第六章 设备管理【操作系统】

1.DMA方式和中断控制方式的主要区别是什么？

2.面向块设备和面向流设备有何区别？各举一些例子

面向块的设备将信息保存在块中，块的大小通常是固定的，传送过程中一次传送一块。通常可以通过块号访问数据。磁盘和USB智能卡都是面向块的设备。

面向流的设备已字节流的方式输入/输出数据，没有块结构。终端打印机鼠标及其他大多数非辅存设备，都属于面向流的设备。

3. 在假设计算机系统采用循环扫描磁盘调度策略C-SCAN，使用2KB的内存空间记录16384个磁盘块的空闲状态。

（1）请说明在上述条件下如何进行磁盘块空闲状态的管理；（4分）

（2）设某单面磁盘的旋转速度为6000r/min，每个磁道有100个扇区，相邻磁道间的平均移动时间为1ms，若在某时刻，磁头位于100号磁道处，并沿着磁道号增大的方向移动，磁道号请求队列为50,90,30,120，对请求队列中的每个磁道需读取1个随机分布的扇区，则读完这4个扇区点共需要多长时间？（10分）

（3）如果将磁盘替换为司机访问的flash存储器（如固态硬盘），是否有比循环扫描更高效的磁盘调度策略？并说明理由。（6分）

解答：

(1) 2KB=2*1024*8bit=16384bit。

  可用位示图进行磁盘空闲状态的管理，每1bit表示一个磁盘块是否空闲。

(2) 采用C-SCAN调度算法，访问磁道的顺序和移动的磁道数如下：

    访问磁道的顺序  移动的磁道数

    120           20

    30            90

    50            20

    90            40

  移动的磁道数为20+90+20+40=170，总移动磁道时间为70*1ms=170ms。

  由于转速为6000r/min，则平均旋转延迟为5ms，4个的延迟时间为20ms。

 每分钟6000转，转一圈的时间为0.01s，共有100个扇区，则通过一个扇区的时间为0.0001s，即0.1ms，读4个，共需0.4。

   所以，读完这4个扇区点共需要 170ms + 20+0.4ms = 190.4ms。

(3) 采用先来先服务调度策略更高效，应为flash半导体存储器的物理结构不需要考虑寻道时间和旋转延迟，可直接按照I/O请求的先后顺序服务。

4.某软盘有40个磁道，磁头从一个磁道移至相邻磁道需要6ms，文件在磁盘上非连续存放，逻辑上相邻数据块的平均距离为13磁道，每块的旋转延迟时间及传输时间分别为100ms和25ms，问读取一个100块的文件需要多少时间？若系统对磁盘进行了整理，让同一文件的磁盘块尽可能靠拢，从而使逻辑上相邻数据块的平均距离降为2磁道，此时读取一个100块的文件需要多少时间？

解答：

磁盘整理前，逻辑上相邻数据块的平均距离为13磁道，读取一块数据需要的时间为13*6+100+25=203ms

因此，读取一个100块的文件需要时间为     203*100=20300ms。

磁盘整理后，逻辑上相邻的数据块的平均距离为2磁道，读取一块数据需要的时间为  2*6+100+25=137ms

因此，读取一个100块的文件需要的时间为：  137*100=13700ms

5.假定一个盘组共有100个柱面，每个柱面上有16个磁道，每个磁道分为四个扇区。

1）整个磁盘空间共有多少个存储块。

2）若用字长32位的单元来构造位示图，共需要多少个字？

3）位示图中第18个字的第16位对应的块号是多少？

解答：

1）整个磁盘空间的存储块数目为4*16*1000=6400个。

2）位示图应为6400个位，如果字长为32位的单元来构造位示图，那么需要6400/32=200个字。

3）位示图中的第18个字的第16位（即i8，j=16）对应的块号为32*（18-1）+16=560.