第六章设备管理

第六章设备管理本章考核知识点：1、输入输出操作；2、独占设备与共享设备；3、独占设备的设备；4、磁盘的驱动程序；5、外围设备的启动；6、虚拟设备（SPOOL系统）自学要求：要求了解设备管理与文件管理的合作，文件管理实现文件存取的准备工作，而文件的物理存取由设备管理实现。理解怎样实现独占设备的分配和磁盘的驱动调度；怎样实现虚拟设备。1一、输入输出操作（要求达到“识记”层次）1、什么是输入输出操作：主存储器与外围设备之间的信息传送操作称为输入输出操作。2、对于存储型设备，输入输出操作的信息传输单位为“块”。对输入输出型设备，输入输出操作的信息传输单位为“字符”。2二、独占设备和共享设备（识记）

1、独占设备是指每次只能供一个作业执行期间单独使用的设备。如输入机、磁带机、打印机等。32、共享设备是指允许几个作业执行期间可同时使用的设备。3、共享设备的“同时使用”的含义是指多个作业可以交替启动共享设备，当一个用业正在使用设备时其他作业暂不能使用，即每一时刻仍只有一个作业占用。4三、独占设备的分配（领会）1、独占设备的绝对号与相对号这和绝对地址/相对地址的概念类似。绝对号就是将每一台设备确定一个编号（相当于一个绝对地址）。相对号就是为了用户程序的方便而设的，在用户请求使用时，采用“设备类-相对号”来提出使用设备要求。由系统建立绝对号与“设备类-相对号”之间的关系，就能正确启用设备了。52、设备的指定方式1）指定绝对号：这种方式由作业直接指定绝对号对应的设备。系统只能把这个设备分配给他，如果该设备正由其他作业使用则申请不能得到满足。绝对号就好象给每个人取一个不同的名字。上司的工作计划中有一条：十点钟叫张三去买菜。如果张三有空，就得张三去买。62）指定设备类、相对号：这种方式在申请设备时不指定具体哪台设备，只说明要某类设备多少台，这样可以由系统灵活分配。设备类-相对号呢，就好比是一个部门，部门中有一些工作人员，上司的工作计划就只写成：十点叫买菜部找个人去买罗卜。这时就由“系统”来看看买菜部是否有人空闲，只要本部有人闲着能干活的，不管张三李四都可以去干。这样，对于上司来说，不用去记谁谁的名字，只要指定某部门，要多少人就是了，他的用人策略和具体的哪个人无关。这就是“设备独立性”73）设备独立性：采用“设备类、相对号”方式使用设备时，用户编程就不必指定特定设备，在程序中由“设备类、相对号”定义逻辑设备。程序执行时由系统根据用户指定的逻辑设备转换成与其对应的具体物理设备。所以，用户编程时使用的设备与实际使用哪台设备无关，这就是“设备独立性”。4）如何实现独占性设备分配：对于独占性设备，系统采用“静态分配”的策略，就是当一个作业所需使用的独占设备能得到满足时，该作业才能被装入主存储器执行。

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在操作系统中，设置“设备分配表”来记录计算机系统所配置的独占设备类型、台数和分配情况等。设备分配表由“设备类表”和“设备表”两部分组成。通过查表和修改表的操作完成设备分配工作。9四、磁盘的驱动调度（领会）1、磁盘的结构2、访问磁盘的操作时间3、磁盘的驱动调度：在多道程序设计系统中，同时有多个访问者请求磁盘操作，此时系统采用一定的调度策略来决定各等待访问者的执行次序，所以系统决定等待磁盘访问者的执行次序的工作就是磁盘的“驱动调度”4、对磁盘进行驱动调度的目的：尽可能的降低多个访问者执行输入输出操作的总时间，增加单位时间内的输入输出操作次数，有利于系统效率的提高。105、磁盘调调度分为移移臂调度和和旋转调度度。根据访访问者指定定的柱面位位置来决定定执行次序序的调度称称“移臂调调度”；当当移动臂定定位后，如如有多个访访问者等待待访问该柱柱面时，根根据延迟时时间来决定定执行次序序的调度称称为“旋转转调度”。。