设备管理(专)

1、设备管理设备管理盛雯雯盛雯雯2021年年11月月14日星期日日星期日设备管理设备管理基本概念基本概念设备管理中的若干技术设备管理中的若干技术数据传输的控制方式数据传输的控制方式设备分配设备分配i/o设备处理程序设备处理程序计算机设备分类计算机设备分类设备控制器设备控制器设备管理的功能和任务设备管理的功能和任务程序控制方式程序控制方式中断控制方式中断控制方式直接存储访问方式直接存储访问方式通道方式通道方式i/o缓冲技术缓冲技术中断技术中断技术spooling技术技术通道技术通道技术设备分配原则、数据结构设备分配原则、数据结构设备分配方式、策略设备分配方式、策略共享磁盘的调度共享磁盘的调度i/o设

2、备处理程序的功能设备处理程序的功能设备处理的方式设备处理的方式计算机设备的分类计算机设备的分类 基于设备的从属关系：系统设备（标准设备如键基于设备的从属关系：系统设备（标准设备如键盘、显示器、磁盘驱动器）、用户设备（需要自盘、显示器、磁盘驱动器）、用户设备（需要自己安装驱动程序）己安装驱动程序） 基于资源分配角度：独享设备、共享设备、虚拟基于资源分配角度：独享设备、共享设备、虚拟设备。设备。 基于信息交换的单位：字符设备（键盘、打印机、基于信息交换的单位：字符设备（键盘、打印机、显示器）、块设备（磁盘、磁带）。显示器）、块设备（磁盘、磁带）。 基于设备的工作特性：存储设备、输入输出设备。基于设

3、备的工作特性：存储设备、输入输出设备。设备管理的功能和任务设备管理的功能和任务 设备控制器：设备控制器：cpu与与i/o设备之间的接口，设备之间的接口，接收从接收从cpu发来的命令，并控制发来的命令，并控制i/o设备的设备的工作，使处理机从繁忙的设备控制事务中工作，使处理机从繁忙的设备控制事务中解脱出来。实现解脱出来。实现cpu与控制器、控制器与与控制器、控制器与设备之间的通信。设备之间的通信。 设备的功能：设备的功能：1、提高设备的利用率。、提高设备的利用率。2、为用户提供便利统一的使用界面。为用户提供便利统一的使用界面。设备管理的功能设备管理的功能 提供一组提供一组i/o命令：用户使用外部

4、设备的界命令：用户使用外部设备的界面。面。 进行设备的分配和回收进行设备的分配和回收 缓冲区的管理缓冲区的管理 实现设备的实现设备的i/o操作。操作。设备中断处理程序设备中断处理程序保护中断现场保护中断现场传送数据传送数据恢复现场恢复现场调用设备驱动程序调用设备驱动程序用户程序用户程序read（input,buffer）buffer(缓冲区缓冲区)输入输入/输出管理程序输出管理程序阻塞调用进程阻塞调用进程验证验证i/o请求请求调用设备驱动程序调用设备驱动程序校验设备状态校验设备状态激活调用进程激活调用进程设备驱动程序设备驱动程序初始化并启动初始化并启动i/o完成真正的完成真正的i/o返回输入返

5、回输入/输出管理程序输出管理程序输入输入/输出的处理步骤输出的处理步骤设备的分配算法设备的分配算法 dcb：设备控制。：设备控制。device control block，存放的是一台具体设备的有关信息。找到存放的是一台具体设备的有关信息。找到一个设备的一个设备的dcb,就是得到了该设备的特性，就是得到了该设备的特性，各种参数、使用情况等。各种参数、使用情况等。 sdt：系统设备表。每一个可分配的外部：系统设备表。每一个可分配的外部设备都分配一个表项。其中有一指针指向设备都分配一个表项。其中有一指针指向该设备的该设备的dcb. ivt:中断向量表，计算机为每台设备赋予一中断向量表，计算机为每台

