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1、第五章第五章 设备管理设备管理 5.1 5.1 I/OI/O系统系统 5.2 5.2 I/OI/O控制方式控制方式 5.3 5.3 缓冲管理缓冲管理 5.4 5.4 设备分配设备分配 5.5 5.5 设备处理设备处理 5.6 5.6 磁盘存储器管理磁盘存储器管理 设备管理的目标和任务设备管理的目标和任务对象：对象：I/OI/O设备，设备控制器，通道设备，设备控制器，通道任务：完成用户提出的任务：完成用户提出的I/OI/O请求，提高请求，提高I/OI/O速率，改速率，改善善I/OI/O设备的利用率。设备的利用率。功能：缓冲区管理；设备分配与回收；虚拟设备及功能：缓冲区管理；设备分配与回收；虚拟设
2、备及实现设备的独立性；设备处理实现设备的独立性；设备处理I/O设备管理系统结构图设备管理系统结构图操作系统操作系统I/O硬件管理硬件管理I/O软件管理软件管理上层用户程序（应用层）上层用户程序（应用层）设备设备控制器控制器命令寄存器命令寄存器底层硬件设备（物理层）底层硬件设备（物理层）中断处理程序中断处理程序设备驱动程序设备驱动程序设备无关程序设备无关程序用户进程用户进程状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器I/O设备的特点分析设备的特点分析操作系统需要管理的最复杂的资源操作系统需要管理的最复杂的资源I/O设备设备I/O设备种类繁多，工作模式各不相同设备种类繁多，工作模式各不相同I/O设备数
3、据多样，处理方式各不相同设备数据多样，处理方式各不相同I/O设备性能参差，运行控制多种多样设备性能参差，运行控制多种多样最容易成为计算机系统的瓶颈最容易成为计算机系统的瓶颈I/O设备设备很多很多I/O设备使用机械操作，导致其速度较设备使用机械操作，导致其速度较CPU相差很大相差很大进程运行中的输入输出操作可能造成系统运行的性能瓶颈进程运行中的输入输出操作可能造成系统运行的性能瓶颈I/O管理：如何最大限度保证管理：如何最大限度保证I/O设备与设备与CPU的并行工作的并行工作最实用、最体现操作系统特色的工作最实用、最体现操作系统特色的工作I/O管理管理兼容性：操作系统最难以完成的使命兼容性：操作系
4、统最难以完成的使命标准化：标准化：IT技术迅速普及发展的本质技术迅速普及发展的本质高性能：高性能：I/O设备发展的主要目标设备发展的主要目标I/O硬件管理硬件管理5.1 I/O 系系 统统 5.1.1 I/O设备设备 1.I/O设备的类型设备的类型 按照传输速率划分按照传输速率划分低速设备：低速设备：典型设备有键盘、典型设备有键盘、鼠标、语音输入和输出设备鼠标、语音输入和输出设备中速设备：中速设备：典型的中速设备有行式打印机、激光打印机等典型的中速设备有行式打印机、激光打印机等高速设备：高速设备：典型的高速设备有磁典型的高速设备有磁带机、带机、磁盘机、磁盘机、光盘机等光盘机等按照信息的交换单位
5、划分按照信息的交换单位划分块设备：以数据块为单位存储、传输数据块设备：以数据块为单位存储、传输数据字符设备：以字节为单位存储、传输数据字符设备：以字节为单位存储、传输数据按照设备的共享属性划分按照设备的共享属性划分独占式设备：一段时间内只能由一个进程使用，一般为低速独占式设备：一段时间内只能由一个进程使用，一般为低速I/O设备设备共享式设备：一段时间内可由多个进程使用，资源利用率很高共享式设备：一段时间内可由多个进程使用，资源利用率很高虚拟式设备：用高速设备模拟低速设备，用共享设备模拟独占设备虚拟式设备：用高速设备模拟低速设备，用共享设备模拟独占设备按照程序使用的方式划分按照程序使用的方式划分