6、移臂调调度算法包包括以下四四种：1））先先来来先先服服务务算算法法；；2））最最短短寻寻找找时时间间优优先先调调度度算算法法；；3））电电梯梯调调度度算算法法；；4））单单向向扫扫描描调调度度算算法法。。以上上几几种种算算法法要要能能够够区区分分，，如如给给你你一一个个访访问问序序列列和和访访问问条条件件，，应应能能根根据据各各种种算算法法做做出出调调度度后后的的访访问问序序列列。。111).先先来来先先服服务务FCFS(First-Come,FirstServed)根据据进进程程请请求求访访问问磁磁盘盘的的先先后后次次序序进进行行调调度度。。…………FCFS算算法法仅仅适适用用于于请请求求磁磁盘盘I/O的的进进程程数数目目较较少少的的场场合合…………磁盘盘调调度度的的目目标标：：是是使使磁磁盘盘的的平平均均寻寻道道时时间间最最少少。。目目前前常常用用的的磁磁盘盘调调度度算算法法有有：：先先来来先先服服务务、、最最短短寻寻道道时时间间优优先先及及扫扫描描等等算算法法。。12图FCFS调调度度算算法法分析析…………132).最最短短寻寻道道时时间间优优先先SSTF(ShortestSeekTimeFirst)图SSTF调调度度算算法法该算算法法选选择择这这样样的的进进程程：：其其要要求求访访问问的的磁磁道道，，与与当当前前磁磁头头所所在在的的磁磁道道距距离离最最近近，，以以使使每每次次的的寻寻道道时时间间最最短短。。访问问顺顺序序：：55,58,39,18,90,160,150,38,184143).扫扫描描(SCAN)算算法法1))进进程程““饥饥饿饿””现现象象SSTF算算法法虽虽然然能能获获得得较较好好的的寻寻道道性性能能，，但但却却可可能能导导致致某某个个进进程程发发生生““饥饥饿饿””(Starvation)现现象象。。因因为为只只要要不不断断有有新新进进程程的的请请求求到到达达，，且且其其所所要要访访问问的的磁磁道道与与磁磁头头当当前前所所在在磁磁道道的的距距离离较较近近，，这这种种新新进进程程的的I/O请请求求必必须须优优先先满满足足。。对对SSTF算算法法略略加加修修改改后后所所形形成成的的SCAN算算法法，，即即可可防防止止老老进进程程出出现现““饥饥饿饿””现现象象。。152))SCAN算法电电梯调度算法法该算法不仅考考虑到欲访问问的磁道与当当前磁道间的的距离，更优优先考虑的是是磁头当前的的移动方向。。例如：当磁磁头正在自里里向外移动时时，SCAN算法所考虑虑的下一个访访问对象，应应是其欲访问问的磁道既在在当前磁道之之外，又是最最近的……162))SCAN算法电梯调度算法法图5-25SCAN调度算法示示例访问顺序：55,58,39,18,90,160,150,38,184174).循环环扫描(CSCAN)算算法图5-26CSCAN调度算法法示例CSCAN算算法规定磁头头单向移动。。即将最小磁磁道号紧凑着着最大磁道号号构成循环………访问顺序：55,58,39,18,90,160,150,38,184187、信息的优优化分布：知知道信息在磁磁盘上排列不不一定是按顺顺序最优，对对于一些能预预知处理要求求的信息采用用优化分页可可以缩短输入入输出操作时时间，提高系系统效率。19五、外围设备备的启动(识识记）要想提高效率率就要大胆放放权，让下属属对事负责而而不是对人负负责。CPU是很忙忙的，如果所所有的事情都都自己做，做做得再好也不不一定好，如如果有人能帮帮他处理一些些事情，他就就可以腾出时时间来做更多多的事。通道道就是中层干干部，发挥他他们的作用就就能提高效率率。201、通道（channel）：计算算机系统中能能够独立完成成输入输出操操作的硬件装装置，也称为为“输入输出出处理机”。。CPU并不直直接操作外围围设备，他连连接通道（I/O处理机机），通道连连接设备控制制器，设备控控制器连接设设备。CPU只需把“I/O"设备备启动，并给给出相关的操操作要求。