6、设备赋予一个设备码，用设备码来查找中断向量表。个设备码，用设备码来查找中断向量表。设备标识设备标识设备类型设备类型设备状态设备状态设备请求队列指针设备请求队列指针设备驱动程序首地址设备驱动程序首地址其他其他pcb1pcb2pcb3设备请求队列设备请求队列dcb设备分配设备分配 通过一个键盘输入请求来讨论设备分配的通过一个键盘输入请求来讨论设备分配的过程。过程。中断保护区首地址设备屏蔽码设备中断处理程序入口地址设备特性设备码设备驱动程序入口地址设备初始化程序入口地址设备请求队列指针内存起始地址计数器加工单加工单d1a1dnan-1-1a10110rds(设备名，内存地址，个数设备名，内存地址，个

7、数)设备的分配设备的分配 绝对号：绝对号：计算机系统中配置各种不同的外部设备，计算机系统中配置各种不同的外部设备，每一类外部设备都可能有很多台，为了管理，系每一类外部设备都可能有很多台，为了管理，系统对每台设备进行编号，以便相互识别。统对每台设备进行编号，以便相互识别。 相对号：相对号：用户在申请设备的时候通常都不是指明用户在申请设备的时候通常都不是指明设备的绝对号，而是知名需要那一类设备。至于设备的绝对号，而是知名需要那一类设备。至于分配那一台则根据当时设备的分配情况进行分配。分配那一台则根据当时设备的分配情况进行分配。 用户通过设备类（相对号）对设备提出申请。用户通过设备类（相对号）对设备

8、提出申请。设备设备类类拥有拥有设备设备台数台数现存现存台数台数设备设备表地表地址址输入输入机机42打印打印机机20绝对号绝对号状态状态使用情使用情况况占用作占用作业名业名相对号相对号001好好已分配已分配job1002002好好空闲空闲003好好空闲空闲004好好已分配已分配job2001绝对号绝对号状态状态使用情使用情况况占用作占用作业名业名相对号相对号005好好已分配已分配job1001006好好已分配已分配job3002设备类表设备类表设备表设备表设备分配算法设备分配算法 先来先服务先来先服务 优先级高者先服务优先级高者先服务数据传输方式数据传输方式 根据外部设备与主机并行工作的程度：根

9、据外部设备与主机并行工作的程度： 程序控制方式程序控制方式 中断控制方式中断控制方式 dma 通道控制方式通道控制方式程序控制方式程序控制方式 程序查询方式程序查询方式 一字符为单位传输一字符为单位传输 cpu的速度远远大于的速度远远大于i/o的速度，使得的速度，使得cpu大部分时间都在等待大部分时间都在等待i/o完成的循环测试中。完成的循环测试中。无法支持多到程序的并发执行。无法支持多到程序的并发执行。中断控制方式中断控制方式 外部设备启动并准备好后再发出中断请求。外部设备启动并准备好后再发出中断请求。 一旦启动外围设备后转去服务其他程序。一旦启动外围设备后转去服务其他程序。仅当有中断请求时

10、才转向相应的中断处理仅当有中断请求时才转向相应的中断处理程序处理中断请求。程序处理中断请求。 每次只传送一个数据每次只传送一个数据 保护现场、恢复现场保护现场、恢复现场dma 外设直接与内存交换成批数据而不用外设直接与内存交换成批数据而不用的干涉。减轻的负担。的干涉。减轻的负担。 特点特点 dma获得总线控制权后，直接与外围设备交换获得总线控制权后，直接与外围设备交换数据而不需要数据而不需要cpu的控制的控制 设备与存储区成批数据传输设备与存储区成批数据传输 cpu被挂起，被挂起，cpu与外围设备不能并行工作与外围设备不能并行工作 cpu只做启动和结束处理，数据传输以及只做启动和结束处理，数据

11、传输以及i/o工工作都由作都由dma负责实行。负责实行。通道方式通道方式 独立于的，专门用来输入输出操作独立于的，专门用来输入输出操作的处理机。具有执行通道的处理机。具有执行通道i/o的能力，并通的能力，并通过执行通道程序控制过执行通道程序控制i/o操作，但通道指令操作，但通道指令（通道控制字）与一般的不同：（通道控制字）与一般的不同： 指令类型单一，局限于与指令类型单一，局限于与i/o相关的指令。相关的指令。 没有自己的内存。没有自己的内存。通道的类型通道的类型 字节夺路通道字节夺路通道 安子介交叉方式工作，有若干非分配型子通道，按时安子介交叉方式工作，有若干非分配型子通道，按时间片轮转方式

