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  • I/O核心子系统

    2020-07-23 14:58:27
    I/O核心子系统 1.概述 2.这些功能要在哪个层次实现 3.I/O调度 4.设备保护

    I/O核心子系统

    1.概述
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    2.这些功能要在哪个层次实现
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    3.I/O调度
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    4.设备保护
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  • 前言 参考王道书。 后续会进一步整理,包括添加笔记内容,标明参考资料。 更新中。。...目录I/O 核心子系统(I/O系统)二、几个层次实现的功能1、用户层软件2、设备...但是408大纲又将假脱机技术归为"1/0核心子系统”的

    前言

    参考王道书。
    后续会进一步整理,包括添加笔记内容,标明参考资料。

    更新中。。。


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    I/O 核心子系统(I/O系统)

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    二、几个层次实现的功能

    1、用户层软件

    • 假脱机技术(SPOOLing技术)

    注:

      • 假脱机技术(SPOOLing技术)需要请求“磁盘设备”的设备独立性软件的服务,因此一般来说假脱机技术是在用户层软件实现的。
    • 但是408大纲又将假脱机技术归为"1/0核心子系统”的功能,因此考试时还是以大纲为准。

    2、设备独立性软件

    • I/O调度
      用某种算法确定一个好的顺序来处理各个/0请求。
      • 如:磁盘调度(先来先服务算法、最短寻道优先算法、SCAN算法、C-SCAN算法、LOOK算法、C-LOOK算法)。
        当多个磁盘I/O请求到来时,用某种调度算法确定满足I/O请求的顺序。
      • 同理,打印机等设备也可以用先来先服务算法、优先级算法、短作业优先等算法来确定I/O调度顺序。
    • 设备保护
      操作系统需要实现文件保护功能,不同的用户对各个文件有不同的访问权限
      • 如:只读、读写等
      • 在UNIX系统中,设备被看做是一种特殊的文件,每个设备也会有对应的FCB,当用户请求访问某个设备时,系统根据FCB中记录的信息来判断该用户是否有相应的访问权限,以此实现“设备保护”的功能。
        • 参考文件保护
    • 设备分配与回收
    • 缓冲区管理(即缓冲与高速缓存)
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  • 5.2 I/O核心子系统

    2019-11-28 18:16:32
    5.2.1 I/O核心子系统概述 I/O核心子系统提供的服务主要有I/O调度、缓冲与高速缓存、设备分配与回收、假脱机、设备保护和差错处理等。 5.2.2 I/O调度概念 I/O调度是确定一个好的顺序来执行这些I/O请求。 5.2.3...

    5.2.1 I/O核心子系统概述

    I/O核心子系统提供的服务主要有I/O调度、缓冲与高速缓存、设备分配与回收、假脱机、设备保护和差错处理等。

    5.2.2 I/O调度概念

    I/O调度是确定一个好的顺序来执行这些I/O请求。

    5.2.3 高速缓存与缓冲区

    1.磁盘高速缓存(Disk Cache)

    操作系统使用高速磁盘高速缓存技术来提高磁盘的I/O速度。

    磁盘高速缓存技术不用于Cache,而是利用内存中的存储空间来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息。因此,磁盘高速缓存逻辑上属于磁盘,物理上则是驻留在内存中的盘块。

    高速缓存在内存中分为两种形式:一种是在内存中开辟一个单独的存储空间作为磁盘高速缓存,大小固定;另一种是把未利用的内存空间作为一个缓冲池,供请求分页系统和磁盘I/O时共享。

    2.缓冲区((Buffer)

    引入缓冲区的主要目的:

                     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中断响应的限制;

                     解决基本数据单元大小不匹配的问题;

                     提高CPU和I/O设备之间的并行性

    其实现方法:

                    采用硬件缓冲器,但由于成本太高,除一些关键部位外,一般不采用硬件缓冲器;

                    采用缓冲区(位于内存区域)

    缓冲区特点:当缓冲区的数据非空,不能往缓冲区冲入数据,只能从缓冲区把数据传出;当缓冲区为空,可以往缓冲区冲入数据,但必须把缓冲区充满后,才能从缓冲区把数据传出。

    根据系统设置缓冲器的个数,缓冲技术可分为:

     单缓冲区

    把一块数据输入缓冲区的时间为T,将该缓冲区中的数据传送到用户区的时间为M,CPU对这块数据处理的时间为C

    单缓冲区处理每块数据的用时为max(C,T)+M

    双缓冲区

    双缓冲区处理一块数据的用时为max(C+M,T)

    循环缓冲区

    将多个大小相等的缓冲区链接成一个环形(每个缓冲区中有一个链接指针指向下一个缓冲区,最后一个缓冲区指针指向第一个缓冲区);in指针指向可以输入数据的第一个空缓冲区,out指针指向可以提取数据的第一个满缓冲区;

    缓冲池

    由多个系统公用的缓冲区组成

    缓冲池通常也在主存建立

    当输入进程需要输入数据时,便从空缓冲队列的队首摘下一个空缓冲区,把它作为收容输入工作缓冲区,然后把数据输入其中,装满后再将它挂到输入队列队尾。当计算进程需要输入数据时,便从输入队列取得一个缓冲区作为提取输入工作缓冲区,计算进程从中提取数据,数据用完后再将它挂到空缓冲队列队尾。

