第六章 输入输出系统2

6-5与设备无关的I/O软件
虚拟性是OS的四大特征之一。
多道程序技术将一台物理CPU虚拟为多台逻辑CPU，实现多个用户共享一台主机。
多道程序技术，专门利用程序模拟脱机I/O的外围机，完成设备I/O操作。称这种联机情况下实现的同时外围操作为SPOOLing 技术（Simultaneaus Periphernal Operating On—Line，或称为假脱机操作）
一般进程对独占设备的需求被假脱机模拟到磁盘上。所以实现设备虚拟，多道是前提，还需高速、大容量、可随机存取的外存支持。
SPOOLing系统的组成：
输入井和输出井
输入缓冲区和输出缓冲区。
输入进程和输出进程。
打印机属于独占设备，利用SPOOLing技术可将其改造为一台可供多个用户共享的设备。
SPOOLing系统的特点：
提高了I/O的速度。将独占设备改造为共享设备。最终，实现了虚拟设备功能。
6-6用户层的I/O软件
引入缓冲区的主要原因：
缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
缓冲区数据成批传入内存，也可进一步减少对CPU的中断频率
最终目的：提高CPU和I/O设备的并行性。
使用缓冲区的方式：
1）单缓冲、多缓冲
2）循环缓冲
3）缓冲池（Buffer Pool）
双缓冲（Double Buffer）
进一步加快输入和输出速度，提高设备利用率制，也称缓冲对换（Buffer Swapping）
输入：数据送入第一缓冲区，装满后转向第二缓冲区。
读出：OS从第一缓冲区中移出数据，送入用户进程，再由CPU对数据进行计算。
循环缓冲的组成：多个缓冲区。多个指针。
对于既可输入又可输出的公用缓冲池，至少应含有下列三种类型的缓冲区：
空缓冲区；
装满输入数据的缓冲区；
装满输出数据的缓冲区；
为方便管理，将上述类型相同的缓冲区连成队列
空缓冲区队列（所有进程都可用）
输入队列（n个进程有各自的队列）
输出队列（n个进程有各自的队列）
6-7缓冲区管理
磁盘类型
固定磁头（每道一磁头）
移动磁头（每盘一磁头）
磁盘调度方法：对所有请求访问磁盘的进程进行合理调度，使对磁盘的平均访问时间最小。
目标：使平均寻道时间最少。
算法：
FCFS
最短寻道时间优先SSTF：SSTF会导致“饥饿”现象
总选择最近的磁道访问，远磁道请求的进程会长时间得不到执行。
扫描算法SCAN（磁盘电梯调度算法）
程序直接控制方式、中断控制方式、通道控制方式和DMA控制方式，其中通道方式占用CPU时间最短。
进行设备分配时所需要的数据表格主要有：设备控制表、设备控制器控制表、通道控制表和系统设备表。