6、逻辑设备：由操作系统维护，简便用户操作和控制的逻辑设备：由操作系统维护，简便用户操作和控制的“设备结构设备结构”物理设备：由硬件结构组成，真实完成各类物理设备：由硬件结构组成，真实完成各类I/O设备操作设备操作2.各种设备在系统中的连接3.设备与控制器之间的接口设备与控制器之间的接口 图 5-1 设备与控制器间的接口 2.设备控制器的组成设备控制器的组成 图 5-2 设备控制器的组成 5.1.3 I/O通道通道 I/O通通道道是是一一种种特特殊殊的的处处理理机机。能能执执行行I/O指指令令，通过执行通道通过执行通道(I/O)程序来控制程序来控制I/O操作。操作。根根据据信信息息交交换换方方式式
7、的的不不同同，有有字字节节多多路路通通道道、数组选择通道和数组多路通道数组选择通道和数组多路通道三种类型。三种类型。图 5-5 多通路I/O系统 解决解决“瓶颈瓶颈”问题问题 5.2 I/O控制方式控制方式程序控制程序控制I/O（轮询或忙等待模式）轮询或忙等待模式）CPU直接与直接与I/O设备进行通信，负责将用户数据传送到设备进行通信，负责将用户数据传送到I/O端口端口用户程序通过系统调用来使用用户程序通过系统调用来使用I/O设备设备CPU需要不断查询需要不断查询I/O设备的端口状态，性能较低设备的端口状态，性能较低中断控制中断控制I/OCPU设定设定I/O设备的初始值，然后不再忙等待，运行其
8、他进程，当前进程阻塞设备的初始值，然后不再忙等待，运行其他进程，当前进程阻塞I/O设备完成对当前数据的处理后，向设备完成对当前数据的处理后，向CPU发出中断，发出中断，I/O中断处理程序将负责中断处理程序将负责传送剩余数据传送剩余数据中断控制模式依然造成中断控制模式依然造成CPU时间的浪费，而且效率不高时间的浪费，而且效率不高DMA控制控制I/O使用独立的使用独立的DMA控制器代替控制器代替CPU的工作，的工作，I/O设备与设备与DMA通信，通信，DMA在传输完在传输完成一个数据缓冲区之后再向成一个数据缓冲区之后再向CPU发中断发中断DMA模式减少了中断次数，同时又集成了程序控制和中断控制的优
9、点模式减少了中断次数，同时又集成了程序控制和中断控制的优点I/O通道机制通道机制DMA机制过于简单，有时未必能够提高与机制过于简单，有时未必能够提高与CPU并行效率并行效率为此专门增加了为此专门增加了I/O处理机，专门负责处理机，专门负责I/O设备的控制和操作，与设备的控制和操作，与CPU并行工作并行工作I/O硬件管理硬件管理程序控制程序控制I/O的工作流程的工作流程I/O硬件管理硬件管理由操作系统的由操作系统的“服务程序服务程序”负责将用户数据传送至打印机端口负责将用户数据传送至打印机端口服务程序顺序传送打印数据，填满接口缓冲区后就等待（空循环）服务程序顺序传送打印数据，填满接口缓冲区后就等
10、待（空循环）每次循环中都检查接口缓冲区是否可用，一旦可用就继续传送数据每次循环中都检查接口缓冲区是否可用，一旦可用就继续传送数据数据传送完成后数据传送完成后“服务程序服务程序”结束，用户进程继续运行结束，用户进程继续运行缺点：靠缺点：靠CPU以以“忙等待忙等待”的形式与打印机进行通信，浪费的形式与打印机进行通信，浪费CPU资源资源中断控制中断控制I/O的工作流程的工作流程I/O硬件管理硬件管理“打印服务程序打印服务程序”只将最开始的数据传送至打印机端口，然后阻塞只将最开始的数据传送至打印机端口，然后阻塞CPU可继续调度其他进程运行，不浪费可继续调度其他进程运行，不浪费CPU时间时间一旦打印缓冲
11、区空后，打印机端口发出硬件中断一旦打印缓冲区空后，打印机端口发出硬件中断CPU响应中断，恢复响应中断，恢复“打印服务程序打印服务程序”运行，继续传送数据运行，继续传送数据缺点：虽然节省了缺点：虽然节省了CPU资源，但是中断响应也消耗较大的系统资源资源，但是中断响应也消耗较大的系统资源5.2 I/O控制方式控制方式程序控制程序控制I/O（轮询或忙等待模式）轮询或忙等待模式）CPU直接与直接与I/O设备进行通信，负责将用户数据传送到设备进行通信，负责将用户数据传送到I/O端口端口用户程序通过系统调用来使用用户程序通过系统调用来使用I/O设备设备CPU需要不断查询需要不断查询I/O设备的端口状态，性
