第五章 设备管理优秀课件.ppt

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1、第五章第五章 设备管理设备管理第1页，本讲稿共77页教学重点:1、通道、DMA2、数据传送控制方式3、设备驱动程序4、I/O进程控制5、设备分配6、缓冲管理第2页，本讲稿共77页操作系统的基本组织结构操作系统的基本组织结构进程与资源管理文件管理存储管理设备管理处理机主存设备操作系统计算机硬件第3页，本讲稿共77页5.1 5.1 引言引言l设备管理是直接与设备接口打交道的操作系统模设备管理是直接与设备接口打交道的操作系统模块块,通常由文件系统调用。通常由文件系统调用。l设备管理完成对物理设备的抽象设备管理完成对物理设备的抽象,驱动程序是对设驱动程序是对设备进行抽象的具体表现，也是上层软件系统与硬

2、备进行抽象的具体表现，也是上层软件系统与硬件直接沟通的唯一渠道，驱动程序屏蔽了底层设件直接沟通的唯一渠道，驱动程序屏蔽了底层设备的物理细节。备的物理细节。第4页，本讲稿共77页一、设备管理的主要任务（1）设备的选择和分配实现数据传输（2）控制输入/输出-CPU（内存）之间交换数据（3）提供用户使用接口（4）提高并行操作度（设备/设备、设备/CPU、进程/进程）第5页，本讲稿共77页二、设备管理程序提供的功能（1）为进程管理提供接口（将进程的请求转给设备管理）（2）实施设备分配（按照设备分类、调度算法分配设备、将未分配到的进程放入等待队列）（3）实现设备之间及设备与CPU间并行操作（DMA、通道

3、）（4）缓冲区管理（解决速度的不匹配问题，负责进行缓冲区的分配/释放等工作）第6页，本讲稿共77页三、设备管理的两个阶段（P192）（1）接收用户提出的I/O请求阶段 （2）响应设备中断请求阶段第7页，本讲稿共77页输入/输出请求设备驱动程序设备文件设备文件标准设备接口（标准设备接口（read,write,open,close.）与设备无关软件（文件系统）中断处理程序返回信息显示器鼠标打印机第8页，本讲稿共77页5.2 5.2 输入输入/输出硬件输出硬件一、输入一、输入/输出设备输出设备l电子设备电子设备l设备分类设备分类+字符设备字符设备特点：输入特点：输入/输出时以字符为单位（显示器）输出

4、时以字符为单位（显示器）第9页，本讲稿共77页块设备：将信息存储在可寻址的固定大小的数据块中。包括存取控制部分（磁带机中的读写控制电路、磁头）和信息载体（磁带、磁盘片）两部分。特征：能够独立的读写单个的数据块，又叫存储设备1、顺序存取设备（磁带）2、直接存取设备（磁盘、磁鼓）3、完全直接存取设备（半导体只读存储器）第10页，本讲稿共77页磁带磁带磁带格式磁带头部反光片磁带尾部反光片记录记录IRGIRG块记录格式记录1记录2记录3记录4IRGIRG800字节第11页，本讲稿共77页磁盘磁盘 扇区磁道单磁盘片表面的划分旋转方向读/写磁头臂移动方向 移动头磁盘示意图第12页，本讲稿共77页磁盘设备结

5、构磁盘设备结构第13页，本讲稿共77页二、设备控制器 机械部件（设备本身）I/O设备 电子部件（设备控制器/适配器）用于控制字符设备的控制器 用于控制块设备的控制器 第14页，本讲稿共77页1、设备控制器的作用（1）控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。它是CPU和I/O设备之间的接口，它接收从CPU发出的命令，并控制I/O设备工作。（2）设备控制器是一个可编址的设备，当它只控制一个设备时，它有惟一的一个设备地址；若控制器连接多个设备时，则应含有多个设备地址，使每一个设备地址对应一个设备。设备控制器的复杂性因设备而异，相差很大。第15页，本讲稿共77页2、设备控制器

6、主要功能:接收和识别命令 数据交换 地址识别 标识和报告设备的状态 数据缓冲 差错控制第16页，本讲稿共77页3、接口（1）控制器和设备之间采用标准接口；IDE、SCSI、VGA、USB、RS-232C（2）操作系统直接将数据发送到设备的控制器中 磁盘：从磁盘的驱动中读出二进制比特流，控制器将其转化成字节块 CRT：从内存中读取字节流，CRT控制器根据OS的参数调制CRT射线信号，并将结果显示在屏幕上第17页，本讲稿共77页三、通道通道：独立与CPU的专管输入/输出控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换工作方法：有自己的通道指令、由CPU执行相应的指令（I/O）来启动通道，说明要执行的

