操作系统第五章第三节课件.ppt
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- 操作系统 第五 三节 课件
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1、Operating SystemOperating SystemPage 12023-5-21Operating SystemOperating SystemPage 22023-5-21q设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素q设备独立性设备独立性q独占设备的分配程序独占设备的分配程序qSPOOLing技术技术Operating SystemOperating SystemPage 32023-5-21q在多道程序环境下,系统中的设备所有进程共享,在多道程序环境下,系统中的设备所有进程共享,为为防止防止进程对系统资源的进程对系统资源的无序竞争无
2、序竞争,必须由系统,必须由系统统一分配统一分配设备设备q某进程向系统提出某进程向系统提出I/O请求时,设备分配程序按请求时,设备分配程序按一定策略一定策略分配设备、控制器和通道,形成一条数分配设备、控制器和通道,形成一条数据传输通路,以供主机和设备间信息交换据传输通路,以供主机和设备间信息交换q为实现设备分配,系统中应设置相应的数据结构,为实现设备分配,系统中应设置相应的数据结构,对每台设备、通道、控制器的情况进行登记对每台设备、通道、控制器的情况进行登记Operating SystemOperating SystemPage 42023-5-215.4.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数
3、据结构 1.设备控制表设备控制表DCT2.控制器控制表控制器控制表COCT3.通道控制表通道控制表CHCT4.系统设备表系统设备表SDT Operating SystemOperating SystemPage 52023-5-211.设备控制表设备控制表DCT设备类型设备类型 type设备标识符:设备标识符:deviceid设备状态:等待设备状态:等待/不等待不等待 忙忙/闲闲指向控制器表指向控制器表COCTCOCT的指针的指针重复执行次数或时间重复执行次数或时间设备队列的队首指针设备队列的队首指针DCT 1DCT 2DCT n设设备备控控制制表表集集合合每个设备一张,记录本设备的情况每个设
4、备一张,记录本设备的情况正使用,则忙标志正使用,则忙标志置置1;若与其相连的;若与其相连的控制器或通道忙,控制器或通道忙,则等待标志置则等待标志置1请求本设备未满请求本设备未满足的进程足的进程PCB队队列列Operating SystemOperating SystemPage 62023-5-212.控制器控制表、控制器控制表、通道控制表通道控制表控制器标识符:控制器标识符:controllerid控制器状态:忙控制器状态:忙/闲闲与控制器连接的通道表指针与控制器连接的通道表指针控制器队列的队首指针控制器队列的队首指针控制器队列的队尾指针控制器队列的队尾指针通道标识符:通道标识符:chann
5、elid通道状态:忙通道状态:忙/闲闲与通道连接的控制器表首址与通道连接的控制器表首址通道队列的队首指针通道队列的队首指针通道队列的队尾指针通道队列的队尾指针(a)控制器表控制器表COCT(b)通道表通道表CHCT一个控制器一张一个控制器一张一个通道一张一个通道一张Operating SystemOperating SystemPage 72023-5-21q系统设备表系统设备表SDT 系统系统设备表设备表SDT表目表目 1表目表目 i设备类设备类设备标识符设备标识符DCT驱动程序入口驱动程序入口整个系统一张,记录已被连接到系统中的所有物理设备的情况整个系统一张,记录已被连接到系统中的所有物理
6、设备的情况Operating SystemOperating SystemPage 82023-5-21q设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素q设备独立性设备独立性q独占设备的分配程序独占设备的分配程序qSPOOLing技术技术Operating SystemOperating SystemPage 92023-5-215.4.2 设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素 为了使系统有条不紊地工作,系统在进行设备为了使系统有条不紊地工作,系统在进行设备分配时,应考虑这样几个因素:分配时,应考虑这样几个因素:(1)设备的固有属性;)设备的固有
