPU的絕大部分時間都處于循環(huán)測試中，浪費(fèi)大量CPU時間。第九頁，共69頁。2、中斷方式為了使CPU與設(shè)備并行工作，采用I/O中斷方式。中斷方式要求CPU與設(shè)備控制器及設(shè)備之間有中斷請求線，設(shè)備控制器的狀態(tài)寄存器有相應(yīng)中斷允許位。CPU與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸過程：1)進(jìn)程發(fā)出啟動I/O指令，這時CPU會加載控制信息到設(shè)備控制器的寄存器，然后，進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或放棄CPU等待設(shè)備操作完成；2)設(shè)備控制器檢查狀態(tài)，按照I/O指令的要求，執(zhí)行相應(yīng)I/O操作，一旦傳輸完成，設(shè)備控制器通過發(fā)出I/O中斷信號；3)CPU收到并響應(yīng)I/O中斷后，轉(zhuǎn)向處理該設(shè)備的I/O中斷處理程序執(zhí)行；4)中斷處理程序(CPU)執(zhí)行數(shù)據(jù)讀取操作，將I/O緩沖寄存器的內(nèi)容寫入主存，操作結(jié)束后退出中斷處理程序，返回中斷前的執(zhí)行狀態(tài)；5)進(jìn)程調(diào)度程序在適當(dāng)時刻恢復(fù)得到數(shù)據(jù)的進(jìn)程執(zhí)行。第十頁，共69頁。分析在I/O設(shè)備輸入/輸出每個數(shù)據(jù)過程中，無需CPU干預(yù)，可使CPU與I/O設(shè)備并行工作，僅當(dāng)輸完一個數(shù)據(jù)時，才需發(fā)費(fèi)極短時間去做中斷處理，因此CPU利用率大大提高。本質(zhì)還是CPU將數(shù)據(jù)讀進(jìn)內(nèi)存缺點(diǎn)：每臺設(shè)備每輸入輸出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)都有一次中斷。如果設(shè)備較多時，中斷次數(shù)會很多，消耗CPU的時間。

為減少中斷對CPU造成的負(fù)擔(dān)，可采用DMA方式和通道方式。第十一頁，共69頁。3、DMA（DirectMemoryAcess）方式DMA方式又稱直接存儲器訪問方式。其基本思想是在外設(shè)和主存之間開辟直接的數(shù)據(jù)交換通路。控制器功能更強(qiáng)，除有中斷功能外，還有一個DMA控制機(jī)構(gòu)。在DMA控制器的控制下，設(shè)備同主存之間可成批交換數(shù)據(jù)，不用CPU干預(yù)。第十二頁，共69頁。數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊。所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備送內(nèi)存，或者相反。僅在傳送一個或多個數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時，才需中斷CPU，請求干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在DMA控制器控制下完成的。

DMA方式較之中斷方式，大大減少了CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù)，進(jìn)一步提高了CPU與I/O設(shè)備的并行程度。但因?yàn)樾枰灿脮r鐘周期，不適合復(fù)雜輸入輸出。DMA方式的特點(diǎn)第十三頁，共69頁。4、通道方式I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中較為典型的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是主機(jī)、通道、控制器和外部設(shè)備。第十四頁，共69頁。為使中央處理機(jī)從繁忙的I/O處理中擺脫出來，現(xiàn)代大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置了專門的處理I/O操作的處理機(jī)，并把這種處理機(jī)稱為通道。通道在CPU的控制下獨(dú)立地執(zhí)行通道程序，對外部設(shè)備的I/O操作進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)之間成批的數(shù)據(jù)交換。 通道=I/O處理機(jī)第十五頁，共69頁。采用通道后的I/O操作過程：