12、能较低设备的端口状态，性能较低中断控制中断控制I/OCPU设定设定I/O设备的初始值，然后不再忙等待，运行其他进程，当前进程阻塞设备的初始值，然后不再忙等待，运行其他进程，当前进程阻塞I/O设备完成对当前数据的处理后，向设备完成对当前数据的处理后，向CPU发出中断，发出中断，I/O中断处理程序将负责中断处理程序将负责传送剩余数据传送剩余数据中断控制模式依然造成中断控制模式依然造成CPU时间的浪费，而且效率不高时间的浪费，而且效率不高DMA控制控制I/O使用独立的使用独立的DMA控制器代替控制器代替CPU的工作，的工作，I/O设备与设备与DMA通信，通信，DMA在传输完在传输完成一个数据缓冲区之
13、后再向成一个数据缓冲区之后再向CPU发中断发中断DMA模式减少了中断次数，同时又集成了程序控制和中断控制的优点模式减少了中断次数，同时又集成了程序控制和中断控制的优点I/O通道机制通道机制DMA机制过于简单，有时未必能够提高与机制过于简单，有时未必能够提高与CPU并行效率并行效率为此专门增加了为此专门增加了I/O处理机，专门负责处理机，专门负责I/O设备的控制和操作，与设备的控制和操作，与CPU并行工作并行工作I/O硬件管理硬件管理DMA方式方式-DMA方式方式 数据传输的基本单位是数据块数据传输的基本单位是数据块 数据从设备直接送入内存数据从设备直接送入内存 整块数据的传送是在控制器的整块数
14、据的传送是在控制器的控制下完成的。控制下完成的。DMA控制控制I/O的工作流程的工作流程用户进程发出系统调用后进入阻塞态，用户进程发出系统调用后进入阻塞态，CPU直接设置直接设置DMA端口端口CPU与与DMA并行工作，并行工作，DMA负责将用户数据传送给打印机负责将用户数据传送给打印机当当DMA完成所有工作后，向完成所有工作后，向CPU发出中断，发出中断，CPU响应后唤醒用户进程响应后唤醒用户进程优点：只有一次中断、优点：只有一次中断、DMA与与CPU并行提高了系统运行效率并行提高了系统运行效率缺点：缺点：DMA速度较慢，如果速度较慢，如果CPU并不繁忙，那么并不繁忙，那么DMA机制并无太大意
15、义机制并无太大意义5.2 I/O控制方式控制方式程序控制程序控制I/O（轮询或忙等待模式）轮询或忙等待模式）CPU直接与直接与I/O设备进行通信，负责将用户数据传送到设备进行通信，负责将用户数据传送到I/O端口端口用户程序通过系统调用来使用用户程序通过系统调用来使用I/O设备设备CPU需要不断查询需要不断查询I/O设备的端口状态，性能较低设备的端口状态，性能较低中断控制中断控制I/OCPU设定设定I/O设备的初始值，然后不再忙等待，运行其他进程，当前进程阻塞设备的初始值，然后不再忙等待，运行其他进程，当前进程阻塞I/O设备完成对当前数据的处理后，向设备完成对当前数据的处理后，向CPU发出中断，
16、发出中断，I/O中断处理程序将负责中断处理程序将负责传送剩余数据传送剩余数据中断控制模式依然造成中断控制模式依然造成CPU时间的浪费，而且效率不高时间的浪费，而且效率不高DMA控制控制I/O使用独立的使用独立的DMA控制器代替控制器代替CPU的工作，的工作，I/O设备与设备与DMA通信，通信，DMA在传输完在传输完成一个数据缓冲区之后再向成一个数据缓冲区之后再向CPU发中断发中断DMA模式减少了中断次数，同时又集成了程序控制和中断控制的优点模式减少了中断次数，同时又集成了程序控制和中断控制的优点I/O通道机制通道机制DMA机制过于简单，有时未必能够提高与机制过于简单，有时未必能够提高与CPU并
17、行效率并行效率为此专门增加了为此专门增加了I/O处理机，专门负责处理机，专门负责I/O设备的控制和操作，与设备的控制和操作，与CPU并行工作并行工作I/O硬件管理硬件管理-I/O通道方式通道方式通道：专门的处理通道：专门的处理I/OI/O操作的处理机操作的处理机通道程序保存在内存中通道程序保存在内存中独立执行通道程序，控制外部设备的独立执行通道程序，控制外部设备的I/OI/O操作操作完成完成CPUCPU交给的任务后，发出中断信号请求交给的任务后，发出中断信号请求CPUCPU处理处理是是DMA方式的发展，可进一步减少方式的发展，可进一步减少CPU的干预的干预一个数据块的读一个数据块的读(或写或写
