第五部分操作系统考研复习

1、第五部分第五部分 输入输出管理输入输出管理(一一) I/O管理概述管理概述1.I/O设备设备2.I/O管理目标管理目标 3.I/O管理功能管理功能 4.I/O应用接口应用接口 5.I/O控制方式控制方式 (二二) I/O核心子系统核心子系统 1.I/O调度概念调度概念 2.高速缓存与缓冲区高速缓存与缓冲区3.设备分配与回收设备分配与回收4.假脱机技术假脱机技术(SPOOLing) 5.出错处理出错处理输入输出管理包括各种输入输出管理包括各种I/O设备的管理和采用的相关设备的管理和采用的相关技术。复习要求如下技术。复习要求如下:（1）掌）掌I/O设备的分类和设备的分类和I/O设备管理的概念设备管

2、理的概念（2）掌握）掌握4种种I/O控制方式，特别是控制方式，特别是DMA控制方式控制方式和通道控制方式的区别和联系和通道控制方式的区别和联系（3）掌握）掌握I/O中断处理的过程中断处理的过程（4）了解）了解I/O设备的分配和回收过程设备的分配和回收过程（5）掌握缓冲的概念）掌握缓冲的概念 缓冲区的类别和结构缓冲区的类别和结构（6）掌握）掌握SPOOLing技术的概念和实现过程技术的概念和实现过程5.1 I/O管理概述管理概述1. I/O设备的分类设备的分类常见的分类方法。常见的分类方法。 (1)按设备的使用特性：按设备的使用特性：存储设备和存储设备和 IO设备设备 (2)按传输速率分类按传输

3、速率分类低速设备、中速设备、高速设备；低速设备、中速设备、高速设备； (3)按信息交换单位分类按信息交换单位分类块设备、块设备、 字符设备字符设备 (4)按设备的共享属性分类按设备的共享属性分类独占设备、共享设备、虚拟设备。独占设备、共享设备、虚拟设备。2. I/O设备的特点设备的特点 数据传输模式数据传输模式 、 访问方法访问方法 、传输调度、传输调度 、 共享共享 、设备速度和设备速度和 IO方向方向 3. I/O管理目标管理目标 提高提高I/O设备的性能，确保设备的性能，确保IO设备的高效性和通用设备的高效性和通用性。性。 4. I/O管理功能管理功能 （1）为进程管理计算机系统提供接口

4、。）为进程管理计算机系统提供接口。（2）按照相关算法分配和释放）按照相关算法分配和释放IO设备。设备。（3）实现）实现CPU和和IO设备之间、设备之间、IO设备和设备和IO设设备之间的并行操作；备之间的并行操作；（4）实现其他功能，如缓冲区的管理、实现）实现其他功能，如缓冲区的管理、实现IO设设备的独立性备的独立性5. I/O应用接口应用接口 (1) IO应用接口的设计目标和原则应用接口的设计目标和原则IO应用接口应达到以下目标：应用接口应达到以下目标：与具体与具体IO设备无关。设备无关。采用统一命名方式采用统一命名方式应对错误进行处理。应对错误进行处理。采用缓冲技术。采用缓冲技术。实现实现I

5、O设备酌分配和释放设备酌分配和释放提供合理的提供合理的IO控制方式。控制方式。（2）IO应用接口的层次应用接口的层次硬件硬件 中断处理程序中断处理程序 设备驱动程序设备驱动程序设备独立性软件设备独立性软件 用户层软什用户层软什 IO 请求请求IO 应答应答（3）中断处理过程）中断处理过程（4）设备驱动程序）设备驱动程序6. I/O设备控制器设备控制器设备控制器由以下三部分组成：设备控制器由以下三部分组成：（1）设备控制器与）设备控制器与CPU的接口部分；的接口部分；（2）设备控制器与设备的接口部分；）设备控制器与设备的接口部分；（3） I/O逻辑部分逻辑部分7. I/O控制方式控制方式（1）程

6、序）程序I/O方式方式（2）中断控制方式）中断控制方式（3）DMA控制方式控制方式（4）通道控制方式）通道控制方式 IO通道与一般处理机的区别：通道与一般处理机的区别：IO通道的指令类型单一，通道的指令类型单一，没有自己的内存，通道所执行的没有自己的内存，通道所执行的IO通道程序是放在主机的通道程序是放在主机的内存中的，也就是说通道与内存中的，也就是说通道与CPU共享内存。共享内存。 IO通道与通道与DMA控制方式的区别：控制方式的区别：DMA控制方式需要控制方式需要CPU来控制传输的数据块大小、传输的内存位置，而通道控来控制传输的数据块大小、传输的内存位置，而通道控制方式中这些信息是由通道控