CPU在執(zhí)行主程序時遇到I/O請求，它啟動指定通道上選址的外圍設(shè)備，一旦啟動成功，通道開始控制外圍設(shè)備進(jìn)行操作。CPU就可執(zhí)行其他任務(wù)并與通道并行工作，直到I/O操作完成。通道發(fā)出操作結(jié)束中斷時，CPU才停止當(dāng)前工作，轉(zhuǎn)向處理I/O操作結(jié)束事件。第十六頁，共69頁。5.3緩沖技術(shù)在輸入/輸出數(shù)據(jù)時，為了提高并行度，改善傳輸效率，在內(nèi)存中開辟出來的專用區(qū)域，稱為I/O緩沖區(qū)。輸出時：輸入時，類似：作用：①可以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)大小不一致②提高并行度③減少中斷次數(shù)I/O緩沖區(qū)PO設(shè)備滿第十七頁，共69頁。常用的緩沖技術(shù)依據(jù)實(shí)現(xiàn)時，用到的緩沖數(shù)量分為：1、單緩沖2、雙緩沖3、環(huán)形緩沖4、緩沖池

第十八頁，共69頁。5.3.1單緩沖最簡單的一種緩沖形式。當(dāng)進(jìn)程發(fā)出一I/O請求時，OS為之分配一緩沖區(qū)。對于塊設(shè)備：對于輸入：設(shè)備先將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，OS再將數(shù)據(jù)傳給進(jìn)程。對于輸出：類似的，進(jìn)程先將數(shù)據(jù)傳入緩沖區(qū)，OS再將數(shù)據(jù)送出到設(shè)備。I/O緩沖區(qū)P處理時間C內(nèi)存中O設(shè)備TT內(nèi)存用戶區(qū)M(copy)多批次時，一次讀入和一次處理時間：沒緩沖：T+C有緩沖：max(C,T)+M第十九頁，共69頁。5.3.2雙緩沖技術(shù)對于輸出：類似設(shè)備先將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，再將數(shù)據(jù)輸出到設(shè)備對于輸入：設(shè)備先將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，OS再將數(shù)據(jù)傳給進(jìn)程。I/O緩沖區(qū)P處理時間C內(nèi)存中buf1O設(shè)備T內(nèi)存用戶區(qū)M(copy)多批次時，一次讀入和一次處理時間：若T>C+M:為T可以寫為：MAX(C,T)若C>T:為C+Mmax(C,T)+M內(nèi)存中buf2滿第二十頁，共69頁。5.3.3、多（環(huán)形）緩沖技術(shù)當(dāng)生產(chǎn)和消費(fèi)數(shù)據(jù)的速度基本匹配時，雙緩沖能獲得較好效果。但若兩者速度相差甚遠(yuǎn)時，效果不太理想。但隨著緩沖區(qū)的數(shù)量增加，使情況有所改善。因此引入環(huán)形緩沖技術(shù)。環(huán)形緩沖技術(shù)是在主存中分配一組大小相等的存儲區(qū)作為緩沖區(qū)，并將這些緩沖區(qū)鏈接起來。這樣若干個緩沖區(qū)就形成了一個環(huán)，故稱環(huán)形緩沖區(qū)。系統(tǒng)可循環(huán)使用這些緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖區(qū)用于輸入(輸出)時，還要有兩個指針I(yè)N和OUT。第二十一頁，共69頁。第二十二頁，共69頁。5.3.4、緩沖池環(huán)形緩沖區(qū)一般用于特定的進(jìn)程，屬于專用緩沖區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)較大時，將會有許多這樣的環(huán)形緩沖區(qū)，這不僅要消耗大量的內(nèi)存空間，利用率也不高。為了提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛流行公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個進(jìn)程共享。緩沖池由內(nèi)存中一組大小相等的緩沖區(qū)組成，池中各緩沖區(qū)的大小與用于I/O的設(shè)備的基本信息單位相似，緩沖池屬于系統(tǒng)資源，由系統(tǒng)進(jìn)行管理。緩沖池中各緩沖區(qū)可用于輸出信息，也可用于輸入信息，并可根據(jù)需要組成各種緩沖區(qū)隊(duì)列。例如，UNIX系統(tǒng)中，在塊設(shè)備管理中設(shè)置了一個15個緩沖區(qū)組成的緩沖池。