18、)一组数据块的读一组数据块的读(或写或写)、有关的控制和、有关的控制和管理。管理。CPU只需发送只需发送I/O指令，通道程序的首址，要访问的指令，通道程序的首址，要访问的I/O设备。设备。I/O通道机制的引入与实现通道机制的引入与实现I/O通道（通道（Channel）的概念的概念如何以高速、高效的方式控制如何以高速、高效的方式控制I/O设备，是设备，是I/O管理的重要问题管理的重要问题DMA速度很慢，而且结构简单，无法执行相对复杂的程序速度很慢，而且结构简单，无法执行相对复杂的程序引入引入I/O通道（专门的处理机），可以运行由通道指令组成的通道程序通道（专门的处理机），可以运行由通道指令组成的
19、通道程序I/O通道的工作方式和分类通道的工作方式和分类分为字节多路通道、选择通道、成组多路通道三种分为字节多路通道、选择通道、成组多路通道三种I/O通道采取通道采取“窃取总线周期窃取总线周期”的方式实现对的方式实现对I/O设备的控制和数据传输设备的控制和数据传输I/O通道就是一个小型的处理机，和通道就是一个小型的处理机，和CPU共享内存共享内存I/O通道接到通道接到CPU的指令后即启动通道命令的指令后即启动通道命令/程序，独立于程序，独立于CPU控制控制I/O设备工作设备工作I/O通道的结构组成通道的结构组成CAW：通道地址寄存器，用于记录通道程序在内存中的地址通道地址寄存器，用于记录通道程序
20、在内存中的地址CCW：通道命令寄存器，用于保存当前正在运行的通道命令通道命令寄存器，用于保存当前正在运行的通道命令CSW：通道状态寄存器，用于保存命令执行后的结果通道状态寄存器，用于保存命令执行后的结果CDW：通道数据寄存器，用于存放传输的数据（起到缓冲的作用）通道数据寄存器，用于存放传输的数据（起到缓冲的作用）I/O硬件管理硬件管理单通道与多通道单通道与多通道I/O硬件管理硬件管理5.3 缓缓 冲冲 管管 理理 1 1 缓冲技术的引入缓冲技术的引入 凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技术。技术。在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的在操
21、作系统中采用缓冲是为了实现数据的I/OI/O操作，操作，以缓解以缓解CPUCPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源利用率资源利用率减少了减少了I/OI/O设备对处理器的中断请求次数设备对处理器的中断请求次数缓和缓和CPUCPU与与I/OI/O设备间速度不匹配的矛盾设备间速度不匹配的矛盾提高提高CPUCPU和和I/OI/O设备之间的并行性设备之间的并行性3 缓冲区管理缓冲区管理 单缓冲单缓冲 双缓冲双缓冲循环缓冲循环缓冲 缓冲池：缓冲池：多个缓冲区连接起来统一管理，常采用多缓冲管理多个缓冲区连接起来统一管理，常采用多缓冲管理单缓冲单缓冲(Single B
22、uffer)图 5-11 单缓冲工作示意图 双缓冲双缓冲(Double Buffer)图 5-12 双缓冲工作示意图 循环缓冲循环缓冲 图 5-14 循环缓冲 缓冲池缓冲池(Buffer Pool)缓冲池中设置若干缓冲区，每个缓冲区既可用于输入，又可用于输出，而且可供多个进程共享。通常将缓冲池中的缓冲区分成三个队列进行管理：（1）空缓冲队列emq。(2)输入队列inq。(3)输出队列outq。5.4 设设 备备 分分 配配 1、设备分配中的数据结构、设备分配中的数据结构 设备控制表设备控制表DCT：每一个设备配制一张每一个设备配制一张DCT,记录相应设备的记录相应设备的各种属性。各种属性。图
