第5章_设备管理

设备管理CopyrightbyComputerDepartment1第五章设备管理“设备”泛指计算机系统中的外部设备，即除CPU和内存以外的其他所有设备。除了进行实际I/O操作的设备外，还包括设备控制器、DMA控制器、中断控制器、I/O处理器等支持设备。设备管理CopyrightbyComputerDepartment2磁带机硬盘光盘绘图仪扫描仪键盘打印机设备管理CopyrightbyComputerDepartment3•5.1设备管理的功能①实现对外围设备分配与回收。按照设备类型和相应的分配算法决定将I/O设备分配给要求使用该设备的进程。凡未分配到所需设备的进程被放入一个等待队列。设备管理CopyrightbyComputerDepartment4②实现外围设备的启动现代计算机系统不允许用户直接启动外围设备。启动工作由系统统一来做。③实现对磁盘的驱动调度若干个用户的信息都可以存放在磁盘上，但每一时刻只能为一个用户存取信息。这就涉及到磁盘调度的问题。设备管理CopyrightbyComputerDepartment5④处理外围设备的中断事件现代计算机系统中的外围设备基本上都是由中断驱动的，当“信息传送结束”或“传送过程中出现某些事件”时，会产生中断，CPU暂停正执行的程序转去处理该中断。⑤实现虚拟设备把模拟成共享的独占设备，称为虚拟设备。设备管理CopyrightbyComputerDepartment6•5.2设备的分类计算机系统配有各种各样的设备，常见的有显示器、键盘、打印机、磁带机、磁盘机、光盘、激光打印机、绘图仪、鼠标、图形数字化仪器，声音输入输出设备等等。可以从不同的角度去对外部设备进行分类。设备管理CopyrightbyComputerDepartment7•⑴基于设备的从属关系系统设备：操作系统生成时就纳入系统管理范围的设备就是系统设备，通常也称为“标准设备”。设备管理CopyrightbyComputerDepartment8用户设备：在完成任务过程中，用户特殊需要的设备称为用户设备。由于这些是操作系统生成时未经登记的非标准设备，因此需安装设备驱动程序等。设备管理CopyrightbyComputerDepartment9•（2）设备中的数据组织方式块设备字符设备快速设备慢速设备设备管理CopyrightbyComputerDepartment10（3）基于设备的分配特性可以把系统中的设备分为独占设备、共享设备和虚拟设备三类。独占设备共享设备虚拟设备例如打印机、独享设备的使用具有排它性。磁盘等设备,可以由几个用户进程交替地对它进行信息的读或写操作。利用某种技术，把独享设备“改造”成可共享的设备设备管理CopyrightbyComputerDepartment11•5.3独占设备的分配•5.3.1设备的绝对号与相对号设备的绝对号：计算机系统对每一台设备进行登记且为每台设备进行了编号，以便于区分和识别，称为设备的绝对号设备的相对号：由用户对自己需要使用的若干台同类设备给出的编号设备管理CopyrightbyComputerDepartment12•5.3.2设备的分配用户申请分配设备时，用“设备类相对号”来提出使用设备的要求，而与实际能占用的设备无关。设备独立性设备管理CopyrightbyComputerDepartment13设备分配表设备类表设备表设备类拥有的总台数现存台数设备表地址打印机输入机1211…绝对号001002003…好/坏好好好分配否未分配已分配未分配作业名J1相对号001设备管理CopyrightbyComputerDepartment14•设备如何分配？用户申请使用某类设备查设备类表现存台数=申请台数？分配该类设备，并修改设备类表和设备表，启动设备等待是否用户A的作业J3申请使用一台打印机，分配否？用户B申请使用两台输入机，分配否？设备管理CopyrightbyComputerDepartment15设备分配表设备类表设备表设备类拥有的总台数现存台数设备表地址打印机输入机1211…绝对号001002003…好/坏好好好分配否未分配已分配未分配作业名J1相对号0010已分配J3***设备管理CopyrightbyComputerDepartment16•设备如何回收？根据作业名查找设备表把标志修改成“未分配”，清除作业名修改“设备类”表作业J1执行完毕，如何回收？？设备管理CopyrightbyComputerDepartment17设备分配表设备类表设备表设备类拥有的总台数现存台数设备表地址打印机输入机1211…绝对号001002003…好/坏好好好分配否未分配已分配未分配作业名J1相对号001未分配2设备管理CopyrightbyComputerDepartment18•1.现代计算机系统不允许用户直接启动外围设备，这是为了（）•A.统一由通道程序控制•B.统一由通道程序启动•C.防止用户错误启动外设•D.处理外围设备的中断事件C设备管理CopyrightbyComputerDepartment19•2.把打印机归入独占设备类的原因是（）•A.任何时候都只能够由一个作业在使用它•B.任何时候都只能够由一个进程在使用它•C.一旦被一个作业占用，在该作业结束前不允许其他作业使用它•D.一旦被一个作业占用，在该作业放弃它之前不允许其他作业使用它D设备管理CopyrightbyComputerDepartment20•3、从使用角度对下列外围设备进行分类，属于可共享的设备是()•A、绘图仪B、键盘•C、打印机D、磁盘机D设备管理CopyrightbyComputerDepartment21•4．现代计算机系统不允许用户直接启动外部设备的动机并非是为了（）•A．减轻用户的负担•B．提高系统的可靠性•C．提高信息在主存储器和外设间传输的效率•D．