SPOOLing技术

---- 虚拟性是OS的四大特征之一。如果说可以通过多道程序技术将一台物理CPU虚拟为多台逻辑CPU,从而允许多个用户共享一台主机,那么通过SPOOLing技术便可将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备,同样允许多个用户共享一台物理I/O设备。

1、什么是SPOOLing (Simultaneaus Peripheral Operating On Line)

为了缓和CPU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的功能,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,把数据从磁盘上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,或称为假脱机操作

2、SPOOLing系统的组成

由上所述得知,SPOOLing技术是对脱机输入、输出系统的模拟。相应地,SPOOLing系统必须建立在具有多道程序功能的操作系统上,而且还应有高速随机外存的支持,这通常是采用磁盘存储技术。

-- SPOOLing系统主要有以下三部分

1)输入井和输出井。这是在磁盘上开辟的两个大存储空间。输入井是模拟脱机输入时的磁盘设备,用于暂存I/O设备输入的数据;输出井是模拟脱机输出时的磁盘,用于暂存用户程序的输出数据。

2)输入缓冲区和输出缓冲区。为了缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾,在内存中要开辟两个缓冲区:输入缓冲区和输出缓冲区。输入缓冲区用于暂存由输入设备送来的数据,以后再传送到输入井。输出缓冲区用于暂存从输出井送来的数据,以后再传送给输出设备。

3)输入进程SPi和输出进程SPo。这里利用两个进程来模拟脱机I/O时的外围控制机。其中,进程SPi模拟脱机输入时的外围控制机,将用户要求的数据从输入机通过输入缓冲区再送到输入井,当CPU需要输入数据时,直接从输入井读入内存;进程SPo模拟脱机输出时的外围控制机,把用户要求输出的数据先从内存送到输出井,待输出设备空闲时,再将输出井中的数据经过输出缓冲区送到输出设备上。

    SPOOLing技术_第1张图片

3、共享打印机

打印机是经常要用到的输出设备,属于独占设备。利用SPOOLing技术,可将之改造为一台可供多个用户共享的设备,从而提高设备的利用率,也方便了用户。共享打印机技术已被广泛地用于多用户系统和局域网中。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:

1)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。

2)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。如果还有进程要求打印输出,系统仍可接受该请求,也同样为该进程做上述两件事。

-- 如果打印机空闲,输出进程将从请求打印队列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传送到内存缓冲区,再由打印机进行打印。打印完后,输出进程再查看请求打印队列中是否还有等待打印的请求表。若有,又取出队列中的第一张表,并根据其中的要求进行打印,如此下去,直至请求打印队列为空,输出进程才将自己阻塞起来。仅当下次再有打印请求时,输出进程才被唤醒。

4、SPOOLing系统的特点

-- SPOOLing系统具有如下主要特点:

1)提高了I/O的速度。

这里,对数据所进行的I/O操作,已从对低速设备进行的I/O操作,演变为对输入井或输出井中数据的存取,如同脱机输入输出一样,提高了I/O速度,缓和了CPU与低速I/O设备之间速度不匹配的矛盾。

2)将独占设备改造为共享设备。

因为在SPOOLing系统中,实际上没有为任何进程分配设备,而只是在输入井或输出井中为进程分配一个存储区和建立一张I/O请求表。这样,便把独占设备改造为共享设备。

3)实现了虚拟设备功能。

宏观上,虽然是多个进程在同时使用一台独占设备,而对于每一个进程而言,它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备。SPOOLing系统实现了将独占设备变换为若干台对应的逻辑设备的功能。


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