23、5-16 设备控制表 控制器控制表、控制器控制表、通道控制表和系统设备表通道控制表和系统设备表 图 5-17 COCT、CHCT和SDT表 2、设备分配时应考虑的因素、设备分配时应考虑的因素 1）设备的固有属性设备的固有属性2）设备的分配算法）设备的分配算法3）设备分配中的安全性设备分配中的安全性4）设备独立性）设备独立性设备独立性的引入和实现设备独立性的引入和实现 设备独立性也称设备无关性，它是指用户程序独立于设备独立性也称设备无关性，它是指用户程序独立于具体使用的物理设备。引入设备独立性，可使应用程序独具体使用的物理设备。引入设备独立性，可使应用程序独立于具体的物理设备。此时，用户用逻辑设
24、备名来申请使立于具体的物理设备。此时，用户用逻辑设备名来申请使用某类物理设备。当系统中有多台该类型的设备时，系统用某类物理设备。当系统中有多台该类型的设备时，系统可将其中的任一台分配给请求进程，而不必局限于某一台可将其中的任一台分配给请求进程，而不必局限于某一台指定的设备。这样，可显著地改善资源的利用率及可适应指定的设备。这样，可显著地改善资源的利用率及可适应性。独立性还可以使用户程序独立于设备的类型。如进行性。独立性还可以使用户程序独立于设备的类型。如进行输出时，既可用显示终端，也可以用打印机。有了这种适输出时，既可用显示终端，也可以用打印机。有了这种适应性，就可以很方便地进行输入输出重定向
25、。应性，就可以很方便地进行输入输出重定向。设备独立性的引入和实现设备独立性的引入和实现 为了实现设备独立性，在应用程序中应使用逻辑设备为了实现设备独立性，在应用程序中应使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统中必须设置一张逻辑设名称来请求使用某类设备；而系统中必须设置一张逻辑设备表备表LUT用来进行逻辑设备到物理设备的映射，其中每个用来进行逻辑设备到物理设备的映射，其中每个表目中包含了逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序入表目中包含了逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序入口地址三项；当应用程序用逻辑设备名请求分配口地址三项；当应用程序用逻辑设备名请求分配I/O设备设备时，系统必须为它分配相应
26、的物理设备，并在时，系统必须为它分配相应的物理设备，并在LUT中建立中建立一个表目，以后进程利用该逻辑设备名请求一个表目，以后进程利用该逻辑设备名请求I/O操作时，操作时，便可从便可从LUT中得到物理设备名和驱动程序入口地址。中得到物理设备名和驱动程序入口地址。3、独占设备的分配程序独占设备的分配程序 当某一进程以物理设备名对一独占设备提出当某一进程以物理设备名对一独占设备提出I/O请求时，请求时，系统的设备分配程序流程如下：系统的设备分配程序流程如下：1)分配设备 2)2)分配控制器 3)3)分配通道 4、SPOOLing技术技术 SPOOLing技技术术，即即同同时时联联机机外外围围操操作
27、作技技术术，又又称称假假脱脱机机技技术术，是是指指在在多多道道程程序序环环境境下下，利利用用多多道道程程序序中中的的一一道道或或两两道道程程序序来来模模拟拟脱脱机机输输入入输输出出中中的的外外围围控控制制机机的的功功能能，以以达达到到“脱脱机机”输输入入输输出出的的目目的的，即即在在联联机机的的条条件件下下，将将数数据据从从输输入入设设备备传传送送到到磁磁盘盘，或或从从磁磁盘盘传传送送到到输输出出设设备备。通通过过它它可可以以将将一一台台独独占占的的物物理理设设备备虚虚拟拟为为多多台台逻逻辑辑设设备备，从从而而使使该该物物理理设设备备可可被被多多个个进程共享。进程共享。SPOOLing系统的组
28、成系统的组成 图 5-19 SPOOLing系统的组成 SPOOLing技术技术输入输入/输出设备，通道输出设备，通道输入井输入井/输出井输出井SPOOLing井管理程序井管理程序SPOOLing输入程序输入程序SPOOLing输出程序输出程序利用利用SPOOLing技术技术 共享打印机共享打印机 共享打印机技术已被广泛地用于多多用用户户系系统统和和局局域域网网络络中。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申请请一一个个空空闲闲磁磁盘盘块块区区，并将要打印的数据送入其中；输出进程再为用