然然后就由通道道来处理输入入输出事宜，，做完后报告告CPU。212、通道命令令和通道程序序：通道命令（CCW）规定定设备的一种种操作，通常常由命令码、、数据主存地地址、传送字字节个数及标标志码等部分分组成。操作系统用一一组通道命令令来执行一次次输入输出应应做的工作，，这一组通道道命令就组成成了一个“通通道程序”。。命令码分成三三类：数据传传输类、通道道命令转移类类和设备控制制类。22数据主存地址址对于不同的的命令有不同同的作用，比比如命令码为为写的操作，，主存地址指指定的区域存存放输出到外外围设备的信信息。标志码：为非非0时表示通通道程序未结结束。为0时时表示通道程程序结束。传送字节个数数，表示本命命令应传输的的字节个数。。233、通道地址址字（CAW）和通道状状态字（CSW）用来存放通道道程序首地址址的主存固定定单元称为““通道地址字字”。通道状态字：：用于记录通通道和设备执执行情况的主主存单元。通通常包括通道道命令地址、、设备状态、、通道状态和和剩余字节个个数等几个字字段。244、I/O中中断：是指中中央处理器和和通道协调工工作的一种手手段。通道借借助I/O中中断请求CPU进行干预预，CPU根根据产生的I/O中断事事件了解输入入输出操作的的执行情况，，I/O中断断事件是由于于通道程序的的执行或其他他外界原因引引起的，对通通道操作而言言，当操作正正常结束或异异常结束（如如设备故障、、设备特殊情情况引起异常常结束）形成成I/O中断断，由CPU根据相应情情况分别处理理。25六、虚虚拟设设备SPOOL系统统（领领会））1、实实现虚虚拟设设备的的目的的：用用一种种物理理设备备模拟拟另一一类物物理设设备，，使各作业业在执执行期期间只只使用用虚拟拟的设设备而而不直直接使使用物物理的的独占占设备备。这种种技术术可使使独占占的设设备变变成可可共享享的设设备，，使得得设备备的利利用率率和系系统效效率都都能得得到提提高。。2、实实现虚虚拟设设备的的硬件件条件件：大大容量量磁盘盘；中中断装装置和和通道道；中中央处处理器器与通通道并并行工工作的的能力力。（（另外外，实实现虚虚拟设设备的的软件件条件件是要要求操操作系系统采采用多多道程程序设设计技技术。。）263、虚拟设设备的的实现现原理理：对对于多多道程程序，，输入入时将将一批批作业业的信信息通通过输输入设设备预预先传传送到到磁盘盘上。。输出出时将将作业业产生生的结结果也也全部部暂时时存在在磁盘盘上而而不直直接输输出，，直到到一个个作业业得到到全部部结果果而执执行结结束时时再行行输出出。（（就是是用磁磁盘来来模拟拟输入入机和和打印印机的的工作作，把把它们们的工工作内内容先先保存存起来来，然然后一一并执执行））274、SPOOL系统统的组组成和和实现现：井：为为实现现虚拟拟设备备在磁磁盘上上划出出的专专用存存储空空间，，用于于存放放作业业的初初始信信息和和执行行结果果。SPOOL系统统由三三部分分程序序组成成：预输入入程序序。通过过该程程序把把作业业流中中每个个作业业的初初始信信息传传送到到“输输入井井”保保存起起来以以以备备作业业执行行时使使用。。井管理理程序序：通过过该程程序来来保证证作业业正确确及时时地从从“井井”中中读取取或写写入信信息。。它使使得每每个用用户感感觉到到自己己都在在使用用独立立的输输入输输出设设备。。缓输出出程序序。它负负责查查看““输出出井””中是是否有有待输输出的的结果果信息息，若若有则则启动动打印印机把把作业业结果果输出出。285、实实现虚虚拟设设备为为什么么可以以提高高系统统效率率：SPOOL系统统借助助硬件件的中中断装装置和和通道道技术术使得得中央央处理理器与与各种种外围围设备备以及及各外外围设设备之之间均均可并并行工工作。。操作系系统采采用多多道程程序设设计技技术，，合理理分配配处理理器，，实现现联机机的外外围设设备同同时操操作。。