7、I/O操作和要访问的I/O设备，通道接到命令后启动相应的通道程序完成I/O操作，并在操作结束时向CPU发中断信号1、字节多路通道2、数据选择通道3、数组多路通道第18页，本讲稿共77页I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器字节多路通道选择通道成组多路通道磁盘磁盘磁带磁带终端终端终端CPU内存总线通道方式的数据传送结构通道方式的数据传送结构第19页，本讲稿共77页四、DMA（存储器直接存取）在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路。DMA控制器代替了CPU控制内存和设备进行成批的数据交换。在数据传送开始时需CPU启动，数据传送结束时需发中断给CPU

8、。第20页，本讲稿共77页DMA控制器CPU内存I/O设备数据中断位启动位控制状态寄存器数据缓冲寄存器内存地址寄存器传送字节数寄存器DMA方式的传送结构startintDMA第21页，本讲稿共77页 5.3 5.3 输入输入/输出软件输出软件一、输入输出软件作用：把软件组织为层次结构，底层软件用于屏蔽输入/输出硬件的细节，即实现上层的设备无关（设备独立性）一个I/O程序在不用修改的情况下能读出不同的文件，即使设备更换，用户用于进行I/O操作的程序也不用改变）；高层软件为用户提供界面。第22页，本讲稿共77页层次结构（为实现设备无关性）：中断处理程 设备驱动程 与设备无关的操作系统 用户层软件第

9、23页，本讲稿共77页二、I/O软件的目标1、设备独立性 设计I/O软件的一个最关键目标是设备独立性。也就是说，除了直接与设备打交道的低层软件之外，其他部分的软件并不与依赖于硬件(Windows)。2、统一命名 统一命名是指在系统中采取预先设计的、统一的逻辑名称，对各类设备进行命名，并且应用在同设备有关的全部软件模块中。对设备统一命名是与设备独立性密切相关的。第24页，本讲稿共77页通常给通常给I/O设备命名的做法：设备命名的做法：用用个序列字符串或一个整数来表示一个输入输出个序列字符串或一个整数来表示一个输入输出设备的名字，这个统一命名不依赖于设备，即在一个设设备的名字，这个统一命名不依赖于

10、设备，即在一个设备的名称之下，其对应的物理设备可能发生了变化，但备的名称之下，其对应的物理设备可能发生了变化，但它并不在该名称上体现，因此用户并不知晓。它并不在该名称上体现，因此用户并不知晓。第25页，本讲稿共77页进行I/O调用：格式化I/O执行I/O操作命名、保护、阻塞、缓冲、分配I/O结束时，唤醒设备服务子程序设置设备寄存器、检测状态4-用户进程3-设备无关软件2-设备驱动程序硬 件设备服务子程序1-中断处理程序I/O请求I/O应答三、输入输出软件的功能第26页，本讲稿共77页四、数据传送控制方式选择和衡量控制方式的原则：（1）数据传送速度足够高，能满足用户的需要而又不丢失数据；（2）系

11、统开销小，所需的处理控制程序少；（3）充分发挥硬件资源能力，使得I/O设备尽可能忙，而CPU等待时间尽可能少。第27页，本讲稿共77页1、程序直接控制方式2、中断方式3、DMA方式4、通道控制方式第28页，本讲稿共77页1 1、程序直接控制方式、程序直接控制方式否外围设备做接收或发送数据准备接收到start命令标志触发器置标志触发器置“done”等待CPU来的下条指令准备完毕？是否CPU发start命令等 待执行下条指令开始数据传送设备标志触发器为done”？是(a)(b)第29页，本讲稿共77页缺点:（1）CPU和设备只能串行工作。（2）CPU在一段时间内只能和一台外围设备交换数据信息，设备