7、属性;(2)设备分配算法;)设备分配算法;(3)设备分配的安全性;)设备分配的安全性;(4)设备独立性。)设备独立性。Operating SystemOperating SystemPage 102023-5-211.设备的固有属性设备的固有属性v独占性独占性一段时间内,只允许一个进程独占,大多数低度速一段时间内,只允许一个进程独占,大多数低度速/设备都属于独享设备设备都属于独享设备v共享性共享性允许多个进程同时共享,如磁盘、磁鼓之类的外存允许多个进程同时共享,如磁盘、磁鼓之类的外存储器,既具有很能大的存储容量,其定位操作的时储器,既具有很能大的存储容量,其定位操作的时间又短间又短v可虚拟性可
8、虚拟性独占设备经某种技术处理,改造成虚拟设备,把一独占设备经某种技术处理,改造成虚拟设备,把一台输入机虚拟为几台台输入机虚拟为几台“虚拟虚拟”的输入机。例如:为的输入机。例如:为了提高设备利用率引入了脱机输入输出或采用了提高设备利用率引入了脱机输入输出或采用SPOOLing技术,变一台为技术,变一台为“多台设备多台设备”缺点:设备得缺点:设备得不到充分利用,不到充分利用,可能产生死锁可能产生死锁Operating SystemOperating SystemPage 112023-5-21q设备分配策略设备分配策略v独占设备独占设备防止死锁防止死锁v共享设备共享设备由于同时有多个进程同时访问,
9、且访问频繁,就会由于同时有多个进程同时访问,且访问频繁,就会影响整个设备使用效率,影响系统效率。因此要考影响整个设备使用效率,影响系统效率。因此要考虑多个访问请求到达时服务的顺序,使平均服务时虑多个访问请求到达时服务的顺序,使平均服务时间越短越好。间越短越好。注意各进程的访问次序进行合理调度注意各进程的访问次序进行合理调度v虚拟设备虚拟设备Operating SystemOperating SystemPage 122023-5-212.设备分配算法设备分配算法v先来先服务先来先服务v优先级高者优先优先级高者优先3.设备分配中的安全性设备分配中的安全性v安全分配方式安全分配方式每当进程发出每当
10、进程发出I/O请求后,便进入阻塞状态,请求后,便进入阻塞状态,I/O操操作完成后唤醒作完成后唤醒优点:摒弃了优点:摒弃了“请求和保持请求和保持”条件,不会产生死锁条件,不会产生死锁v不安全分配方式不安全分配方式 进程发出进程发出I/O请求后仍继续运行,继续申请请求后仍继续运行,继续申请I/O设备设备优点:可操作多个设备,推进迅速优点:可操作多个设备,推进迅速缺点:推进缺点:推进速度缓慢速度缓慢缺点:可能缺点:可能产生死锁产生死锁Operating SystemOperating SystemPage 132023-5-21q基本的设备分配程序基本的设备分配程序v分配设备分配设备v分配控制器分配
11、控制器v分配通道分配通道Operating SystemOperating SystemPage 142023-5-21设备设备1设备设备2设备设备3设备设备4设备设备5设备设备6设备设备7控制器控制器1控制器控制器2控制器控制器3控制器控制器4通道通道1通道通道2存储器存储器分配设备分配设备1分配控制器分配控制器1分配通道分配通道1申请设备申请设备1按设备物理名查按设备物理名查SDT设备忙?设备忙?根据安全策略进行分配根据安全策略进行分配由由DCT查查COCT分配控制器分配控制器由由COCT查查CHCT分配通道分配通道否是由由SDT查设备查设备 DCTOperating SystemOper
12、ating SystemPage 162023-5-21q设备分配程序的改进设备分配程序的改进v基本分配程序的问题基本分配程序的问题进程以物理设备名提出进程以物理设备名提出I/O请求请求采用单通路采用单通路I/O系统结构,容易产生瓶颈系统结构,容易产生瓶颈v改进方案改进方案增加设备独立性增加设备独立性 考虑多通路情况考虑多通路情况为进程为进程P P分配所需的分配所需的I/OI/O设备设备从从SDTSDT表查该类设备的控制表表查该类设备的控制表DCTDCT不忙不忙不安全不安全分配此设备给进程分配此设备给进程P P不忙不忙不忙不忙分配此控制器给进程分配此控制器给进程P P分配此通道给进程分配此通道
13、给进程P P启动启动I/O,I/O,进行进行具体的具体的I/OI/O操作操作忙忙进程进程P P的的PCBPCB放入放入此设备的等待队列此设备的等待队列YN忙忙进程进程 P P 的的 PCB PCB 放入放入此控制器的等待队列此控制器的等待队列YNY忙忙Y进程进程P P的的PCBPCB放入此放入此通道的等待队列通道的等待队列NYNN多通多通路设路设备分备分配流配流程示程示意图意图由由DCTDCT检查该设备忙否检查该设备忙否?检查分配此设备的安全性检查分配此设备的安全性?最后一个最后一个DCT?DCT?最后一个最后一个COCT?COCT?最后一个最后一个DCT?DCT?此设备连接的此设备连接的CO