7、制的。另外，每个制方式中这些信息是由通道控制的。另外，每个DMA控制器控制器对应一台设备与内存传递数据，而一个通道可以控制多台设对应一台设备与内存传递数据，而一个通道可以控制多台设备与内存的数据交换。备与内存的数据交换。1. 用户程序发出磁盘用户程序发出磁盘IO请求后，系统的正确处理流请求后，系统的正确处理流程是程是 。 A用户程序一系统调用处理程序一中断处理程序一用户程序一系统调用处理程序一中断处理程序一设备驱动程序设备驱动程序 B用户程序一系统调用处理程序一设备驱动程序一用户程序一系统调用处理程序一设备驱动程序一中断处理程序中断处理程序 C. 用户程序一设备驱动程序一系统调用处理程序一用户

8、程序一设备驱动程序一系统调用处理程序一中断处理程序中断处理程序 D. 用户程序一设备驱动程序一中断处理程序一系统用户程序一设备驱动程序一中断处理程序一系统调用处理程序调用处理程序 注：本题为注：本题为2011年全国考研题年全国考研题解：在磁盘解：在磁盘IO的中断处理过程中，设备驱动程序应的中断处理过程中，设备驱动程序应先于中断处理程序执行。先于中断处理程序执行。本题答案为本题答案为B。(二二) I/O核心子系统核心子系统 1.I/O调度概念调度概念 就是确定一个好的顺序来执行就是确定一个好的顺序来执行I/O请求。请求。2.高速缓存与缓冲区高速缓存与缓冲区（1）引入缓冲的目的）引入缓冲的目的（2

9、）单缓冲和双缓冲）单缓冲和双缓冲单缓冲、双缓冲、循环缓冲和缓冲池单缓冲、双缓冲、循环缓冲和缓冲池3.设备分配与回收设备分配与回收（1）设备分配中的数据结构）设备分配中的数据结构（2）设备分配策略）设备分配策略设备使用的性质：独享、共享、虚拟设备使用的性质：独享、共享、虚拟设备分配算法：先请求先分配、优先级高者优先设备分配算法：先请求先分配、优先级高者优先设备分配的安全性：安全分配方式、不安全分配方式设备分配的安全性：安全分配方式、不安全分配方式设备独立性：用户程序的设备独立性、设备独立性：用户程序的设备独立性、I/O软件的设备独立性软件的设备独立性（3）设备分配的步骤）设备分配的步骤单通路单通

10、路I/O系统设备分配：系统设备分配：多通路多通路I/O系统设备分配：系统设备分配：4.假脱机技术假脱机技术(SPOOLing) （1） SPOOLing系统的组成：系统的组成：输入井和输出井；输入井和输出井；输入缓冲区和输出缓冲区；输入缓冲区和输出缓冲区；输入进程和输出进程。输入进程和输出进程。（2） SPOOLing系统的特点系统的特点提高提高I/O的速度；的速度；将独占设备改造为共享设备；将独占设备改造为共享设备；实现虚拟设备的功能。实现虚拟设备的功能。5.出错处理出错处理 1程序员利用系统调用打开程序员利用系统调用打开IO设备时，通常使用的设备设备时，通常使用的设备标识是标识是 A. 逻

11、辑设备名逻辑设备名 B物理设备名物理设备名 C. 主设备号主设备号 D从设备号从设备号注：本题为注：本题为2009年全国考研题年全国考研题解：本题答案为解：本题答案为A2引入高速缓冲的主要目的是一引入高速缓冲的主要目的是一 A. 提高提高CPU的利用率的利用率 B提高提高IO设备的利用率设备的利用率 C改善改善CPU与与IO设备速度不匹配的问题设备速度不匹配的问题 D节省内存节省内存 解：解： CPU与与IO设备执行速度通常是不对等的设备执行速度通常是不对等的,前者快，后前者快，后者慢，通过高速缓冲技术可以改善这一不匹配问题。者慢，通过高速缓冲技术可以改善这一不匹配问题。本题答案为本题答案为C