12、之间不能并行工作。（3）依靠设备标志触发器的状态位来控制数据传送，无法发现和处理由于其他硬件所产生的错误。第30页，本讲稿共77页2 2、中断控制方式的传送结构、中断控制方式的传送结构I/O控制器1I/O控制器nI/O设备1I/O设备n地址线数据线控制线intCPU内存start启动位中断位信号线控制状态寄存器数据缓冲寄存器第31页，本讲稿共77页接收到CPU发来的start指令准备数据并将其置入缓冲寄存器缓冲寄存器满吗？控制器发中断信号向设备发start指令将中断允许位置1调度程序调度其他进程其他进程执行收到中断信号了吗？中断处理被中断进程执行否否是设备CPU中断控制方式的处理过程中断控制方

13、式的处理过程第32页，本讲稿共77页优点：做到设备之间以及设备和CPU之间的并行操作。缺点：（1）数据缓冲寄存器装满后发生中断，若寄存器小则中断次数较多中断次数较多，消耗CPU的时间。（2）设备方式下通过中断方式进行并行操作会增加无法响应中断和出现数据丢失现象。（3）要求外围设备的速度较低。第33页，本讲稿共77页3 3、DMADMA方式的数据传送处理过程方式的数据传送处理过程否CPU发start命令内存地址 内存始址寄存器传送字节数字节计数器允许中断位与启动位置1当前进程被阻塞，调度程序调度其他进程运行被调度的进程执行接收到中断信号吗？是转中断处理设备启动设备准备数据DMA控制器接收到sta

14、rt指令缓冲寄存器内容入内存改变传送字节数计数器与内存地址寄存器内容否传送字节数0？吗？数据入数据缓冲寄存器发中断信号停止I/O操作是第34页，本讲稿共77页优点：（1）数据的传输块全部结束后发生中断，减少中断次数。（2）数据传输在DMA控制器的控制下完成，中断方式的数据传输是在中断处理时由CPU控制完成。缺点：（1）设备越多时，管理和控制越复杂，容易形成内存冲突。（2）多个DMA控制器成本高。第35页，本讲稿共77页4、通道方式（1）数据传送的方向、数据存放的内存地址以及传送的数据地址长度有通道控制，DMA方式中数据传送的方向、数据存放的内存地址以及传送的数据地址长度有DMA控制。（2）I/

15、O控制器中无传送字节计数器和内存字节计数器，增加了通道设备控制器和指令执行机构（3）CPU只需发出启动指令，指出通道相应的操作和I/O设备，该指令既可启动通道从内存中调出相应的指令执行。第36页，本讲稿共77页数据输入过程：（1）CPU发出start指令指明I/O操作、设备号和对应通道；（2）对应的通道接到start后，将存放在内存中的通道指令程序读出，设置对应设备的控制器中的控制状态寄存器；（3）设备根据通道要求，把数据送往内存指定区域（4）若数据传送结束，控制器通过中断请求线发中断信号请求做中断处理；（5）中断处理结束后返回被中断进程处继续执行。第37页，本讲稿共77页例：该通道程序由6条

16、通道指令构成。该通道程序的功能是将主存中不同地址中的数据写成多个记录。其中，前3条指令是分别将从1977单元开始的12个字符、从1996单元开始的13个字符和从1000单元开始的99个字符写成一个记录；第4条指令是单独写一个573个字符的记录；第5、6两条指令合写一个600个字节的记录。操作PR计数主存地址Write00121977Write00131996Write01991000Write015733698Write00100858Write115002000第38页，本讲稿共77页五、中断处理技术：为了提高整体效率，减少在程序直接控制方式中CPU等待时间，采用中断方式来控制输入输出设备和

17、内存与CPU之间的数据传送是很必要的。1、概念中断：计算机在执行其间。系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件。使暂时中断当前正在执行的程序转而去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回被中断处继续执行或调度新进程执行的过程。第39页，本讲稿共77页中断源：引起中断发生的事件中断请求：中断源向发出的请求中断处理信号中断相应：收到中断后转去响应的事件处理程序禁止中断：在中断请求后，内部的处理机状态字的中断允许位以被清除，从而不允许响应中断。也叫关中断屏蔽中断：在中断请求产生后，系统用软件方式有选择的封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应。电源掉电事件不可屏蔽。第40页，本讲稿共77页