14、CTCOCT忙否忙否?此控制器连接的此控制器连接的CHCTCHCT忙否忙否?最后一个最后一个COCT?COCT?最后一个最后一个CHCT?CHCT?Operating SystemOperating SystemPage 182023-5-21q设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构q设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素q设备独立性设备独立性q独占设备的分配程序独占设备的分配程序qSPOOLing技术技术Operating SystemOperating SystemPage 192023-5-21硬件不断发展,硬件不断发展,CPU速度的提高、系统规模扩大,人机速度的提高、系统规模扩
15、大,人机矛盾严重,如何解决?矛盾严重,如何解决?输入设备外围机磁盘主机外围机输出设备磁带磁带磁带磁带Operating SystemOperating SystemPage 202023-5-211.什么什么是是SPOOLing技术技术v为了缓和为了缓和CPU的高速性与的高速性与I/O设备低速性间的设备低速性间的矛盾而引入了矛盾而引入了脱机输入脱机输入、脱机输出脱机输出技术技术v在多道程序环境下,其中的一道程序模拟脱在多道程序环境下,其中的一道程序模拟脱机输入时的外围控制机功能机输入时的外围控制机功能v在主机的直接控制下,实现脱机输入、在主机的直接控制下,实现脱机输入、输出输出功能,此时的外围
16、操作与功能,此时的外围操作与CPU对数据的处理对数据的处理同时进行同时进行v把这种在联机情况下实现的同时外围操作称把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为为SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line),或称为,或称为假脱机操作假脱机操作Operating SystemOperating SystemPage 212023-5-212.SPOOLing系统的组成系统的组成v输入井和输出井输入井和输出井在磁盘上的两个存储空间在磁盘上的两个存储空间输入井模拟脱机输入,暂存输入数据输入井模拟脱机输入,暂存输入数据输出井模拟脱机输出,暂存输出数
17、据输出井模拟脱机输出,暂存输出数据v输入缓冲区和输出缓冲区输入缓冲区和输出缓冲区用来缓和用来缓和CPU与磁盘之间的速度的矛盾与磁盘之间的速度的矛盾v输入进程输入进程SPi和输出进程和输出进程SPo模拟脱机模拟脱机I/O时的外围控制机时的外围控制机Operating SystemOperating SystemPage 222023-5-21输入进程 输入进程 SPi输入进程 输入进程 SPo输入缓冲区 输入缓冲区 Bi输出缓冲区 输出缓冲区 Bo输入井输入井输出井输出井磁盘磁盘输入设备输入设备输出设备输出设备Operating SystemOperating SystemPage 232023
18、-5-213.共享打印机共享打印机v打印机为打印机为独占独占设备,利用设备,利用SPOOLing技术,技术,可将之改造为可将之改造为共享共享设备设备v用户请求打印时,用户请求打印时,SPOOLing系统处理如下系统处理如下由输出进程在输出井中为之申请一个空闲由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区,磁盘块区,并将要打印的数据送入其中并将要打印的数据送入其中输出进程再为用户进程申请一张空白的用输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表,并将用户的打印要求填入户请求打印表,并将用户的打印要求填入其中,其中,再再将该表挂到请求打印队列上将该表挂到请求打印队列上Operating Syste
19、mOperating SystemPage 242023-5-214.SPOOLing系统特点系统特点v提高了提高了I/O的速度的速度v将独占设备改造为共享设备将独占设备改造为共享设备v实现了虚拟设备功能实现了虚拟设备功能Operating SystemOperating SystemPage 252023-5-21SPOOLing技术今天仍被广泛使用技术今天仍被广泛使用q网络文件传送网络文件传送 先把文件送到网络先把文件送到网络SPOOLing目录,然后网络值目录,然后网络值班进程把它取出并传递到目标地址班进程把它取出并传递到目标地址qInternet电子邮件系统电子邮件系统 为了寄邮,调用
