第十一章 I O裝置和磁碟管理

2021-07-04 13:51:29 字數 3482 閱讀 7443

第十一章 i/o裝置和磁碟管理

11.1 i/o裝置

1. i/o裝置類別

人可讀

機器可讀

通訊2. i/o裝置差異

資料速率

應用 控制的複雜性

傳送單位

資料表示

錯誤條件

3. 執行i/o的三種技術

程式控制i/o

中斷驅動i/o

直接儲存器訪問(dma)

11.2.2 直接儲存器訪問

dma單元能夠模擬處理器,像處理器一樣獲得系統匯流排的控制權,利用系統匯流排與儲存器進行雙向資料傳送。

1. dma技術工作流程:

當處理器想讀或寫一塊資料時,通過向dma模組傳送以下資訊來給dma模組發出一條命令:

請求讀或寫操作的訊號,通過讀寫控制線傳送。

相關的i/o裝置位址,通過資料線傳送。

從儲存器中讀或往儲存器中寫的起始位址,在資料線上傳送,並由dma模組儲存在其位址暫存器中。

讀或寫的字數,通過資料線傳送,並由dma模組儲存在其資料計數暫存器中。

處理器繼續執行其工作;

dma模組直接從儲存器中或往儲存器中傳送整塊資料,一次傳送乙個字;

傳送結束後,dma模組給處理器傳送乙個中斷訊號。

2. dma機制的配置方法

11.3 作業系統設計問題

11.3.1 設計目標

效率

多道程式設計

交換技術

通用性

處理器看待i/o裝置的方式

作業系統管理i/o裝置和i/o操作的方式

11.3.2 i/o功能的邏輯結構

11.4 i/o緩衝

引入緩衝的目的

改善**處理器與外圍裝置之間速度不配的矛盾

提高cpu和i/o裝置的並行性

例:某個使用者程序需要從磁碟中讀入多個資料塊,對磁碟單元執行乙個i/o命令,並等待(忙等或程序掛起)資料傳送完畢。

存在的問題:

程式被掛起,等待相對比較慢的i/o完成。

干擾了作業系統的交換決策。

11.4.4 緩衝的作用

在多道程式設計環境中,當存在多種i/o活動和多種程序活動時,緩衝是提高作業系統效率和單個程序效能的一種方法。

但當程序的平均需求大於i/o裝置的服務能力時,緩衝再多也不能讓i/o裝置與這個程序一直並駕齊驅。

11.5 磁碟排程

11.5.1 磁碟效能引數

尋道時間

將磁頭臂移到指定磁軌所需要的時間。

旋轉延遲

將磁碟的待訪問位址區域旋轉到讀/寫磁頭可訪問的位置所需要的時間。

傳輸時間

讀或寫操作的資料傳輸所需的時間。

11.5.2 磁碟排程策略

題目:有乙個磁碟佇列,其i/o請求順序如下:

98,183,37,122,14,124,65,67

磁頭開始位於53

1、fifo排程

先進先出( fifo ):按請求到來的順序進行服務

優點:比較公平

缺點:通常不能提供最快的服務

fifo:平均尋道長度為640/8=80

2、sstf排程

最短尋道時間優先演算法(sstf)

從當前磁頭位置選擇最短尋道時間的請求,即選擇與當前磁頭位置最近的待處理請求。

優點:較fcfs大大提高了效能

缺點:可能會導致一些請求得不到服務,並不是最佳。

sstf:平均尋道長度為236/8=29.5

3、scan排程

scan演算法又稱電梯演算法

磁臂從磁碟的一端向另一端移動,同時當磁頭移過每個柱面時,處理位於該柱面上的服務請求。當到達另一端時,磁頭改變方向,處理繼續。

需要知道磁頭的當前位置和磁頭移動的方向。

某些請求處理可能不及時。

c-scan :平均尋道長度為322/8=40.25

4.其它磁碟排程方法

n-step-scan

把磁碟請求佇列分成長度為n的子佇列,每一次用scan處理乙個子佇列。在處理某乙個佇列時,新請求必須新增到其他某個佇列中。

fscan

使用兩個子佇列。當掃瞄開始時,所有請求都在乙個佇列中,而另乙個隊列為空。在掃瞄過程中,所有新到的請求都被放入另乙個佇列中。

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