18、2、中断优先级：外中断：中断源来自处理机和内存外部，包括设备发出的中断、外部信号中断（）、定时中断、程序的端点等外中断在狭义上称为中断内中断：处理机和内存内部产生的中断（陷入异常）。非法地址、算数溢出、校验错、数据格式错等。一般称陷入或异常。中断和陷入都是硬中断。第41页，本讲稿共77页3、软中断：通信进程之间用来模拟硬中断的一种信号通信方式。软中断和硬中断的相同点：中断源发出中断请求或软中断信号后，或接受进程在适当时机自动进行中断处理或完成软中断信号所对应的功能。第42页，本讲稿共77页4、中断处理过程、中断处理过程关中断保存被中断现场分析中断原因转中断处理子程序执行中断处理子程序恢复现场开

19、中断返回中断点第43页，本讲稿共77页5、中断方式的实现、中断方式的实现 在中断方式下，中央处理器与在中断方式下，中央处理器与I/O设备之间数据的设备之间数据的传输，大致步骤如下：传输，大致步骤如下：在某个进程需要数据时，发出指令启动输入输在某个进程需要数据时，发出指令启动输入输出设备准备数据。同时该指令通知输入输出设备控制出设备准备数据。同时该指令通知输入输出设备控制状态寄存器中的中断允许位置位，以便在需要时，中状态寄存器中的中断允许位置位，以便在需要时，中断程序可以被调用执行。断程序可以被调用执行。在进程发出指令启动设备之后，该进程放弃处理在进程发出指令启动设备之后，该进程放弃处理机，等待

20、相关机，等待相关I/O操作完成。此时，进程调度程序会调操作完成。此时，进程调度程序会调度其他就绪进程使用处理机。另一种方式是该进程继度其他就绪进程使用处理机。另一种方式是该进程继续运用（如果能够运行的话），直到续运用（如果能够运行的话），直到I/O中断信号来中断信号来临。临。第44页，本讲稿共77页 当当I/O操作完成时，输入输出设备控制器操作完成时，输入输出设备控制器通过中断请求线向处理机发出中断信号。处理通过中断请求线向处理机发出中断信号。处理机收到中断信号之后，转向预先设计好的中断机收到中断信号之后，转向预先设计好的中断处理程序，对数据传送工作进行相应的处理。处理程序，对数据传送工作进行

21、相应的处理。得到了数据的进程，转入就绪状态。在得到了数据的进程，转入就绪状态。在随后的某个时刻，进程调度程序会选中该进程随后的某个时刻，进程调度程序会选中该进程继续工作继续工作第45页，本讲稿共77页6、中断方式的优缺点、中断方式的优缺点 中断方式使处理器的利用率提高，且能支中断方式使处理器的利用率提高，且能支持多道程序和持多道程序和I/O设备的并行操作。设备的并行操作。中断频率过高，耗去大量的中断频率过高，耗去大量的CPU处理时间。处理时间。中断频率过高，中断频率过高，CPU无法响应中断会丢失数无法响应中断会丢失数据。据。第46页，本讲稿共77页六、设备驱动程序设备驱动程序 驱动物理设备和控

22、制器或控制器等直接进行操作的子程序的集合（它是I/O进程与设备控制器之间的通信程序）。负责设置与相应设备有关的寄存器的值，启动设备进行操作，指定操作的类型和数据流向等（接收由上层软件发来的抽象要求，如Read或Write命令。再把它转换为具体要求后，发送给设备控制器，启动设备去执行。此外，它也将由设备控制器发来的信号传送给上层软件）。第47页，本讲稿共77页设备驱动程序功能：将接收到的抽象要求转换为具体要求。检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。发出I/O命令，启动分配到的I/O设备，完成指定的I/O操作。及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根

23、据其中断类型（正常、异常结束的中断或其他类型中断）调用相应的中断处理程序进行处理。对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。第48页，本讲稿共77页设备驱动程序特点：驱动程序主要是在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信程序。驱动程序与I/O设备的特性紧密相关。驱动程序与I/O控制方式紧密相关。驱动程序与硬件紧密相关，很多驱动程序其基本部分已经固化。DST（设备开关表）第49页，本讲稿共77页用户进程文件系统设备驱动程序设备控制器设备本身用户进程请求设备服务的流程用户进程请求设备服务的流程驱动程序所处地位驱动程序所处地位第50页，本讲稿共77页设

