计算机统考重难点班讲义(操作系统)-第三讲.ppt
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1、操作系统重难点串讲,讲师:翔高教育一级培训师地点:上海,第5章 设备管理,重难点导航,DMA控制方式的流程,DMA方式和通道方式以及中断方式的区别引入缓冲的目的快速缓存和缓冲区的区别SPOOLing技术的概念、目的、以及实现过程磁盘访问的时间常用磁盘调度算法的应用,3,I/O控制方式,程序I/O方式,在程序I/O方式中,由于CPU的高速性和I/O设备的低速性,致使CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中,造成对CPU的极大浪费。在该方式中,CPU之所以要不断地测试I/O设备的状态,就是因为在CPU中无中断机构,使I/O设备无法向CPU报告它已完成了一个字符的输入操作。
2、,中断驱动I/O控制方式,在I/O设备输入每个数据的过程中,由于无须CPU干预,因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时,才需CPU花费极短的时间去做些中断处理。可见,这样可使CPU和I/O设备都处于忙碌状态,从而提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。例如,从终端输入一个字符的时间约为100 ms,而将字符送入终端缓冲区的时间小于 0.1 ms。若采用程序I/O方式,CPU约有 99.9 ms的时间处于忙等待中。采用中断驱动方式后,CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其它事情,而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。可见,中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用
3、率。,直接存储器访问DMA I/O控制方式,DMA(Direct Memory Access)控制方式的引入,该方式的特点是:数据传输的基本单位是数据块,即在CPU与I/O设备之间,每次传送至少一个数据块;所传送的数据是从设备直接送入内存的,或者相反;仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时,才需CPU干预,整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。可见,DMA方式较之中断驱动方式,又是成百倍地减少了CPU对I/O的干预,进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。,I/O通道控制方式,I/O通道控制方式的引入,I/O通道方式是DMA方式的发展,它可进一步减少CPU的干预,即把对一个数据块的读(
4、或写)为单位的干预,减少为对一组数据块的读(或写)及有关的控制和管理为单位的干预。同时,又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作,从而更有效地提高整个系统的资源利用率。例如,当CPU要完成一组相关的读(或写)操作及有关控制时,只需向I/O通道发送一条I/O指令,以给出其所要执行的通道程序的首址和要访问的I/O设备,通道接到该指令后,通过执行通道程序便可完成CPU指定的I/O任务。,缓 冲 管 理,缓冲的引入,缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。(2)减少对CPU的中断频率,放宽对CPU中断响应时间的限制。(3)提高CPU和I/O设备之间的并行性。,SPOOLing技术,为了缓和CP
5、U的高速性与I/O设备低速性间的矛盾而引入了脱机输入、脱机输出技术。该技术是利用专门的外围控制机,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一道程序,来模拟脱机输入时的外围控制机功能,把低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上;再用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能,把数据从磁盘传送到低速输出设备上。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,我们把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operatin
6、g On-Line),或称为假脱机操作。,SPOOLing系统的组成,图 5-19 SPOOLing系统的组成,共享打印机,共享打印机技术已被广泛地用于多用户系统和局域网络中。当用户进程请求打印输出时,SPOOLing系统同意为它打印输出,但并不真正立即把打印机分配给该用户进程,而只为它做两件事:由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区,并将要打印的数据送入其中;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。,SPOOLing系统的特点,提高了I/O的速度。(2)将独占设备改造为共享设备。(3)实现了虚拟设备功能。,磁盘访问时间,
7、1)寻道时间Ts 这是指把磁臂(磁头)移动到指定磁道上所经历的时间。该时间是启动磁臂的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和,即Ts=mn+s其中,m是一常数,与磁盘驱动器的速度有关,对一般磁盘,m=0.2;对高速磁盘,m0.1,磁臂的启动时间约为2 ms。这样,对一般的温盘,其寻道时间将随寻道距离的增加而增大,大体上是530 ms。,2)旋转延迟时间T 这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。对于硬盘,典型的旋转速度大多为5400 r/min,每转需时11.1 ms,平均旋转延迟时间T为5.55 ms;对于软盘,其旋转速度为300 r/min或600 r/min,这样,平均T为50100
8、ms。,3)传输时间Tt 这是指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。Tt的大小与每次所读/写的字节数b和旋转速度有关:,其中,r为磁盘每秒钟的转数;N为一条磁道上的字节数,当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时,Tt与T相同,因此,可将访问时间Ta表示为:,磁盘调度,1.先来先服务FCFS(First-Come,First Served),最短寻道时间优先SSTF(Shortest Seek Time First),图 5-24 SSTF调度算法,2)SCAN算法,图 5-25 SCAN调度算法示例,经典例题解析,【例1】下面关于设备属性的论述中,正确的是_。【浙江大学200
9、4】A字符设备的基本特征是可寻址到字节,即能指定输入的源地址或输出的目标地址B共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备C.共享设备是指同一时间内允许多个进程同时访问的设备D在分配共享设备和独占设备时都可能引起进程死锁解析:可寻址是块设备的基本特征,故A不对。共享设备是指一段时间内允许多个进程同时访问的设备,在同一时间内,即对某一时刻共享设备仍然允许一个进程访问,故C不正确。分配共享设备是不会引起进程死锁的。故D不正确。答案选B,19,【例2】某移动臂磁盘的柱面由外向里从0开始顺序编号,假定当前磁头停在100号柱面而且移动方向是向外的,现有一个请求队列在等待访问磁盘,访问的柱面号分别为190、1
10、0、160、90、100、125、30、20、140和25。请给出分别采用最短寻找时间优先和电梯调度算法处理上述请求的次序,并分别计算出它们的平均寻道长度。【四川大学2005】解析:处理上述请求的次序以及平均寻道时间如下表示:采用最短寻找时间优先算法时处理各请求的次序为:90、80、125、140、160、190、30、25、20、10平均寻道时间为:L(0090)+(9080)+(12580)+(140125)+(160140)+(190160)+(9030)+(3025)十(2520)+(2010)1021,20,采用电梯调度算法时的次序为:90、80、30、25、20、10、125、14
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