12、共享主通道。间片轮转方式共享主通道。 数组选择通道数组选择通道 只有一个分配类型子通道，虽然可以连接多台高速设只有一个分配类型子通道，虽然可以连接多台高速设备，但一段时间内，只能执行一条通道程序。备，但一段时间内，只能执行一条通道程序。 数组多路通道数组多路通道 含有多个分配型子通道，它们具有很高的传输速率。含有多个分配型子通道，它们具有很高的传输速率。通道通道 当用户发出当用户发出/o请求时，请求时，cpu直接把该请直接把该请求转交给通道完成，通道在求转交给通道完成，通道在i/o任务结束后任务结束后才发出中断信号，请求才发出中断信号，请求cpu进行结束处理。进行结束处理。 通道与主机连接，设

13、备控制器与通道连接。通道与主机连接，设备控制器与通道连接。一个设备控制器上连接多个设备一个通道一个设备控制器上连接多个设备一个通道上可以连接多个控制器。上可以连接多个控制器。通道技术通道技术 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由由cpu通过管理程序组织一个通道程序，通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道；并启动通道； 通道处理机执行通道处理机执行cpu为它组织的通道程序，为它组织的通道程序，完成指定的数据输入输出操作；完成指定的数据输入输出操作； 通道程序结束后向通道程序结束后向cpu发送中断请求，发送中断请求，响应后，第二次进入操作系统，调用响应后

14、，第二次进入操作系统，调用管理程序对输入输出中断请求进行处理。管理程序对输入输出中断请求进行处理。设备管理的若干技术设备管理的若干技术 i/o缓冲技术缓冲技术 中断技术中断技术 spooling 技术技术 通道技术通道技术i/o缓冲技术缓冲技术 引入原因：缓和引入原因：缓和cpu与外围设备速度不匹与外围设备速度不匹配的矛盾；减少配的矛盾；减少cpu的中断频率，放宽对的中断频率，放宽对中断相应的时间限制；提高中断相应的时间限制；提高cpu与与i/o设备设备之间的并行性。之间的并行性。 方法：采用专门的硬件寄存器（硬缓冲）、方法：采用专门的硬件寄存器（硬缓冲）、在内存中开辟连续的内存单元（软缓冲）

15、。在内存中开辟连续的内存单元（软缓冲）。 软缓冲：单缓冲、双缓冲、多缓冲、缓冲软缓冲：单缓冲、双缓冲、多缓冲、缓冲池池单缓冲区单缓冲区生产者生产者缓冲区缓冲区消费者消费者双缓冲区双缓冲区 生产者生产者缓冲区缓冲区1消费者消费者缓冲区缓冲区2spooling技术技术 三部分：三部分： 预输入程序预输入程序 缓输出程序缓输出程序 井管理程序：井管理程序： 井管理读：请求输入设备工作时，调用井管理读程井管理读：请求输入设备工作时，调用井管理读程序，把让输入设备工作的任务转成从输入井中读取序，把让输入设备工作的任务转成从输入井中读取所需要的信息。所需要的信息。 井管理写：操作系统调用井管理写程序，它把

16、让输井管理写：操作系统调用井管理写程序，它把让输出设备工作的任务，转环成为往输出井中输出。出设备工作的任务，转环成为往输出井中输出。磁盘调度磁盘调度 磁盘的结构：磁盘的结构： 存储信息的载体（盘片）存储信息的载体（盘片） 磁盘驱动器（磁头、读写驱动放大电路、机械磁盘驱动器（磁头、读写驱动放大电路、机械支撑机构和其他电器部分）支撑机构和其他电器部分） 磁道、扇区、盘面、柱面、读写磁头号、移动磁道、扇区、盘面、柱面、读写磁头号、移动臂臂 查找时间：在移动臂的带动下，把磁头移查找时间：在移动臂的带动下，把磁头移动到指定柱面所需要的时间。动到指定柱面所需要的时间。移臂调移臂调度度 等待时间：将指定的扇