第二十三頁，共69頁。5.3.5高速緩存①讀寫數(shù)據(jù)塊時首先在高速緩存找是否有該數(shù)據(jù)塊；如果找到，從該緩存中獲取該塊內(nèi)容；如果沒有找到，再從磁盤讀??；②采用一定方法（如LRU）構(gòu)建重用機(jī)制；③抽象對高速緩存的標(biāo)準(zhǔn)操作，如寫，延遲寫，讀，預(yù)先讀等第二十四頁，共69頁。5.2I/O軟件I/O軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)與原則I/O中斷處理程序設(shè)備驅(qū)動程序獨(dú)立于設(shè)備的I/O軟件用戶層I/O軟件第二十五頁，共69頁。5.2.1I/O軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)與原則設(shè)備無關(guān)性出錯處理同步（先后順序）、異步傳輸緩沖技術(shù)第二十六頁，共69頁。5.2.2、I/O中斷處理程序檢查設(shè)備寄存器狀態(tài)，判定中斷原因，根據(jù)I/O操作（輸入/輸出）情況完成情況變化；若有錯向上層報告，實(shí)施重執(zhí)；若無錯，喚醒等待傳輸結(jié)束的進(jìn)程，使其變?yōu)榫途w；若有等待傳輸?shù)腎/O命令，通知相關(guān)軟件啟動下一個I/O請求。第二十七頁，共69頁。5.2.3、設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序包括與設(shè)備相關(guān)的代碼，其工作是：把用戶提交的邏輯I/O請求轉(zhuǎn)化為物理I/O操作的啟動和執(zhí)行，如設(shè)備名轉(zhuǎn)化為端口地址、邏輯記錄轉(zhuǎn)化為物理記錄、邏輯操作轉(zhuǎn)化為物理操作等。設(shè)備驅(qū)動程序從與設(shè)備無關(guān)的軟件中接收抽象的I/O請求，并將其轉(zhuǎn)換為設(shè)備要求的具體形式，（完成正確執(zhí)行的準(zhǔn)備工作）然后執(zhí)行（向控制器加載命令）。第二十八頁，共69頁。設(shè)備驅(qū)動程序發(fā)出控制命令有的兩種處理形式：①阻塞自己（變成等待態(tài)）等待完成（同步），再變?yōu)榫途w；②不阻塞自己（不變成等待態(tài)）；第二十九頁，共69頁。設(shè)備驅(qū)動程序主要功能：

1)設(shè)備初始化，

2)執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動例程，

3)執(zhí)行中斷處理例程。第三十頁，共69頁。5.2.4、獨(dú)立于設(shè)備的I/O軟件

設(shè)備無關(guān)軟件完成的功能：

?設(shè)備命名

?設(shè)備保護(hù)

?提供與設(shè)備無關(guān)的塊尺寸（簇）

?緩沖技術(shù)

?設(shè)備分配和狀態(tài)跟蹤

?錯誤處理和報告第三十一頁，共69頁。5.2.5、用戶空間的I/O軟件庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)的I/O系統(tǒng)調(diào)用

resn=read(fd,buffer,nt);非庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)的I/O系統(tǒng)調(diào)用

spooling系統(tǒng)(預(yù)輸入，緩輸出，井管理)第三十二頁，共69頁。I/O系統(tǒng)各層軟件及其功能

用戶進(jìn)程I/O系統(tǒng)調(diào)用；I/O格式化；SPOOLING獨(dú)立于設(shè)備的軟件命名；保護(hù)；阻塞；緩沖；分配；跟蹤設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備寄存器置初值；啟動I/O操作；檢查狀態(tài)硬件執(zhí)行I/O操作中斷處理程序處理I/O中斷；報告錯誤；喚醒驅(qū)動程序?qū)哟蜪/O應(yīng)答I/O功能I/O請求第三十三頁，共69頁。5.4磁盤驅(qū)動調(diào)度磁盤容量大，存取速度快，可隨機(jī)存取,是當(dāng)前存放大量程序和數(shù)據(jù)的理想設(shè)備.在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都配置了磁盤存儲器。本節(jié)介紹：磁盤的物理結(jié)構(gòu)磁盤訪問時間磁盤調(diào)度算法第三十四頁，共69頁。

5.4.1、磁盤的物理結(jié)構(gòu)1.單個磁盤片分為上下兩個存儲面；每面分為若干磁道，由外向內(nèi)編號；每條磁道又分為若干扇區(qū)。磁道扇區(qū)021第三十五頁，共69頁。2.硬盤

