五、输入输出管理（三）设备独立软件

目录

3.1磁盘高速缓存与缓冲区

3.2设备分配与回收

3.3假脱机技术(SPOOLing)

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3.1磁盘高速缓存与缓冲区

高速缓存（Cache）是指在内存和CPU之间增设的一个小容量高速存储器。

磁盘高速缓存（Disk Cache）是指在内存中为磁盘盘块设置一个缓冲区来保存某些盘块的副本，磁盘高速缓存未命中时需要访问磁盘。

缓冲区：位于内存区域，用来实现：

• 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
• 减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。
• 解决基本数据单元大小（即数据粒度）不匹配的问题。（如输出进程每次可以生成一块数据，但I/O设备每次只能输入一个字符）
• 提高CPU和I/O设备之间的并行性。

硬件缓冲器：成本高，如I/O控制器中的数据缓冲寄存器。

 

 

 

3.2设备分配与回收

设备分配时应考虑的因素

• 设备的固有属性：独占设备、共享设备、虚拟设备。
• 设备的分配算法：先来先服务、优先级高者优先、短任务优先等算法。
• 设备分配中的安全性：安全分配方式：不会死锁，对于一个设备来说，CPU和I/O设备只能串行工作。（即I/O阻塞方式）不安全分配方式：一个进程可同时操作多个设备，只有当I/O请求失败时才会进入阻塞态。可能会造成死锁。（非I/O阻塞方式）。
• 静态分配:进程运行前为其分配全部所需资源，运行结束后归还资源。（破坏了请求和保持条件，不会发生死锁）
• 动态分配：进程运行过程中动态申请设备资源。

设备分配的数据结构

• 设备控制表（DCT）：系统为每个设备配置一张DCT，用于记录设备情况。
• 控制器控制表（COCT）：每个设备控制器都会对应一张COCT。操作系统根据COCT的信息对控制器进行操作和管理。
• 通常控制器（CHCT）：每个通道都会对应一张CHCT。操作系统根据CHCT的信息对通道进行操作和管理。
• 系统设备表（SDT）：记录了系统中全部设备的情况，每个设备对应一个表目。

 

 

3.3假脱机技术(SPOOLing)

 假脱机技术是用软件方式来实现脱机技术。

• 输入井、输出井：分别用来模拟脱机输入/输出时的磁盘。
• 输入缓冲区、输出缓冲区：在内存中开辟的两个缓冲区。
• 输入进程和输出进程：分别用来模拟脱机输入/输出时的外围控制机。
• CPU需要输入数据时直接从输入井读入内存，需要输出的数据先从内存送到输出井。
• 共享打印机是SPOOLing技术的实例，将独占设备改造成了共享设备（用户看来）。其实是一个虚拟设备。
• SPOOLing系统由预输入程序、井管理程序、缓输出程序组成。