29、户进程申请一张空白的用用户户请请求求打打印印表表，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系统的特点系统的特点提高了提高了I/O速度速度将独占设备改造为共享设备将独占设备改造为共享设备实现了虚拟设备功能实现了虚拟设备功能I/O软件体系结构软件体系结构中断处理程序中断处理程序底层硬件设备底层硬件设备设备驱动程序设备驱动程序用户用户I/O软件软件设备无关软件设备无关软件I/O请求请求I/O响应响应提供系统库提供系统库调用，供人调用，供人员使用；提员使用；提供类似供类似Spooling这样的精灵这样的精灵守护进程管守护进程管理共享设备理共享设备命名、保护、命名、保护、
30、阻塞、缓冲阻塞、缓冲建立设备建立设备寄存器、寄存器、解决错误解决错误处理中处理中断信号断信号5.5 设设 备备 处处 理理 1、设备驱动程序设备驱动程序 设设备备驱驱动动程程序序是是I/O进进程程与与设设备备控控制制器器之之间间的的通通信信程程序序，它它的的主主要要任任务务是是接接收收来来自自上上层层软软件件的的、抽抽象象的的I/O命命令令，再再把把它它转转换换成成具具体体要要求求后后，发发送送给给设备控制器，从而启动设备进行数据传送。设备控制器，从而启动设备进行数据传送。设备驱动程序的处理过程设备驱动程序的处理过程 1）将抽象要求转换为具体要求）将抽象要求转换为具体要求 2）检查）检查I/O
31、请求的合法性请求的合法性 3）读出和检查设备的状态）读出和检查设备的状态 4）传送必要的参数）传送必要的参数 5）工作方式的设置）工作方式的设置 6）启动）启动I/O设备设备 2、中断处理程序中断处理程序v控制控制I/O设备的基本方法设备的基本方法用户发出系统调用或直接调用用户发出系统调用或直接调用I/O设备，然后用户进程阻塞设备，然后用户进程阻塞设备驱动程序启动设备驱动程序启动I/O操作，然后自己阻塞操作，然后自己阻塞I/O设备完成操作后产生中断，对应的中断服务程序更新各设备完成操作后产生中断，对应的中断服务程序更新各种状态信息种状态信息用户进程恢复为就绪，继续运行用户进程恢复为就绪，继续运
32、行图 5-21 中断处理流程5.6 磁盘存储器管理磁盘存储器管理1、磁盘的类型、磁盘的类型1)固定头磁盘2)2)移动头磁盘2.磁盘访问时间磁盘访问时间 寻道时间、旋转延迟时间、传输时间寻道时间、旋转延迟时间、传输时间3.磁盘调度磁盘调度 磁盘调度是指当有多个进程访问磁盘时，系统磁盘调度是指当有多个进程访问磁盘时，系统根据某种算法决定先为哪个进程服务。目标是使磁根据某种算法决定先为哪个进程服务。目标是使磁盘的平均寻道时间最短。盘的平均寻道时间最短。先来先服务调度算法先来先服务调度算法(FCFS)扫描调度算法扫描调度算法(SSTF)循环扫描调度算法循环扫描调度算法(SCAN)N-step-SCAN
33、和和FSCAN调度算法调度算法例：例：设磁盘有设磁盘有200个磁道，磁盘请求队列中是一些随个磁道，磁盘请求队列中是一些随机请求，它们按照到达的次序分别处于机请求，它们按照到达的次序分别处于55、58、39、18、90、160、150、38、184号磁道上，当前磁头在号磁道上，当前磁头在100号磁道上，并想磁道号增加的方向上移动。请给号磁道上，并想磁道号增加的方向上移动。请给出出FCFS、SSTF、SCAN及及CSCAN算法进行磁盘调算法进行磁盘调度时满足，并计算出它们的平均寻道长度。度时满足，并计算出它们的平均寻道长度。1）先来先服务先来先服务FCFS(First-Come,First Ser