24、备驱动程序主要功能：、对设备的初始化；、使设备投入运行和退出服务；、从设备接收数据并将它们送回内核；、将数据从内核送到设备；、检测和处理设备出现的错误。第51页，本讲稿共77页设备驱动程序是一组相关函数的集合。包括设备服务子程序和中断处理子程序。1、设备服务子程序：与设备无关的代码，每个处理程序只处理一种设备，从与设备无关的软件中接受抽象命令并执行。2、中断处理子程序：中断服务。第52页，本讲稿共77页七、七、与设备无关的与设备无关的I/O软件软件基本任务是：实现所有设备都需要的输入/输出功能，并且向用户级软件提供一个统一的接口。与设备无关的软件有必要向较高层软件屏蔽各种I/O设备空间大小、处

25、理速度和传输速率各不相同的事实，而向上层提供大小统一的逻辑块尺寸。这样，较高层的软件只与抽象设备打交道时，不考虑物理设备空间和数据块大小而使用等长的逻辑块 缓冲技术是设备独立软件应提供的另一个目的 出错处理一般来说是由设备驱动程序实现的第53页，本讲稿共77页对设备程序的统一接口设备命名设备保护提供一个独立于设备的逻辑块（数据块大小）缓冲块设备的存储分配分配和释放独占设备错误报告设备无关软件功能第54页，本讲稿共77页 大部分I/O软件包含在操作系统中，但是在用户程序中仍有一小部分是与I/O过程连接在一起的。通常的系统调用，包括I/O系统调用，由库过程实现。并非所有的用户层I/O软件都是由库过

26、程组成的。Spooling系统则是另一种重要的处理方法。第55页，本讲稿共77页八、设备分配1、设备分配用数据结构（）设备控制表（）反映设备的特性、设备和控制器的连接情况。包括设备标识、使用状态和等待使用该设备的进程队列等。每个设备必须有一个。在系统生成时或在该设备和系统连接时创建、表中内容根据系统执行情况而被动地修改。内容：设备标识符、设备类型、设备地址或设备号、设备状态、等待队列指针、控制器指针。第56页，本讲稿共77页（2）系统设备表（）整个系统中只有一张，记录已被连接到系统中的所有物理设备的情况，并为每个物理设备设一表项目内容：指针：指向有关设备的设备控制表正在使用设备的进程标识设备类

27、型和设备标识符第57页，本讲稿共77页（3）控制器表（）反映控制器的使用状态以及和通道的连接，每个控制器一张表（4）通道控制器表（）包括通道标识符、通道忙闲标识、等待获得该通道的进程等待队列的队首指针与对尾指针等。每个通到一张。只在通道控制方式中存在注意:一个进程只有获得通道、控制器、所需设备之后才具备I/O操作的物理条件。第58页，本讲稿共77页设备类型设备标识设备忙/闲标记COCT指针设备等待队列首设备等待队列尾驱动程序地址控制器标识控制忙/闲标记CHCT指针控制器等待队列首控制器等待队列尾 通道标识通道忙/闲标记通道等待队列首通道等待队列尾 表目1 表目i 设备类型设备标识获得设备的进程

28、DCT指针系统设备表STDCOCT CHCT DCT 设备分配采用的数据结构图第59页，本讲稿共77页注意:一个进程只有获得通道、控制器、所需设备之后才具备I/O操作的物理条件。第60页，本讲稿共77页l由通道、设备控制器和由通道、设备控制器和设备三级组成。由通道、设备设备三级组成。由通道、设备控制器和设备三级组成。控制器和设备三级组成。I/O操作要经过三级控制，第一级操作要经过三级控制，第一级由由CPU执行执行I/O指令，启动或指令，启动或停止通道运行，查询通道状态；停止通道运行，查询通道状态；第二级是在通道接收第二级是在通道接收CPU的的I/O指令后，由通道执行为其指令后，由通道执行为其准

29、备的通道程序，向设备控制准备的通道程序，向设备控制器发命令；第三级由设备控制器发命令；第三级由设备控制器根据通道发出的命令控制设器根据通道发出的命令控制设备完成备完成I/O操作。操作。现代计算机I/O系统的结构l因为通道、设备控制器都是独立的功能部件，它们可以并行操作，所以可以构成I/O系统多通路情况。第61页，本讲稿共77页2、设备分配原则、设备分配原则发挥设备的使用效率，避免由于不合理的分配方法造发挥设备的使用效率，避免由于不合理的分配方法造成进程死锁；隔离用户程序和具体物理设备。成进程死锁；隔离用户程序和具体物理设备。独占设备。应采用独占分配策略，即在把设独占设备。应采用独占分配策略，即