將多個磁盤片疊裝在主軸上形成一個盤組；主軸

硬盤一般分為固定頭磁盤和移動頭磁盤：固定頭磁盤：指盤面上每條磁道都有一個讀/寫磁頭的磁盤。固定頭磁盤各磁頭可并行讀寫，但成本較高，主要用在大型機(jī)中。移動頭磁盤：指每個盤面只有一個讀/寫磁頭的磁盤。每次讀寫須先移動磁頭到目標(biāo)磁道上。目前，個人計(jì)算機(jī)中的硬盤都是移動頭磁盤。第三十六頁，共69頁。盤片安裝在一個高速旋轉(zhuǎn)的主軸上。磁頭安裝在磁臂上，磁臂可沿磁盤半徑方向移動。要在磁盤上訪問一個扇區(qū)，必須給出其柱面號、磁頭號和扇區(qū)號，這稱為扇區(qū)的物理地址。柱面扇區(qū)磁頭磁臂磁道主軸移動頭硬盤結(jié)構(gòu)示意圖第三十七頁，共69頁。訪問磁盤過程尋道：把磁頭移動定位到指定磁道旋轉(zhuǎn)：指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)移動到磁頭下面讀/寫磁盤：搜索延遲第三十八頁，共69頁。1.尋道時間Ts（查找時間）把磁頭移動到指定磁道上所經(jīng)歷的時間，包含啟動磁臂和磁頭移動n條磁道所花費(fèi)的時間。Ts=s+n*ms：啟動磁臂的時間，約2ms

n：尋道數(shù)m：常數(shù)，與磁盤驅(qū)動器速度有關(guān)，一般磁盤m＝0.2，高速磁盤，m≤0.1Ts大約幾ms到幾十ms2.旋轉(zhuǎn)延遲時間Tr指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)移動到磁頭下面所經(jīng)歷的時間。與盤面的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。

Tr(平均)=1/2r

r

——磁盤轉(zhuǎn)速

5400轉(zhuǎn)/分平均旋轉(zhuǎn)延遲5.55ms；7200轉(zhuǎn)/分:4.16ms。第三十九頁，共69頁。３.傳輸時間Tt把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時間。與旋轉(zhuǎn)速度和一次讀寫的數(shù)據(jù)量有關(guān)。

Tt=b/rNb：傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)r：磁盤每秒轉(zhuǎn)速N：一條磁道上字節(jié)數(shù)目前磁盤的傳輸速度一般有幾十M/s，傳輸一個扇區(qū)的時間小于0.05ms。

磁盤訪問時間Ta＝Ts+Tr+Tt（其中Ts約占70%）第四十頁，共69頁。如何提高磁盤的數(shù)據(jù)訪問速度？要提高磁盤的訪問速度主要應(yīng)從以下兩方面入手：數(shù)據(jù)的合理組織、磁盤的調(diào)度算法。5.4.2磁盤調(diào)度算法當(dāng)多個訪問磁盤請求在等待時，采用一定的策略，對這些請求的服務(wù)順序安排，旨在降低平均磁盤服務(wù)時間，達(dá)到公平、高效。第四十一頁，共69頁。1.先來先服務(wù)FCFS按進(jìn)程請求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度。例：磁盤訪問序列：98,183,37,122,14,124,65,67磁頭目前位置：53

磁頭服務(wù)序列：98,183,37,122,14,124,65,67總尋道數(shù)：640第四十二頁，共69頁。優(yōu)點(diǎn)：簡單，公平；缺點(diǎn)：尋道性能差；使磁頭反復(fù)移動，對機(jī)械也不利。第四十三頁，共69頁。2．最短尋道時間優(yōu)先SSTF優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁頭最近的訪問請求進(jìn)行服務(wù)，使每次的尋道時間最短。例：磁盤訪問序列：98,183,37,122,14,124,65,67磁頭目前位置：53