17、区旋转到磁头下所等待时间：将指定的扇区旋转到磁头下所需要的时间；需要的时间；磁盘旋转时间磁盘旋转时间 传输时间：由磁头进行读写，完成信息传传输时间：由磁头进行读写，完成信息传送所需要的时间。送所需要的时间。磁盘的计算磁盘的计算 c：每个柱面的磁道数：每个柱面的磁道数 s：每个磁道的扇区数：每个磁道的扇区数 第第i个柱面，个柱面，j个磁头，个磁头，k扇区所对应的磁盘扇区所对应的磁盘块号块号b可用如下公式计算：可用如下公式计算： b=k+(j+i*c)*s习题习题 假定一个磁盘共有假定一个磁盘共有100个柱面，每个柱面共个柱面，每个柱面共8个磁道，每个盘面被划分成个磁道，每个盘面被划分成8个扇区，

18、现个扇区，现在有一个含有在有一个含有6400个记录的文件，记录大个记录的文件，记录大小与扇区尺寸相同，编号从小与扇区尺寸相同，编号从0开始。该文件开始。该文件按从按从0磁道，磁道，0柱面，柱面，0扇区开始顺序存放。扇区开始顺序存放。 第第3680个记录应该存放在磁盘的那个位置？个记录应该存放在磁盘的那个位置？ 第第78个柱面的第个柱面的第6个磁道的第个磁道的第6个扇区中应该存个扇区中应该存放该文件的第几个记录？放该文件的第几个记录？调度算法调度算法 先来先服务调度算法先来先服务调度算法 98，183，37，122，14，124，65，67 最短查找时间优先调度算法最短查找时间优先调度算法 电梯

19、调度算法电梯调度算法 单向扫描调度算法单向扫描调度算法习题习题 一个具有一个具有40个柱面的磁盘，现在正在处理个柱面的磁盘，现在正在处理柱面柱面11上的上的i/o请求。这时又顺序到达新的请求。这时又顺序到达新的请求，涉及的磁道是：请求，涉及的磁道是：1，36，16，34，9，12。分别采用先来先服务、最短查找时间。分别采用先来先服务、最短查找时间按优先、电梯调度算法。试问个需要滑过按优先、电梯调度算法。试问个需要滑过多少柱面？多少柱面？复习复习1通道在输入输出操作完成出错时，就形成通道在输入输出操作完成出错时，就形成（），等候来处理。），等候来处理。a. 硬件故障中断硬件故障中断b. 程序中断

20、程序中断c. 外部中断外部中断d. 中断中断2cpu对通道的请求形式是（对通道的请求形式是（）a. 自陷自陷b. 中断中断c. 通道命令通道命令d. 转移命令转移命令 3下列关于设备管理的叙述中错误的是：下列关于设备管理的叙述中错误的是：a. 通道是处理输入输出的软件通道是处理输入输出的软件b. 所有外围设备的启动工作都是由系统统一所有外围设备的启动工作都是由系统统一完成的。完成的。c. 来自通道的来自通道的i/o中断由各自的设备管理统中断由各自的设备管理统一负责处理。一负责处理。d. 编制好的通道程序放置在主存中。编制好的通道程序放置在主存中。e. 由用户给出的设备编号是设备的绝对号。由用户

21、给出的设备编号是设备的绝对号。4通道是一种（通道是一种（）a. 保存保存i/o信息的部件信息的部件b. 传输信息的电子线路传输信息的电子线路c. 通用处理器通用处理器d. 专用处理器专用处理器 5通道有通道有3种类型，它们是（种类型，它们是（）a. 字节多路通道字节多路通道b. 数组多路通道数组多路通道c. 单字节多路通道单字节多路通道d. 选择通道选择通道 e. 字节单路通道字节单路通道6不同的计算机系统中，其通道命令可能不不同的计算机系统中，其通道命令可能不同，但一般都由（同，但一般都由（）等组成。）等组成。a. 命令码命令码b. 数据主存地址数据主存地址c. 传送字节数传送字节数d. 标