30、在把设备分配给一个用户进程后，只有等该用户进程使用备分配给一个用户进程后，只有等该用户进程使用完该设备，系统回收该设备后，才能把该设备分配完该设备，系统回收该设备后，才能把该设备分配给其他进程使用。这种分配策略的缺点是设备得不给其他进程使用。这种分配策略的缺点是设备得不到有效的利用，可能发生死锁到有效的利用，可能发生死锁第62页，本讲稿共77页共享设备。对该类设备应注意对各个进程访问设共享设备。对该类设备应注意对各个进程访问设备的先后次序进行合理的调度。备的先后次序进行合理的调度。虚拟设备。因为虚拟设备已属可共享设备，因虚拟设备。因为虚拟设备已属可共享设备，因而也可将它分配给多个进程使用，并可

31、对这些进而也可将它分配给多个进程使用，并可对这些进程访问该设备的先后次序进行控制。程访问该设备的先后次序进行控制。第63页，本讲稿共77页3、设备分配分类：静态分配：用户作业开始执行前，有系统一次分配该作业所要求的全部设备、控制器、通道。直到该作业被撤消，不会出现死锁但使用率低动态分配：在进程执行过程中根据需要进行。利于提高设备利用率、分配算法不当可以造成死锁第64页，本讲稿共77页4 4、设备分配策略（算法）：、设备分配策略（算法）：先来先服务算法。当有多个进程申请一个设先来先服务算法。当有多个进程申请一个设备时，该算法根据进程申请设备的先后次序，将这备时，该算法根据进程申请设备的先后次序，

32、将这些进程排列成一个设备请求队列，设备分配程序总些进程排列成一个设备请求队列，设备分配程序总是把设备首先分配给队首进程。是把设备首先分配给队首进程。优先权高者优先算法。这种算法中，系统首优先权高者优先算法。这种算法中，系统首先把设备分配给优先权高的进程，使高优先权的进先把设备分配给优先权高的进程，使高优先权的进程能够尽快完成。程能够尽快完成。第65页，本讲稿共77页5 5、设备分配中的安全性、设备分配中的安全性 安全分配方式。每当进程发出安全分配方式。每当进程发出I/OI/O请求后，便进入请求后，便进入阻塞状态，直到其阻塞状态，直到其I/OI/O操作完成时才被唤醒。一旦进程已操作完成时才被唤醒

33、。一旦进程已经获得某种设备（资源）后便阻塞，使它不可能再请求任经获得某种设备（资源）后便阻塞，使它不可能再请求任何资源，而在它运行时又不保持任何资源，因此，这种分何资源，而在它运行时又不保持任何资源，因此，这种分配方式已经摒弃了造成死锁四个必要条件之一的配方式已经摒弃了造成死锁四个必要条件之一的“请求和请求和保持保持”条件，因而分配是安全的。其缺点是进程进展缓慢，条件，因而分配是安全的。其缺点是进程进展缓慢，对于该进程来说对于该进程来说CPUCPU与与I/OI/O设备是串行工作的。设备是串行工作的。第66页，本讲稿共77页 不安全分配方式。不安全分配方式。进程发出进程发出I/OI/O请求后仍继

34、续运行，需要时又可发出请求后仍继续运行，需要时又可发出第二个第二个I/OI/O请求、第三个请求、第三个I/OI/O请求。仅当进程所请求的请求。仅当进程所请求的设备已被另一进程占用时，进程才进入阻塞状态。设备已被另一进程占用时，进程才进入阻塞状态。优点是一个进程可同时操作多个设备，从而使进程优点是一个进程可同时操作多个设备，从而使进程推进迅速。缺点是分配不安全，它可能具备推进迅速。缺点是分配不安全，它可能具备“请求请求和保持和保持”条件，从而造成死锁。因此，在设备分配条件，从而造成死锁。因此，在设备分配程序中应再增加一个功能，对本次的设备分配是否程序中应再增加一个功能，对本次的设备分配是否会发生

