操作系统原理之I/O设备管理(第六章下半部分)

五、I/O软件原理

输入输出软件的总体目标是将软件组织成一种层次结构

  • 低层软件用来屏蔽硬件的具体细节
  • 高层软件则主要是为用户提供一个简洁、规范的界面

设备管理的4个层次:

  • 用户层软件 -》向系统发出I/O请求,显示I/O操作的结果,提供⽤户与设备的接⼝
  • 与设备无关的软件层-》完成设备命名、设备分配、设备独⽴性和缓冲管理等功能
  • 设备驱动程序-》与硬件关系最密切,包括设备服务程序和中断处理程序
  • 中断处理程序(底层)-》

 

设备管理软件的功能:

(1)实现I/O设备的独⽴性
(2)错误处理
(3)异步传输
(4)缓冲管理
(5)设备的分配和释放
(6)实现I/O控制⽅式

中断处理程序

  中断处理程序的作⽤:I/O中断处理程序的作⽤是将发出I/O请求⽽被阻塞的进程唤醒

设备驱动程序:

 

 

 与硬件⽆关的I/O软件:

与设备⽆关的I/O软件的功能如下:

(1)设备命名

(2)设备保护

(3)提供独⽴于设备的块⼤⼩

(4)为块设备和字符设备提供必要的缓冲技术

(5)块设备的存储分配

(6)分配和释放独⽴设备

(7)错误处理

六、 磁盘管理

  • 磁盘存储器容量⼤,存取速度快,⽽且可以实现随机存取,是存放⼤量程序和数据的理想设备;
  • 磁盘管理的重要⽬标是提⾼磁盘空间利⽤率和磁盘访问速度

磁盘结构:

  ⼀个物理记录存储在⼀个扇区上,磁盘存储的物理记录数⽬是由扇区数、磁道数及 磁盘⾯数决定的。

 

 

 

 

 磁盘类型:

  • 固定头磁盘 在每条磁道上都有读/写磁头                       
  • 活动头磁盘 (移动头):每⼀个盘⾯仅配有⼀个磁头

 磁盘访问时间:

 

 

 磁盘调度

  磁盘调度的一个重要目标是使磁盘的平均寻道时间最少

 磁盘调度算法

  • 先来先服务 (First Come First Served, FCFS)
    • 最简单的磁盘调度算法 根据进程请求访问磁盘的先后顺序进⾏调度
    • 优点:公平、简单,且每个进程的请求都能依次得到处理,不会出现某⼀ 进程的请求⻓期得不到满⾜的情况
    • 缺点:平均寻道时间较⻓
    •  
  • 最短寻道时间优先 (Shortest Seek Time First, SSTF)
    • 该算法选择的进程:其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近, 以使每次的寻道时间最短。
    • 优点:每次的寻道时间最短,较之FCFS有更好的寻道性能
    • 缺点:可能导致某个进程发⽣“饥饿”现象
    •  
  • 扫描算法 (SCAN)

    不仅考虑到要访问的磁道与当前磁道的距离,更优先考虑磁头当前的移动⽅向。

    优点:有较好的寻道性能,防⽌“饥饿”现象
    缺点:有时候进程请求被⼤⼤推迟

  • 循环扫描算法 (CSCAN)

    在扫描算法的基础上,规定磁头是单向移动的。将最⼩磁道号紧接着最⼤磁道号构成循环,进⾏循环扫描。

  • NStepSCAN和FSCAN调度算法

    

 

 

    这两种算法可以避免磁臂粘着

  

 

 

 

计算题

假设磁盘有1000个磁道,若磁盘请求是一些随机请求,它们按照到达的次序分别处于 811、 348、153、968、407、580、233、679、801、121磁道。当前磁头在656号 磁道上,并且读写磁头正在向磁道号增加的方向移动。

要求: 1.给出用FCFS算法进行磁盘调度时满足请求的次序,并计算出它们的平均寻道长度。

 

 2.给出用SSTF算法进行磁盘调度时满足请求的次序,并计算出它们的平均寻道长度。

 

 

假设磁盘有1000个磁道,若磁盘请求是一些随机请求,它们按照到达的次序分别处于150、 160、 184、90、58、55、39、38、18磁道。当前磁头100号磁道上,并且读写磁头正在向磁道号增 加的方向移动。

要求: 1.给出用SCAN算法进行磁盘调度时满足请求的次序,并计算出它们的平均寻道长度。

 

 2.给出用CSCAN算法进行磁盘调度时满足请求的次序,并计算出它们的平均寻道长度。

 

 

提⾼磁盘I/O速度的⽅法

 

 为了提高磁盘I/O速度,用来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息的方 法是磁盘高速缓存

 

转载于:https://www.cnblogs.com/jalja/p/11537890.html

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