实现对外设的分配与回收CC设备管理CopyrightbyComputerDepartment225.4磁盘的调度设备管理CopyrightbyComputerDepartment23021345磁头号设备管理CopyrightbyComputerDepartment24磁道系统对磁道从外向内进行编号，从0开始，称为磁道号扇区按磁盘旋转的反向、从0开始为每个扇区编号，称为“扇区号”01201236745块设备管理CopyrightbyComputerDepartment25磁盘的访问时间构成•磁盘的物理构造决定了一次磁盘的I/O操作，物理记录的位置必须由柱面号，磁头号（盘面号），扇区号三个参数共同确定。设备管理CopyrightbyComputerDepartment26寻找时间延迟时间设备管理CopyrightbyComputerDepartment27•5.4磁盘的驱动调度执行一次磁盘的Ｉ/Ｏ需要花费的时间：①寻找时间：在移动臂的带动下，把磁头移动到指定柱面所需要的时间。②延迟时间：将指定的扇区旋转到磁头下所需要的时间。③传输时间：由磁头进行读/写，完成信息传送所需要的时间等待时间设备管理CopyrightbyComputerDepartment28要使磁盘利用率高，应尽量减少每次I/O操作的访问时间寻找时间约占整个访问时间的７０％设备管理CopyrightbyComputerDepartment29磁盘调度移臂调度旋转调度目标：尽可能减少寻找时间目标：尽可能减少延迟时间设备管理CopyrightbyComputerDepartment30•5.4.1移臂调度先来先服务以I/O请求到达的先后次序作为磁盘调度的顺序最短查找时间优先电梯调度策略设备管理CopyrightbyComputerDepartment31例题：假定某磁盘共有200个柱面，编号为0~199，如果当前正在为访问125号柱面的请求者服务。这时又有若干个请求者要使用磁盘，它们必须等待。假定这些访问者依次要访问的柱面号为：86、147、91、177、94、150、122、175、130.当访问125号柱面的服务结束后，用FCFS算法为他们服务的次序。设备管理CopyrightbyComputerDepartment32磁头总共滑过了507个磁道的距离0861479117794150122175130125先来先服务调度算法设备管理CopyrightbyComputerDepartment33•“最短寻找时间优先”算法总是让寻找时间最短的那个请求访问者先执行，而不管访问者到来的先后次序设备管理CopyrightbyComputerDepartment340861479117794150122175130125磁头总共滑过了149个磁道的距离最短寻找时间优先设备管理CopyrightbyComputerDepartment35优点：吞吐量高平均相应时间低缺点：对用户的服务请求的响应机会不均等设备管理CopyrightbyComputerDepartment36前两种算法：如果I/O请求很多，移动臂就有可能会里外地来回“振动”，极大地影响了输入/输出的工作效率设备管理CopyrightbyComputerDepartment37电梯调度策略思想：选择请求队列中，按磁臂前进方向其所在柱面最接近磁头的访问请求作为下一个服务对象，直到该方向无访问请求，磁臂才改变方向，依次响应另一方向的访问请求。扫描策略设备管理CopyrightbyComputerDepartment38由于此调度算法与移动臂当前的移动方向有关，因此移动臂移动的结果路线应该有两个情况。设备管理CopyrightbyComputerDepartment39磁头总共滑过了146个磁道的距离0861479117794150122175130125电梯调度策略设备管理CopyrightbyComputerDepartment40磁头总共滑过了130个磁道的距离0861479194150122175130125电梯调度策略设备管理CopyrightbyComputerDepartment41•42.若请求访问磁盘柱面2、4、7、9的要求已经依次到达，目前磁头位于柱面5，并正朝着柱面号大的方向移动。在这种情况下，比较现有的三种移臂调度算法(先来先服务、最短寻找时间优先和电梯调度)，________算法需移动的柱面数最多。电梯调度算法设备管理CopyrightbyComputerDepartment42•5.4.2旋转调度访问同一磁头下的不同编号扇区访问不同磁头下的不同编号扇区访问不同磁头下的相同编号扇区对先到达磁头下的扇区进行信息传送任意选择一个进行读写，其余的必须等扇区再次转到磁头下设备管理CopyrightbyComputerDepartment43•例如：有四个访问5号柱面的访问者，访问要求如下：请求次序柱面号磁头号扇区号541515545528（1）（2）（3）（4）进行旋转调度后，执行次序为：(1)、（2）、（4）（3）或（1）、（3）（4）（2）设备管理CopyrightbyComputerDepartment44•49.对于一个每磁道8个扇区的磁盘，若4个访问柱面3的请求A、B、C、D同时出现，它们对应的(磁头号，扇区号)分别是(1，2)、(2，2)、(3，5)、(4，4)，且当前磁头在扇面1的位置。请给出进行旋转调度后，满足这四个请求的次序。ADCB或BDCA设备管理CopyrightbyComputerDepartment45•信息在磁道上的排列方式也会影响旋转调度的时间•5.4.3信息的优化分布L1L2L6L8L5L4L3L7假定要求顺序处理这8个记录。对读出的纪录花5ms处理。磁盘转速为20ms/周。求总用时？设备管理CopyrightbyComputerDepartment46•（1）解：由磁盘转速为20ms/转得：读一个记录所需时间为（）ms。从L1记录到达磁头下开始计时，得：从开始读记录L1到处理完L1用时为从处理完L1到处理完L2用时为：L2记录的延迟时间+读取时间+处理时间=（）+（）+（）=（）