磁頭服務(wù)序列：65,67,37,14,98,122,124,183總尋道數(shù)：236第四十四頁，共69頁。優(yōu)點(diǎn)：尋道性能較好；缺點(diǎn)：存在“饑餓”現(xiàn)象，造成某些訪問請求長期等待得不到服務(wù)。第四十五頁，共69頁。3.電梯算法調(diào)度既考慮了距離，同時又考慮了磁頭移動方向。選擇沿磁頭移動方向最近的訪問請求進(jìn)行服務(wù)，然后判斷該方向上是否還有訪問請求，如果有則繼續(xù)服務(wù)；否則改變磁頭移動方向，處理遇到的最近的訪問請求，如此反復(fù)。（類似電梯的調(diào)度規(guī)則）尋道性能較好，消除了饑餓現(xiàn)象。第四十六頁，共69頁。例：磁盤訪問序列：98,183,37,122,14,124,65,67磁頭目前位置：53假設(shè)目前磁頭由大號磁道向小號磁道移動。磁頭服務(wù)序列：37,14,65,67,98,122,124,183總尋道數(shù)：208第四十七頁，共69頁。4.掃描算法Scan磁頭沿一個方向移動，掃過所有磁道，遇到最近的訪問請求便進(jìn)行處理，直到最后一個磁道后，再向相反的方向移動回來，遇到訪問請求，進(jìn)行處理。第四十八頁，共69頁。5.循環(huán)掃描算法CSCAN當(dāng)磁盤請求對磁道的分布是均勻的情況下，磁頭回頭時，靠近磁頭端的請求很少（因?yàn)榇蓬^剛經(jīng)過），而遠(yuǎn)端請求較多，這些請求等待時間要長一些。循環(huán)掃描算法能克服這個缺點(diǎn)。磁頭總是從0號磁道開始到最大號磁道順序掃描，遇到訪問請求，進(jìn)行處理，當(dāng)磁頭到達(dá)最后一個磁道后，立即快速返回到0號柱面，返回時不在提供服務(wù)。第四十九頁，共69頁。例：磁盤訪問序列：98,183,37,122,14,124,65,67磁頭目前位置：53假設(shè)磁頭由小號磁道向大號磁道移動時提供服務(wù)。

