“操作系统”课件第7章设备管理.ppt

第7章 设备管理 7.1 I/O 设备管理概述 I/O硬件组成 I/O设备 设备控制器 设备控制器的组成 设备通道 通道的类型 通道的连接方式 7.2 I/O控制方式 程序直接控制方式 中断驱动方式 DMA控制方式 DMA控制器的组成 DMA工作过程 通道方式 7.3 I/O系统 I/O系统层次结构 设备分配考虑因素 设备的独立性 逻辑设备表（Logical Unit Table，LUT） 设备分配用数据结构 设备分配程序 SPOOLing技术——Simultanczus Periphernal Operations On -Line 用SPOOLing技术共享打印机 设备驱动程序 中断 中断优先级 中断处理过程 7.4 磁盘管理 磁盘性能 磁盘结构和管理 磁盘的格式化（低级格式化） 磁盘的类型 磁盘的访问 如何减少磁盘的访问时间 独立磁盘冗余阵列 廉价磁盘冗余阵列RAID0 廉价磁盘冗余阵列RAID1 廉价磁盘冗余阵列RAID3 廉价磁盘冗余阵列RAID5 廉价磁盘冗余阵列RAID6 RAID的优点 7.5缓冲管理 缓冲的设置 单缓冲 双缓冲 循环缓冲 缓冲池 缓冲池 缓冲池管理的两个过程GetBuf和PutBuf 缓冲池管理的工作方式 磁盘高速缓存 提高磁盘Ｉ／Ｏ速度的其他方法 影响磁盘性能的因素： 数据的结构 磁盘的类型 磁盘访问时间 一个磁盘含多个盘片。 每个盘片含两面。 每面含若干个磁道。 每条磁道上存储相同数目的二进制位。 每条磁道又分成若干个扇区，一个扇区相当于一个盘块。 盘片旋转，当磁头位于某个磁道、某个扇区下时，就可将该扇区的内容读出或写入。 例一个磁道分成300个固定大小的扇区，每个扇区的容量为600个字节，其中512个字节存放数据，88个字节存放控制信息。 固定头磁盘 每条磁道上都有一个读/写磁头（大容量磁盘） 移动头磁盘 每个盘面仅配一个读/写磁头。即微机上用的硬盘（也叫温切斯特硬盘）、软盘。 寻道时间Ts：磁头从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间。 (s:启动磁盘时间、m:常数=0.3、n:磁道数) Ts：随寻道距离的增大而增大，约10ms 旋转延迟时间Tr：磁头找到指定的扇区所经历的时间。 硬盘Tr=3ms 软盘100ms 传输时间Tt：数据从磁盘读出，或向磁盘写入数据所经历的时间。 (r:磁盘旋转速度 N:一条磁道上的字节数 b:每次读写的字节数) 磁盘访问时间 例2：磁盘的寻道时间为10ms，旋转时间为10000r/min，每个磁道有320个扇区，每个扇区512个字节，假设读取一个包含2560个扇区的文件，文件的大小是1.3MB现在估计磁盘的访问时间。 (1)若数据顺序组织：读第一个磁道的时间如下： Ts+Tr+Tt (读320个扇区时间) =10ms+3ms +6ms = 19ms 如果在读其余的磁道时，不需寻道，后面每个磁道的读取时间是3+6=9ms， 读取整个文件总时间=19+7*9=82ms=0.082s (2)如果采用随机访问，也就是说，访问随机分布在磁盘上的扇区。对于每个扇区的访问时间为： Ts+Tr+Tt (读一个扇区时间) =10ms+3ms+0.01875ms= 13.01875ms, 读取整个文件总时间=2560*13.01875=33328ms=33.328s 例1：设Ts+Tr=13ms,磁道的传输速度为1KB/s， 要传输1K字节，则Ta=13+1=14ms; 要传输10K字节，则Ta=13+10=23ms 结论1：适当集中数据传送，有利于提高传输速率。 结论2：减少磁盘访问时间的途径之二：数据尽可能顺序组织 磁盘调度算法—— FCFS：先来先服务 优点：公平、简单。 缺点：未对寻道进行优化，平均寻道时间较长。 SSTF先满足寻道时间短的进程。 优点：对寻道优化 缺点：“饥饿”现象发生 FCFS和SSTF 磁盘调度算法—— SCAN算法： 对SSTF算法进行改造，不仅考虑要访问的磁道与当前磁盘的距离，更优先考虑磁头的当前移动方向。因该算法中磁头的移动规律颇似电梯的运行，故称“电梯调度算法”。 循环扫描CSCAN： 对SCAN进行改造，解决进程严重延迟现象。 内 外 内 外 扫描算法 磁盘调度算法—— SCAN和CSCAN 磁盘调度算法—— N-step-SCAN 对于SSTF、SCAN、CSCAN均有可能出现磁头在某处停留不动的情况（如进程对某道的访问频率高）——称为磁臂粘着现象。 N-step-SCAN算法将磁盘请求队列分成若干个长度为N的子队列，用FCFS依此处理这些子队列。在每个队列中用SCAN。 N越大（一个进程一队）——SCAN