20、电子邮件程序为了寄邮,调用电子邮件程序 待发信存在待发信存在SPOOLing中供以后传输中供以后传输q注意:注意:SPOOLing只提高设备利用率,缩短用户只提高设备利用率,缩短用户程序执行时间,并不提高程序执行时间,并不提高CPU利用率利用率Operating SystemOperating SystemPage 262023-5-21qI/O系统系统 qI/O控制方式控制方式 q缓冲管理缓冲管理 q设备分配设备分配q设备处理设备处理q磁盘存储器管理磁盘存储器管理Operating SystemOperating SystemPage 272023-5-21q磁盘性能简述磁盘性能简述q磁盘调
21、度磁盘调度q磁盘高速缓存磁盘高速缓存(Disk Cache)q提高磁盘提高磁盘I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列现代操作系统的重要任务之一:设法改善磁盘系统的性能现代操作系统的重要任务之一:设法改善磁盘系统的性能Operating SystemOperating SystemPage 282023-5-21q磁盘存储器管理的主要任务磁盘存储器管理的主要任务v提高磁盘提高磁盘I/O速度,改善文件性能速度,改善文件性能v确保文件系统的确保文件系统的可靠性可靠性(备份)(备份)Operating SystemOperating SystemPage 292023-5
22、-215.6 磁盘存储器管理磁盘存储器管理5.6.1 磁盘性能简述磁盘性能简述 1.数据的组织和格式数据的组织和格式图 5-22 磁盘的格式化 包括一个或多个包括一个或多个,每片分,每片分2面,每面可面,每面可分成若干条分成若干条,各磁道之间有间隙,每条磁道上,各磁道之间有间隙,每条磁道上可存储相同数目的二进制位,磁盘可存储相同数目的二进制位,磁盘即每英寸之即每英寸之中所存储的位数。显然内层磁道的密度较外层磁道中所存储的位数。显然内层磁道的密度较外层磁道的密度大。的密度大。Operating SystemOperating SystemPage 302023-5-21盘片盘片扇区扇区磁头磁头磁
23、道磁道Operating SystemOperating SystemPage 312023-5-21Operating SystemOperating SystemPage 322023-5-21Operating SystemOperating SystemPage 332023-5-21Operating SystemOperating SystemPage 342023-5-211.数据的组织和格式数据的组织和格式v盘片盘片(1个或多个)、盘面、磁道、扇区个或多个)、盘面、磁道、扇区v扇区有扇区有标识符字段标识符字段和和数据字段数据字段Gap102031292293Field Gap
24、Field Gap Gap Field Gap Field Gap17741515201774151520IDDataIDDataGap1292293Field Gap Field1774151520IDDataSectorPhysical Sector 0Physical Sector 1Physical Sector 29BytesSynchByteTrack#Head#Sector#Bytes 1211CRC3SynchByteDataCRC15122600 Bytes/SectorGap存储相同数存储相同数目的二进制目的二进制位位间隙间隙定界符定界符段校验段校验Operating Sy
25、stemOperating SystemPage 352023-5-212.磁盘的类型磁盘的类型 这种磁盘在,所有的磁头都被装在一刚性磁臂中。通过这些磁头可访问所有各磁道,并进行,有效地。这种结构的磁盘主要用于上。,也被装入磁臂中。为能访问该盘面上的所有磁道,该磁头必须能移动以进行寻道。可见,移动磁头仅能以,致使其;但由于其结构简单,故仍广泛应用于设备中。Operating SystemOperating SystemPage 362023-5-21访盘时间组成访盘时间组成 寻道寻道时间时间旋转旋转延迟延迟时间时间传输传输时间时间Operating SystemOperating System
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