34、ved)图 5-23 FCFS调度算法（55、58、39、18、90、160、150、38、184）2）最短寻道时间优先最短寻道时间优先SSTF(Shortest Seek Time First)图 5-24 SSTF调度算法（55、58、39、18、90、160、150、38、184）3）SCAN算法算法 图 5-25 SCAN调度算法示例（55、58、39、18、90、160、150、38、184）4）循环扫描循环扫描(CSCAN)算法算法 图 5-26 CSCAN调度算法示例（55、58、39、18、90、160、150、38、184）5）N-Step-SCAN和和FSCAN调度算法调度
35、算法 N-Step-SCAN算法算法 N步步SCAN算算法法是是将将磁磁盘盘请请求求队队列列分分成成若若干干个个长长度度为为N的的子子队队列列，磁磁盘盘调调度度将将按按FCFS算算法法依依次次处处理理这这些些子子队队列列。而而每每处处理理一一个个队队列列时时又又是是按按SCAN算算法法，对对一一个个队队列列处处理理完完后后，再再处处理理其其他他队队列列。当当正正在在处处理理某某子子队队列列时时，如如果果又又出出现现新新的的磁磁盘盘I/O请请求求，便便将将新新请请求求进进程程放放入入其其他他队队列列，这这样样就就可可避避免免出出现现粘粘着着现现象象。当当N值值取取得得很很大大时时，会会使使N步步
36、扫扫描描法法的的性性能能接接近近于于SCAN算算法法的的性性能能；当当N=1时时，N步步SCAN算算法法便便蜕蜕化化为为FCFS算法。算法。FSCAN算法算法 FSCAN算算法法实实质质上上是是N步步SCAN算算法法的的简简化化，即即FSCAN只只将将磁磁盘盘请请求求队队列列分分成成两两个个子子队队列列。一一个个是是由由当当前前所所有有请请求求磁磁盘盘I/O的的进进程程形形成成的的队队列列，由由磁磁盘盘调调度度按按SCAN算算法法进进行行处处理理。在在扫扫描描期期间间，将将新新出出现现的的所所有有请请求求磁磁盘盘I/O的的进进程程，放放入入另另一一个个等等待待处处理理的的请请求求队队列列。这这
37、样样，所所有有的的新新请请求求都都将将被推迟到下一次扫描时处理。被推迟到下一次扫描时处理。4 提高磁盘提高磁盘I/O速度的方法速度的方法 1）磁盘高速缓存）磁盘高速缓存 在在内内存存中中为为磁磁盘盘块块设设置置的的一一个个缓缓冲冲区区，其其中中存存放放有有磁盘中某些盘块的副本。磁盘中某些盘块的副本。2）提前读）提前读 在在读读当当前前盘盘块块的的同同时时，将将下下一一个个可可能能要要访访问问到到的的盘盘块中的数据也读入缓冲区。块中的数据也读入缓冲区。3）延迟写）延迟写 在缓冲区在缓冲区A中的信息本应立即写回磁盘，系统不这么中的信息本应立即写回磁盘，系统不这么做，而是将它挂在空闲缓冲区的末尾，当
38、有进程需访问做，而是将它挂在空闲缓冲区的末尾，当有进程需访问该数据时，可直接从缓冲区的队列中读出而不必去访问该数据时，可直接从缓冲区的队列中读出而不必去访问磁盘。直到缓冲区磁盘。直到缓冲区A缓缓往前移到缓冲区队列的队首，缓缓往前移到缓冲区队列的队首，才将该数据写回磁盘。才将该数据写回磁盘。4）优化物理块布局）优化物理块布局 尽量将一个文件的物理块安排在属于同一磁道的两尽量将一个文件的物理块安排在属于同一磁道的两个盘块上，可使磁头移动距离减小，而大大提高对这个盘块上，可使磁头移动距离减小，而大大提高对这两个盘块的访问速度。两个盘块的访问速度。5）虚拟盘）虚拟盘 指利用内存空间去仿真磁盘，又称为指利用内存空间去仿真磁盘，又称为RAM 盘。盘。6）廉价磁盘冗余阵列（）廉价磁盘冗余阵列（RAID）廉价磁盘冗余阵列（廉价磁盘冗余阵列（RAIDRAID）是利用一台磁盘阵列是利用一台磁盘阵列控制器，来统一管理和控制一组磁盘驱器，组成一个控制器，来统一管理和控制一组磁盘驱器，组成一个高度可靠、快速的大容量磁盘系统。高度可靠、快速的大容量磁盘系统。RAIDRAID方案可分成方案可分成RAID0-RAID7RAID0-RAID7几级。几级。4 提高磁盘提高磁盘I/O速度的方法速度的方法 作业：作业：7、9、15、18、23、24