12、。3. 缓冲技术中的缓冲池在缓冲技术中的缓冲池在中。中。 A. 内存内存 B外存外存 CROM D寄存器寄存器 解：内存中专门用来临时存放输入输出数据的区域称为缓解：内存中专门用来临时存放输入输出数据的区域称为缓冲区。本题答案为冲区。本题答案为A。4如果如果IO所花费的时间比所花费的时间比CPU处理时间短得多，则缓冲处理时间短得多，则缓冲区区。 A. 最有效最有效 B. 几乎无效几乎无效 C均衡均衡 D以上都不是以上都不是 解：设置缓冲区的主要目的是缓和解：设置缓冲区的主要目的是缓和CPU的快速与设备的慢速的快速与设备的慢速之间的矛盾，若之间的矛盾，若IO花费时间比花费时间比CPU处理时间短得

13、多，则没有处理时间短得多，则没有必要设置缓冲区。必要设置缓冲区。本题答案为本题答案为B。5CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用决这一矛盾，可采用 。 A.并行技术并行技术 B覆盖技术覆盖技术 c缓冲技术缓冲技术 n虚存技术虚存技术 解：设置缓冲区的主要目的是缓和解：设置缓冲区的主要目的是缓和CPU的快速与设备的慢速的快速与设备的慢速之间的矛盾。之间的矛盾。本题答案为本题答案为c。6.为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出，最好使用为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出，最好使用 结构的缓冲技术。结构的缓冲技术。

14、 A. 缓冲池缓冲池 B循环缓冲循环缓冲 C单缓冲单缓冲 D双缓冲双缓冲 解：缓冲池是系统公用资源，可供多个进程共享，并且既能解：缓冲池是系统公用资源，可供多个进程共享，并且既能用于输入又能用于输出。故本题答案为用于输入又能用于输出。故本题答案为A7缓冲池管理中着重考虑的问题是缓冲池管理中着重考虑的问题是.A. 选择缓冲区的大小选择缓冲区的大小 B. 确定缓冲区的数量确定缓冲区的数量C. 实现进程访问选择缓冲池的同步实现进程访问选择缓冲池的同步 D.限制进程的数量限制进程的数量解：解： C。8. 设从磁盘将一块数据传送到缓冲区所用时间为设从磁盘将一块数据传送到缓冲区所用时间为80 s；将缓冲；

15、将缓冲区中数据传送到用户区所用时间为区中数据传送到用户区所用时间为40 s ，CPU处理一块数据处理一块数据所用时间为所用时间为30 s 。如果有多块数据需要处理，并采用单缓冲。如果有多块数据需要处理，并采用单缓冲区传送某磁盘数据，则处理一块数据所用总时间为区传送某磁盘数据，则处理一块数据所用总时间为。 A120 s B110 s C150 s D70 s 解：采用单缓冲区传送数据时，设备与处理机对缓冲区的操解：采用单缓冲区传送数据时，设备与处理机对缓冲区的操作是串行的，当进行第作是串行的，当进行第i次读磁盘数据送至缓冲区时，系统再同次读磁盘数据送至缓冲区时，系统再同时读出用户区中第时读出用户

16、区中第i-1次数据进行计算，此两项操作可以并行，次数据进行计算，此两项操作可以并行，并与数据从缓冲区传送到用户区的操作串行进行，并与数据从缓冲区传送到用户区的操作串行进行， 所以系统所以系统处理一块数据所用总时间处理一块数据所用总时间=MAX(80 s,30 s)+40 s =120 s 。本题答案为本题答案为A。 9某操作系统采用双缓冲区传送磁盘上的数据。设从磁盘将某操作系统采用双缓冲区传送磁盘上的数据。设从磁盘将数据传送到缓冲区所需时间为数据传送到缓冲区所需时间为T1，将缓冲区中数据传送到用户，将缓冲区中数据传送到用户区所用时间为区所用时间为T2(假设假设T2远小远小T1)，CPU处理数据

17、所用时间为处理数据所用时间为T3，则处理该数据，系统所用总时间为，则处理该数据，系统所用总时间为。 A. T1+T2+T3 B.MAX(T2,T3)+T1 CMAX(T1,T3)+T2 ， DMAX(TI,T3) 解：系统采用双缓冲区传送某磁盘数据：如果解：系统采用双缓冲区传送某磁盘数据：如果T3T1，即，即CPU处理数据比数据传送慢，此时意味着处理数据比数据传送慢，此时意味着IO设备可连续输入，设备可连续输入，磁盘将数据传送到缓冲区，再传送到用户区，与磁盘将数据传送到缓冲区，再传送到用户区，与CPU处理数据处理数据可视为并行处理，时间的花费取决于可视为并行处理，时间的花费取决于CPU最大花费

