第11章 IO管理和磁盘调度VIP免费

第十一章I/O管理和磁盘调度厦门大学软件学院吴清强操作系统11.1I/O设备•I/O设备的三种类别–人可读：适用于同计算机用户之间的交互•打印机、显示器、键盘、鼠标–机器可读：适用于与电子设备通信•磁盘、磁带、传感器、控制器–通信：适用于与远程设备通信•数字线路驱动器、调制解调器•I/O设备的差异主要包括：–数据传送速率（见下页图）–支持的应用程序–设备控制的复杂性–数据传送单位（字节流、字符流、块）–数据表示（编码方式）–错误条件11.1I/O设备典型的I/O设备数据率11.2I/O功能的组织•三种I/O通信技术（P26图1.19）–可编程I/O–中断驱动I/O–直接存储器访问（DMA）5•I/O模块执行请求的动作，而非处理器。•I/O处理模块设置I/O状态寄存器中相应的位。•I/O处理模块不通知处理器，也不中断处理器。•处理器定期检测I/O模块状态，直到操作结束。处理器不断询问I/O模块的状态，严重降低了系统的性能。11.2I/O功能的组织611.2I/O功能的组织•当I/O模块准备好要交换的数据时，中断处理器。•处理器保存正在执行程序的上下文，然后开始进行中断处理。•没有不必要的等待。由于每个字的读写都需要通过处理器进行，消耗了大量的处理器时间。711.2I/O功能的组织•传送的为块数据。•传送完成时，产生中断。•处理器委托DMA模块，由该模块负责处理数据传送。•处理器不干预传送，而继续其它工作。可编程和中断驱动I/O缺点：•I/O传送速度受限于处理器测试设备和提供服务的速度。•处理器忙于管理I/O的传送工作。•处理器必须执行很多指令以完成I/O传送。11.2I/O功能的组织DMA配置：单总线，集成的DMA-I/O11.2I/O功能的组织DMA配置：单总线，分离的DMADMA配置：I/O总线11.2I/O功能的组织11.3操作系统设计问题设计目标•效率–和主存相比，大多数I/O设备非常慢–使用多道程序设计技术，可使一些进程在等待I/O设备，而其它进程在执行–I/O也无法跟上处理器的速度–交换技术用于将就绪进程加载到内存•是一个I/O操作•通用性–用一种统一的方式处理所有设备–屏蔽底层细节–高层可通过读、写、打开、关闭、锁定、解锁等一些通用的功能来操作I/O11.3.2I/O功能的逻辑结构11.4I/O缓冲•采用缓冲的原因–进程必须等待I/O操作完成后才能继续执行–如果使用分页机制，那么至少需要将包括目标地址单元的页锁定在主存中–可能出现单进程死锁•进程发送I/O命令并被挂起•在I/O操作开始之前被换出•进程阻塞，等待I/O事件•I/O阻塞，等待进程被换入在进程发出I/O请求之前，锁定I/O操作所涉及的存储空间在输入请求发出前就开始执行输入传递在输出请求发出一段时间之后才开始执行输出传送缓冲技术（面向块的I/O设备和面向流的I/O设备）11.4I/O缓冲•面向块的I/O设备–信息存储在固定大小的块中–一次传送一块–磁盘、磁带•面向流的I/O设备–以字节流的形式传送信息–打印机、鼠标11.4.1单缓冲区•OS给一个I/O请求分配一个位于主存中系统部分的缓冲区•面向块–输入传送的数据被放到系统缓冲区中–传送完成时，进程把块移动到用户空间–进程请求另外一块–在下一块数据正在读取的时候，用户进程可以处理一块数据–可以换出进程•输入是发生在系统内存，而非用户内存11.4.1单缓冲区•面向流–每次传送一行或一个字节–一次一行：适用于滚动方式的终端，用户输入一行后回车。行式打印机。11.4.2双缓冲区•使用两个系统缓冲区•一个进程往一个缓冲区中传送数据（或从这个缓冲区中取数据）的同时，OS正在清空（或者填充）另外一个缓冲区11.4.3循环缓冲•多于两个的缓冲区•每个缓冲区是循环缓冲区中的单元•用于使得I/O操作跟上进程速度11.5磁盘调度磁盘速度小于内存速度，如何提高磁盘性能是关键？11.5磁盘调度为了读写磁盘，磁头必须定位于指定的磁道和该磁道中指定的扇区的开始处。磁盘性能参数：•寻道时间（Seektime）–磁头定位到磁道所需要的时间•旋转延迟（Rotationaldelayorrotationallatency）–磁头到达扇区开始位置的时间•存取时间（Accesstime）–寻道时间+旋转延迟–磁头达到读或写的位置所需要的时间11.5.1磁盘性能参数11.5.1磁盘性能参数•传送时间（TransferT...