22、志码标志码e. 设备绝对号设备绝对号 7启动后，设备的控制工作由（启动后，设备的控制工作由（）的。）的。a. cpu执行通道控制程序来控制的执行通道控制程序来控制的b. 通道执行用户程序来控制通道执行用户程序来控制c. cpu执行用户程序来控制执行用户程序来控制d. 通道执行预先编制好的通道程序来控制。通道执行预先编制好的通道程序来控制。 8、以下功能中，（、以下功能中，（）不能使设备）不能使设备管理的功能。管理的功能。a.实现外围设备的分配和回收实现外围设备的分配和回收b.实现外围设备的启动实现外围设备的启动c.实现按名存取实现按名存取d.实现虚拟设备实现虚拟设备 9设备独立性是指：设备独立

23、性是指：a. 设备具有独立执行设备具有独立执行i/o功能的一种特性功能的一种特性b. 用户程序使用的设备与实际使用那台设备用户程序使用的设备与实际使用那台设备无关的一种特性无关的一种特性c. 能独立实现设备共享的一种特性能独立实现设备共享的一种特性d. 设备驱动程序独立于具体使用的物理设备设备驱动程序独立于具体使用的物理设备的一种特性。的一种特性。 10共享设备是指那些（共享设备是指那些（）a. 一个作业还没有完全撤离就可以飞赔给另一个作业还没有完全撤离就可以飞赔给另一个作业同时服务，但每个时刻只能为一一个作业同时服务，但每个时刻只能为一个作业服务。个作业服务。b. 可以为多个用户服务可以为多

24、个用户服务c. 只能为一个用户服务只能为一个用户服务d. 任何时刻都可以为多个用户服务任何时刻都可以为多个用户服务 11下列设备中，（下列设备中，（）是共享设备？）是共享设备？a. 磁盘磁盘b. 读卡机读卡机c. 扫描仪扫描仪d. 打印机打印机e. 绘图仪绘图仪 12绘图仪是：（绘图仪是：（）a. 共享设备共享设备b. 独占设备独占设备c. 有时是独占设备有时是共享设备有时是独占设备有时是共享设备d. 字符输出设备字符输出设备 13共享设备可以被多个用户作业共享使用，共享设备可以被多个用户作业共享使用，这里的这里的“同时同时”是指：是指：a. 设备一次只能为一个用户作业是用设备一次只能为一个用

25、户作业是用b. 一个作业没有撤离，另一个作业可以使用一个作业没有撤离，另一个作业可以使用该设备该设备c. 任何时刻多个作业同时使用该设备任何时刻多个作业同时使用该设备d. 设备的每个位置都可以被多个用户同时使设备的每个位置都可以被多个用户同时使用。用。 调度调度下列算法可用于磁盘移臂调度的是：（下列算法可用于磁盘移臂调度的是：（）a. b. 电梯调度算法电梯调度算法c. 时间片轮转算法时间片轮转算法d. 响应比高者优先调度算法响应比高者优先调度算法2驱动器的调度算法中，（驱动器的调度算法中，（）会随时）会随时改变移动臂的运动方向。改变移动臂的运动方向。a. 电梯调度电梯调度b. 先来先服务先来

26、先服务c. 扫描扫描d. 单向扫描单向扫描e. 最短时间优先最短时间优先 3对磁盘的调度中，既考虑了减少寻找时间，对磁盘的调度中，既考虑了减少寻找时间，又不频繁改变移动臂的移动方向的调度是：又不频繁改变移动臂的移动方向的调度是：a. 先来先服务先来先服务b. 最短查找时间优先最短查找时间优先c. 电梯调度电梯调度d. 优先级高者优先优先级高者优先 4（）总是从移动臂的当前位置）总是从移动臂的当前位置开始沿着臂的移动方向去选择当前移动臂开始沿着臂的移动方向去选择当前移动臂最近的那个柱面的访问者，若沿臂的移动最近的那个柱面的访问者，若沿臂的移动方向再也没有请求时，就改变臂的移动方方向再也没有请求时