18、时间，则系最大花费时间，则系统所用总时间为统所用总时间为T3。如果。如果T3T1，即，即CPU处理数据比数据传送处理数据比数据传送快，此时快，此时CPU不必等待不必等待IO设备，磁盘将数据传送到缓冲区，设备，磁盘将数据传送到缓冲区，与缓冲区中数据传送到用户区及与缓冲区中数据传送到用户区及CPU数据处理，两者可视为并数据处理，两者可视为并行执行，则花费时间取决于磁盘将数据传送到缓冲区所用时间行执行，则花费时间取决于磁盘将数据传送到缓冲区所用时间Tl。本题答案为本题答案为D。10.某文件占某文件占10个磁盘块，现要把该文件磁盘块逐个读入主存个磁盘块，现要把该文件磁盘块逐个读入主存缓冲区，并送用户区

19、进行分析。假设一个缓冲区与一个磁盘块缓冲区，并送用户区进行分析。假设一个缓冲区与一个磁盘块大小相同，把一个磁盘块读入缓冲区的时间为大小相同，把一个磁盘块读入缓冲区的时间为100 s ，将缓冲，将缓冲区的数据传送到用户区的时间是区的数据传送到用户区的时间是50 s ，CPU对一块数据进行对一块数据进行分析的时间为分析的时间为50 s 。若在单缓冲区和双缓冲区结构下，读入。若在单缓冲区和双缓冲区结构下，读入并分析完该文件的时间分别是并分析完该文件的时间分别是。 A1500 s 、1000 s B1550 s 、1100 s C 1550 s 、1550 s D2000 s 、2000 s 注：本题

20、为注：本题为2011年全国考研题。年全国考研题。 解：在单缓冲区结构下，该文件的处理过程如图解：在单缓冲区结构下，该文件的处理过程如图5.10所示所示(图图中中n=3，本题，本题n=10)，所以总时间，所以总时间=nx(100+50)+50=1550 s 。在双缓冲区结构下，该文件的处理过程如图在双缓冲区结构下，该文件的处理过程如图5.11所示所示(图中图中n=3，本题本题n=10)，所以总时间，所以总时间=nx100+50+50=1100 s 。本题答案。本题答案为为B。图图5，10 单缓冲区结构下的处理过程单缓冲区结构下的处理过程 17在以下问题中，在以下问题中，不是设备分配时应考虑的问题

21、。不是设备分配时应考虑的问题。 A. 及时性及时性 B设备的固有属性设备的固有属性 C与设备无关性与设备无关性 D安全性安全性 解：在设备分配中，根据设备的固有属性解：在设备分配中，根据设备的固有属性(独占、共享或虚独占、共享或虚拟拟)、用户要求和系统配置情况决定设备分配的总原则，既要、用户要求和系统配置情况决定设备分配的总原则，既要充分发挥设备的使用效率，又应避免由于不合理分配方法造充分发挥设备的使用效率，又应避免由于不合理分配方法造成进程死锁，另外还要做到把用户程序与具体物理设备独立成进程死锁，另外还要做到把用户程序与具体物理设备独立开来，即用户程序使用的是逻辑设备，而分配程序将逻辑设开来

22、，即用户程序使用的是逻辑设备，而分配程序将逻辑设备转换成物理设备后，再根据要求的物理设备号进行分配，备转换成物理设备后，再根据要求的物理设备号进行分配，也就是设备无关性。也就是设备无关性。本题答案为本题答案为A。 18在采用在采用SPOOLing技术的系统中，用户的打印结果首技术的系统中，用户的打印结果首先被送到先被送到。 A.磁盘固定区域磁盘固定区域 B内存固定区域内存固定区域 巳终端巳终端 D打印机打印机 解：在解：在SPOOLing系统中，用户的输出数据先送入输出井。系统中，用户的输出数据先送入输出井。本题答案为本题答案为A。 19 是操作系统中采用的以空间换取时间的技术。是操作系统中采用的以空间换取时间的技术。 ASPOOLing技术技术 B虚拟存储技术虚拟存储技术 C覆盖与交换技覆盖与交换技术术 D通道技术通道技术 解：解：SPOOLing技术需要有高速大容量且町随机