磁頭服務(wù)序列：65,67,98,122,124,183,14,37第五十頁，共69頁。6.N-Steps-Scan和FSCAN算法（分步SCAN）前述算法除FCFS外都會導(dǎo)致“磁臂粘著”現(xiàn)象：一個或幾個進(jìn)程對某一磁道有較高的訪問頻率時，即進(jìn)程反復(fù)請求對某一磁道的訪問，造成磁頭的“不移動”現(xiàn)象。N-Steps-Scan：把磁盤訪問請求排成長度為N的多個隊(duì)列。系統(tǒng)在處理完一個磁盤請求隊(duì)列的工作后，再處理其它隊(duì)列的請求。當(dāng)正在處理某隊(duì)列時，如果又出現(xiàn)新的磁盤訪問請求，將新請求放入其他隊(duì)列。FSCAN算法：對N步掃描的簡化。只排兩個隊(duì)列：當(dāng)前隊(duì)列、等待隊(duì)列。第五十一頁，共69頁。5.4.3循環(huán)排序請求次序物理塊（扇區(qū)）1讀塊32讀塊23讀塊14讀塊0方法1：（0+1）/2+1/430120123磁頭磁頭2301磁頭1/4周1/2周+1/23012磁頭1/4周+1/4+1/2+1/4+1/2+1/4讀塊1：讀塊0：讀塊3：讀塊2：讀塊1，0與讀塊2類似？共：1/2+1/4+3*3/4=3第五十二頁，共69頁。5.4.3循環(huán)排序請求次序物理塊（扇區(qū)）1讀塊32讀塊23讀塊14讀塊0方法2：（0+1）/2+1/401231230磁頭磁頭2301磁頭1/4周1/4周3012磁頭1/4周+1/4+1/4+1/4讀塊2：讀塊3：讀塊0：讀塊1：讀塊3與讀塊2，1，0類似？共：1/2+1/4+3*1/4=1.5第五十三頁，共69頁。5.4.3循環(huán)排序請求次序物理塊（扇區(qū)）1讀塊32讀塊23讀塊14讀塊0方法3，假設(shè)當(dāng)前是0塊在磁頭下：1/401231230磁頭磁頭2301磁頭1/4周1/4周3012磁頭1/4周+1/4+1/4+1/4讀塊2：讀塊3：讀塊0：讀塊1：讀塊3與讀塊2，1，0類似？共：1/4+3*1/4=1第五十四頁，共69頁。5.4.4優(yōu)化分布物理塊邏輯記錄1A2B3C4D5E6F7G8HABCDEFGH磁頭(要求按A...H序讀出)假設(shè)讀出數(shù)據(jù)后加工處理是4ms，轉(zhuǎn)一圈是16ms定位1/2周,8ms第五十五頁，共69頁。5.4.4優(yōu)化分布物理塊邏輯記錄1A2B3C4D5E6F7G8HDEFGHABC磁頭讀出A需要2ms，（轉(zhuǎn)一圈是16ms）第五十六頁，共69頁。5.4.4優(yōu)化分布物理塊邏輯記錄1A2B3C4D5E6F7G8HBCAEDGHF磁頭加工處理A是4ms，剛好B在磁頭下面（轉(zhuǎn)一圈是16ms）第五十七頁，共69頁。5.6設(shè)備分配什么叫設(shè)備獨(dú)立性？在具有獨(dú)立性的系統(tǒng)里，用戶編寫的程序可訪問任何設(shè)備而無須事先指定物理設(shè)備號，即程序中使用的設(shè)備與物理設(shè)備無關(guān)。第五十八頁，共69頁。5.6設(shè)備分配一、設(shè)備分配方式1.靜態(tài)分配當(dāng)一個作業(yè)（或進(jìn)程）運(yùn)行時，根據(jù)作業(yè)要求的設(shè)備，系統(tǒng)如果能滿足，則將其要求的設(shè)備全部分配給它，然后開始運(yùn)行，運(yùn)行完成釋放其占用的所有設(shè)備。這種分配方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)絕不會出現(xiàn)死鎖，缺點(diǎn)是設(shè)備利用率太低。2.動態(tài)分配這種分配方法是在作業(yè)（或進(jìn)程）運(yùn)行的過程中，需要使用設(shè)備時，就向系統(tǒng)申請，系統(tǒng)根據(jù)某種分配原則進(jìn)行分配。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備的利用率高，缺點(diǎn)是系統(tǒng)有出現(xiàn)死鎖的可能。3.虛擬分配見5.6第五十九頁，共69頁。二、設(shè)備分配算法1.先請求先服務(wù)2.優(yōu)先級高的優(yōu)先服務(wù)三、設(shè)備分配的安全性對于共享設(shè)備，不論采用靜態(tài)分配還是采用動態(tài)分配都不會出現(xiàn)死鎖。對于獨(dú)占設(shè)備，采用動態(tài)分配有可能造成死鎖。獨(dú)占設(shè)備的分配要考慮是否采用安全策略，共享設(shè)備分配要考慮調(diào)度性能。第六十頁，共69頁。5.6、虛擬設(shè)備系統(tǒng)中獨(dú)占設(shè)備的數(shù)量總是有限的，這些獨(dú)占設(shè)備一旦分配給某個進(jìn)程往往只有很少時間在工作，許多時間一直處于空閑狀態(tài)。而別的進(jìn)程又因得不到相應(yīng)的設(shè)備而不能運(yùn)行，因此嚴(yán)重地影響到整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率。從另一個角度來說，獨(dú)占設(shè)備一般是低速的，若采用聯(lián)機(jī)操作，也會增加進(jìn)程的運(yùn)行時間，影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率。為提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率，提出了在高速共享設(shè)備上模擬低速設(shè)備功能的技術(shù)，稱為虛擬設(shè)備技術(shù)。第六十一頁，共69頁。1.SPOOLing系統(tǒng)定義：SPOOLing系統(tǒng)是OS中采用的一項(xiàng)可以把獨(dú)享設(shè)備轉(zhuǎn)變成具有共享特征的虛擬設(shè)備的技術(shù)，也叫假脫機(jī)I/O技術(shù)或虛擬設(shè)備技術(shù)。SPOOLing全稱是SimultaneousPeripheralOperationOnLine,即外部設(shè)備同時聯(lián)機(jī)操作。這種早期批處理系統(tǒng)的產(chǎn)物一直沿用至今。第六十二頁，共69頁。讀卡機(jī)外圍機(jī)1401磁帶磁帶磁帶外圍機(jī)主機(jī)7094磁帶打印機(jī)上世紀(jì)50年代末批處理系統(tǒng)中，程序和數(shù)據(jù)的I/O是在外