27、，就改变臂的移动方向再选择。向再选择。a.先来先服务先来先服务b.最短查找时间优先最短查找时间优先c.电梯调度算法电梯调度算法d.单向扫描调度算法单向扫描调度算法 5（）会在一次的单向的全称移）会在一次的单向的全称移动臂移动过程中完全不访问数据。动臂移动过程中完全不访问数据。a. 先来先服务先来先服务b. 电梯调度电梯调度c. 单向扫描单向扫描d. 双向扫描双向扫描 6在移臂调度算法中，下面随时可能会改变在移臂调度算法中，下面随时可能会改变移动臂的移动方向的是（移动臂的移动方向的是（）a. 电梯调度电梯调度b. 先来先服务先来先服务c. 单向扫描单向扫描d. 双向扫描双向扫描e. 最短时间优先

28、最短时间优先 7下列算法中，不是用于移臂调度的是（下列算法中，不是用于移臂调度的是（）a. 响应比高者优先响应比高者优先b. 先来先服务先来先服务c. 最短寻找时间优先最短寻找时间优先d. 优先级高者优先优先级高者优先e. 电梯调度电梯调度 8通过磁头把磁盘上的数据读到主存中所消通过磁头把磁盘上的数据读到主存中所消耗的时间是（耗的时间是（）a. 周转时间周转时间b. 延迟时间延迟时间c. 寻找时间寻找时间d. 传送时间传送时间 9对磁盘进行旋转调度的目的是为了（对磁盘进行旋转调度的目的是为了（）a. 缩短启动时间缩短启动时间b. 缩短寻找时间按缩短寻找时间按c. 缩短延迟时间缩短延迟时间d.

29、缩短传送时间缩短传送时间 10 某磁盘的柱面号从外向里从某磁盘的柱面号从外向里从0开始编号，假开始编号，假定当前磁头停留在定当前磁头停留在100号柱面，而且移动方号柱面，而且移动方向是往外的，现有一个请求队列在等待访向是往外的，现有一个请求队列在等待访问磁盘，访问的柱面号为：问磁盘，访问的柱面号为：190、10、160、80、90、125、30、20、140、25，请写出，请写出分别采用最短时间优先和电梯调度算法处分别采用最短时间优先和电梯调度算法处理上述请求的顺序。理上述请求的顺序。11 若干个等待访问磁盘者要访问的柱面为：若干个等待访问磁盘者要访问的柱面为：20、44、40、4、80、12

30、、76，假设每移，假设每移动一个柱面需要动一个柱面需要3毫秒时间，移动臂当前处毫秒时间，移动臂当前处于于40号柱面，则先来先服务和最短寻找时号柱面，则先来先服务和最短寻找时间优先算法，分别需要多少寻找时间。间优先算法，分别需要多少寻找时间。12 假定某磁盘上，刚处理了假定某磁盘上，刚处理了75号柱面的请求，号柱面的请求，目前正在目前正在80号柱面上读信息，并有以下磁号柱面上读信息，并有以下磁盘访问序列：盘访问序列：165、40、192、180、90、58、33、102，用最短查找时间优先算法，用最短查找时间优先算法和电梯调度算法，分别列出实际处理上述和电梯调度算法，分别列出实际处理上述请求序列

31、时的次序。请求序列时的次序。磁盘磁盘1设磁盘的转速是设磁盘的转速是2000转转/分，盘面被划成分，盘面被划成10个扇区，则读取一个扇区的时间是（个扇区，则读取一个扇区的时间是（）。）。a. 20msb. 3msc. 2msd. 1ms2对磁盘进行移臂调度是为了减少（对磁盘进行移臂调度是为了减少（）a. 寻找时间寻找时间b. 传送时间传送时间c. 延迟时间延迟时间d. 启动时间启动时间 3当两个进程在访问一个柱面时、一个扇区、当两个进程在访问一个柱面时、一个扇区、不同磁道的时候，（不同磁道的时候，（）a. 一定要先读磁头号小的；一定要先读磁头号小的；b. 一定先读磁头号大的一定先读磁头号大的c. 两个同时读出来两个同时读出来d. 任意选择一个先访问，另一个等下次扇区任意选择一个先访问，另一个等下次扇区转到磁头下的时候再访问。转到磁头下的时候再访问。 4一个含有一个含有8个盘片的双面磁盘，盘片每面个盘片的双面磁盘，盘片每面