    当计算进程需要输出数据时,便从空缓冲队列的队首取得一个空缓冲区,作为收容输出工作缓冲区,当其中装满输出数据后,再将它挂到输出队列队尾,当要输出时,由输出进程从输出队列中取得一个装满输出数据的缓冲区,作为提取输出工作缓冲区,当数据提取完后,再将它挂到空缓冲队列的队尾。 

    3.高速缓存与缓冲区的对比

    5.2.4 设备分配与回收

    1.设备分配概述

    设备分配是指根据用户的I/O请求分配所需的设备。

    采用下述三种使用方式的设备分别称为独占设备、共享设备、虚拟设备。

    独占式使用设备:指在申请设备时,若设备空闲,则将其独占,不再允许其他进程申请使用,一直等到该设备释放才允许其他进程申请使用。例如打印机。

    分时式共享使用设备:例如磁盘设备的I/O操作,各进程的每次I/O操作请求可以通过分时来交替进行。

    以SPOOLing方式使用外部设备:实质上是对I/O操作进行批处理。

    2.设备分配的数据结构 

    设备分配依据的主要数据结构有设备控制表(DCT)、控制器控制表(COCT)、通道控制表(CHCT)、系统设备表(SDT)

    整个系统只有一张系统设备表,记录以连接到系统中的所有物理设备的情况,每个物理设备占一个表目。

    一个设备表就表征一个设备,而这个控制表中的表项就是设备的各个属性。

    每个设备都分为机械部件和电子部件两部分,其中负责解析上层传达的命令并控制机械部件运作的是电子部件(控制器),所以每个设备控制表DCT都需要一个表项来表示控制器,即需要一个指向控制器控制表COCT的指针。因此,DCT与COCT有一一对应的关系。

    设备控制器控制设备与内存交换数据,而设备控制器又需要请求通道为它服务,因此每个COCT必定有一个表项存放指向相应CHCT的指针,而一个通道可为多个设备控制器服务,因此CHCT中必定有一个指针指向一个表,这个表上的信息表达的是CHCT提供服务的那几个设备控制器。 CHCT与COCT的关系是一对多的关系。

    3.设备分配的策略

    4.设备分配的安全性

    5.设备逻辑设备名到物理设备名的映射

    设备的独立性是指应用程序独立于具体使用的物理设备。

    为了实现设备独立性,在应用程序中使用逻辑设备名来请求使用某类设备,在系统中设置一张逻辑设备表(Logical Unit Table,LUT),用于将逻辑设备名映射为物理设备名。LUT表项包括逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序入口地址;当进程使用逻辑设备名来请求分配设备时,系统为它分配相应的物理设备,并在LUT中建立一个表项,以后进程再利用逻辑设备名请求I/O操作时,系统通过查找LUT来寻找相应的物理设备名和驱动程序。

    在系统中可采取两种方式建立逻辑设备表:

        1)在整个系统中只设置一张LUT。这样,所有进程的设备分配情况都记录在这张表中,故不允许有相同的逻辑设备名,主要适用于单用户系统。

        2)为每个用户设置一张LUT。当用户登录时,系统便为该用户建立一个进程,同时也为之建立一张LUT,并把该表放入进程的PCB。

    5.3.5 SPOOLing技术(假脱机技术) 

    为了缓和CPU的高速性与I/O设备低速性之间的矛盾,引入了脱机输入/输出技术。

    脱机输入/输出技术: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。

    SPOOLing的意思是外部设备同时联机操作,又称假脱机输入/输出操作,是操作系统中采用的一项将独占设备改进共享设备的技术。

    1. 输入井和输出井

    输入井和输出井是指在磁盘上开辟的两个存储区域。输入井模拟脱机输入时的磁盘,用于收容I/O设备输入的数据。输出井模拟脱机输出时的磁盘,用于收容用户程序的输出数据。

    2.输入缓冲区和输出缓冲区

    输入缓冲区和输出缓冲区是指在内存中开辟的两个缓冲区。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,以后再传送到输出设备。

    3.输入进程和输出进程

    输入进程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,直接将数据从输入井读入内存。输出进程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。

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  • 第五章——I/O管理   5.1 I/O管理概述 5.2 I/O核心子系统 5.3 缓冲区管理

    第五章——I/O管理

     

    5.1 I/O管理概述

    5.2 I/O核心子系统

    5.3 缓冲区管理


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  • I / O核心子系统

    2018-02-27 16:58:03
    ----------------I / O 子系统概述:  由于 I / O 设备种类繁多,功能和传输速率差异巨大,需要多种方法来进行设备控制。...I / O 核心子系统提供的服务主要有:I / O调度 、缓冲和高速缓存、设备分配
  • ????IO核心子系统 ????假脱机技术 学习资源来源: 王道考研 操作系统
  • 5-4-1IO核心子系统

    2020-12-05 09:23:43
    但是408大纲又将假脱机技术归为“I/o核心子系统”的功能,因此考试时还是以大纲为准。 1.I/O调度 I/O调度:用某种算法确定一个好的顺序来处理各个I/O请求。 如:磁盘调度(先来先服务算法、最短寻道优先算法
  • 5.2.1 OS内核的I/O核心子系统及功能

    千次阅读 2020-05-15 22:10:02
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  • 5.2.1 I/O子系统概述 ...I/O核心子系统提供的服务主要有:I/O调度、缓冲与高速缓存、设备分配与回收、假脱机、设备保护和差错处理等。 5.2.2 I/O调度概念 I/O调度就是确定一个好的顺序来执行这些
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