35、死锁进行安全性计算会发生死锁进行安全性计算第67页，本讲稿共77页设备分配流程图设备分配流程图进程P等待控制器由进程P来的I/O请求搜索SDT找到DCT指针按分配策略选取占据该设备的进程进程P被选中？查DCT该设备忙？检查该设备分配给进程P的安全性安全吗？该设备分配给进程PA按分配策略选取占据该设备的进程进程P按分配策略入I/O等待队列进程P等待该设备空闲搜索DCT指针，找到COCT指针控制器忙吗？A分配控制器给进程P搜索COCT找到CHCT指针通道忙？分配通道给进程P启动I/O进程P等待通道是是是是否否否是否否第68页，本讲稿共77页 5.4 5.4 虚拟设备虚拟设备虚拟设备是通过某种技术将

36、一台独占设备虚拟设备是通过某种技术将一台独占设备改造为可以供多个用户共享的共享设备。把独占设备改造为可以供多个用户共享的共享设备。把独占设备改造为虚拟设备，可以提高设备的利用率和系统效率，改造为虚拟设备，可以提高设备的利用率和系统效率，也方便了用户使用共享。也方便了用户使用共享。SpoolingSpooling技术技术 Spooling技术是一种虚拟设备技术，它可以技术是一种虚拟设备技术，它可以把一台独占设备改造为虚拟设备，在进程所需的物理把一台独占设备改造为虚拟设备，在进程所需的物理设备不存在或被占用的情况下，使用该设备。设备不存在或被占用的情况下，使用该设备。第69页，本讲稿共77页 为了

37、缓和CPU和I/O设备之间的速度矛盾，引入了脱机输入、脱机输出技术。该技术是利用专门的外围处理机，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；或者相反。事实上，当系统中引入了多道程序技术后，完全可以利用其中的两道程序来分别模拟脱机输入时的外围机和脱机输出时的外围机的功能。这样，便可在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出功能。此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行，把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为Spooling，或称假脱机操作。第70页，本讲稿共77页Spooling系统的组成 Spooling系统必须建立在具有多道程序功能地操作系统上，而且应有高速随机辅存的支持，通常是采用磁盘存储

38、技术。Spooling系统主要有以下三部分组成：输入井和输出井 输入缓冲区和输出缓冲区 输入进程SPi和输出进程SPo 第71页，本讲稿共77页第72页，本讲稿共77页 共享打印机即利用Spooling技术，可将它改造为一台可供多个用户共享的虚拟设备，共享打印机的工作流程为：用户进程请求打印输出时:由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送人其中；第73页，本讲稿共77页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其中，再将该表挂到请求打印队列上。当打印机空闲时:输出进程将从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据从输出井

39、传送到内存缓冲区，再由打印机进行打印第74页，本讲稿共77页SpoolingSpooling系统的优点系统的优点 提高了提高了I/OI/O的速度。这里对数据进行的的速度。这里对数据进行的I/OI/O操操作，已从对低速作，已从对低速I/OI/O设备的操作，演变为对高速磁设备的操作，演变为对高速磁盘中输入井或输出井的操作，提高了盘中输入井或输出井的操作，提高了I/OI/O速度，缓和速度，缓和了了CPUCPU与低速与低速I/OI/O设备之间速度不匹配的矛盾。设备之间速度不匹配的矛盾。实现了虚拟设备的功能。实现了虚拟设备的功能。SpoolingSpooling系统将独占系统将独占设备改造为共享设备，宏

40、观上，虽然多个进程在同时使设备改造为共享设备，宏观上，虽然多个进程在同时使用一台独占设备，而对每一个进程而言，他们都会认为用一台独占设备，而对每一个进程而言，他们都会认为自己是独占了一个设备。当然，该设备只是逻辑上的设自己是独占了一个设备。当然，该设备只是逻辑上的设备。备。第75页，本讲稿共77页Spooling系统缺点系统缺点 输入缓冲区和输出缓冲区占用了大量的主存空输入缓冲区和输出缓冲区占用了大量的主存空间间 输出井和输入井占用了大量的磁盘空间。输出井和输入井占用了大量的磁盘空间。增加了系统的复杂性。增加了系统的复杂性。第76页，本讲稿共77页l设备管理的基本过程设备管理的基本过程l设备管理用的数据结构设备管理用的数据结构l通道、控制器、通道、控制器、DMADMA、中断、缓冲区、中断、缓冲区、l数据传送控制方式数据传送控制方式l主设备号、次设备号（对应驱动程序及其参数）主设备号、次设备号（对应驱动程序及其参数）l设备分类设备分类l设备分配算法设备分配算法lI/OI/O控制控制小结第77页，本讲稿共77页