29作业执执行时时从磁磁盘上上读写写信息息来代代替从从输入入机和和打印印机的的读写写操作作，不不仅使使多个个作业业可以以同时时执行行，而而且加加快了了作业业的执执行速速度，，提高高了单单位时时间内内处理理作业业的能能力。。在作作业执执行的的同时时还可可利用用输入入机继继续预预输入入作业业信息息和利利用打打印机机输出出结果果，于于是，，整个个系统统可以以是第第一批批作业业的执执行结结果在在打印印输出出，第第二批批作业业正在在处理理，第第三批批作业业信息息正在在预输输入到到磁盘盘的““输入入井””中。。这种联联机同同时操操作极极大地地提高高了独独占设设备的的利用用率，，也使使计算算机系系统的的各种种资源源被充充分利利用。。30复习题题1、为为提高高设备备分配配的灵灵活性性，用用户申申请设设备时时应指指定(））号。。A、设设备类类相对对B、设设备类类绝对对C、相相对D、、绝对对2、通通常把把通道道程序序的执执行情情况记记录在在（)中中A、PSWB、PCBC、CAWD、CSW3、对对磁盘盘而言言，输输入输输出操操作的的信息息传送送单位位为：：（））A、字字符B、字字C、块块D、文文件314、设设磁盘盘的转转速为为10ms/转转，盘盘面划划分10个个扇区区，当当前磁磁头在在第三三块的的开始始位置置，则则花费费（））毫秒秒的时时间可可以把把第二二块的的信息息读到到主存存。（（假设设，旋旋转是是按由由块号号从小小到大大方向向的））A.1B.2C.9D.105、SPOOL系统统由下列程程序组成（（）A、预输入入程序、井井管理程序序和缓输出出程序B、预输入入程序、井井管理程序序和井管理理输出程序序。C、输入程程序、井管管理程序和和输出程序序D、预输入入程序、井井管理程序序和输出程程序326、一次访访问磁盘的的时间要素素中最主要要的因素是是（））。A、传送时时间B、旋转等等待时间C、磁磁头移动时时间D、延迟时时间7、主存储储器与外围围设备之间间的信息传传送操作称称为_______________。8、用户程程序中往往往使用______________________定义逻辑辑设备。9、程序执执行时根据据用户指定定的_________转换换成与其对对应的物理理设备，并并启动，这这样用户编编写程序时时不须关心心实际使用用哪个物理理设备，这这种特性称称为_______________。3310、列出出SPOOL系统中中使用的数数据结构名名称，并简简单叙述他他们的作用用。11、在SPOOL系统中设设计了一张张作业表，，简述该表表的作用。。12、在SPOOL系统中设设计了一张张“缓输出出表”，请请问哪些程程序执行时时要访问缓缓输出表，，简单说明明之。3413、若干干个等待访访问磁盘者者依次要访访问的柱面面为20,44,40,4，，80,12,76，假设每每移动一个个柱面需要要3毫秒时时间，移动动臂当前位位于40号号柱面，请请按下列算算法分别计计算为完成成上述各次次访问总共共花费的寻寻找时间。。(1)先来来先服务算算法：(2)最短短寻找时间间优先算法法。351、A2、D3、C4、D5、A6、、C7、输入输输出操作8、设设备类、相相对号9、逻辑设设备设备备独立性3610、SPOOL系系统中的数数据结构包包括：（1）作业业表。用来来登记进入入“输入井井”的各个个作业的作作业名、作作业状态、、作业拥有有的文件数数以及预输输入表和缓缓输出表的的位置等。。（2）预输输入表。每每个作业都都有一张预预输入表，，用来登记记该作业初初始信息的的各个文件件。指出各各文件的文文件名、传传输信息时时使用的设设备类型、、文件的长长度以及文文件的存放放位置等。。（3）缓输输出表。每每个作业设设一张缓输输出表，用用来登记该该作业产生生的结果文文件。3711、作业表供调调度选择处处于“收容容状态”的的作业。作业执行时时可从中找找到该作业业的“预输输入表”，，从而找到到所需的文文件。从作业表中中可找到该该作业的““缓输出