22 设备分配

2017-06-16 本文已影响129人 saviochen

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。分配的总原则是充分发挥设备的使用效率，尽可能地让设备忙碌，又要避免由于不合理的分配方法造成进程死锁。

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)和系统设备表(SDT)，各数据结构功能如下：

设备控制表DCT：系统为每一个设备配置一张DCT，如图所示。它用于记录设备的特性以及与I/O控制器连接的情况。

控制器控制表COCT：每个控制器都配有一张COCT，如图a所示。它反映设备控制器的使用状态以及和通道的连接情况等。

通道控制表CHCT：每个通道配有一张CHCT，如图b所示。

系统设备表SDT：整个系统只有一张SDT，如图c所示。它记录已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。

3 设备分配应考虑的因素

由于在多道程序系统中，进程数多于资源数，会引起资源的竞争。因此，要有一套合理的分配原则，主要考虑的因素有：I/O设备的固有属性，I/O设备的分配算法，设备分配的安全性以及设备独立性。

3.1 I/O设备的固有属性

从设备的特性来看，釆用下述三种使用方式的设备分别称为独占设备、共享设备和虚拟设备三类。

3.2 I/O设备分配的策略

设备分配应根据设备特性、用户要求和系统配置情况。分配的总原则既要充分发挥设备的使用效率，又要避免造成进程死锁，还要将用户程序和具体设备隔离开。

设备分配方式：设备分配方式有静态分配和动态分配两种。

静态分配

静态分配主要用于对独占设备的分配，它在用户作业开始执行前，由系统一次性分配该作业所要求的全部设备、控制器（和通道）。一旦分配后，一直为该作业所占用，直到该作业被撤销。静态分配方式不会出现死锁，但设备的使用效率低。因此，静态分配方式不符合分配的总原则。

动态分配

动态分配是在进程执行过程中根据执行需要进行。当进程需要设备时，通过系统调用命令向系统提出设备请求，由系统按照事先规定的策略给进程分配所需要的设备、I/O控制器，一旦用完之后，便立即释放。动态分配方式有利于提高设备的利用率，但如果分配算法使用不当，则有可能造成进程死锁。

对于独占设备，既可以釆用动态分配方式也可以静态分配方式，往往釆用静态分配方式，即在作业执行前，将作业所要用的这一类设备分配给它。

共享设备可被多个进程所共享，一般采用动态分配方式，但在每个I/O传输的单位时间内只被一个进程所占有，通常釆用先请求先分配和优先级高者先分的分配算法。

3.3 设备分配的安全性

设备分配的安全性是指设备分配中应防止发生进程死锁。

安全分配方式
每当进程发出I/O请求后便进入阻塞状态，直到其I/O操作完成时才被唤醒。由于摒弃了“请求和保持”条件，该设备分配方式是安全的；缺点是CPU和I/O设备是串行工作的。
不安全分配方式
进程在发出I/O请求后继续运行，需要时又发出多个I/O请求。仅当进程所请求的设备已被另一进程占用时，才进入阻塞状态。优点是一个进程可同时操作多个设备，从而使进程推进迅速；缺点是这种设备分配有可能产生死锁。

3.4 逻辑设备名到物理设备名的映射

为了提高设备分配的灵活性和设备的利用率、方便实现I/O重定向，需要引入了设备独立性。

4 SPOOLing技术

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

当系统引入多道程序技术后，完全可以利用其中一道程序，来模拟技术时的外围控制机功能，把低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上，再用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，把数据从磁盘传送到低速设备上。此技术称为SPOOLing技术（假脱机技术）。

4.1 输入井和输出井

在磁盘上开辟出的两个存储区域。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。

4.2 输入缓冲区和输出缓冲区

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。

4.3 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并，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。

4.4 共享打印机

共享打印机是SPOOLing技术的一个实例，这项技术已被广泛地用于多用户系统和局域网络中。

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请一个空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中。
输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，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。