计算机中级-数据库系统工程师-操作系统-设备管理

一、设备管理1. 考点核心考点设备管理主要包含三个考点I/O设备管理软件、Spooling技术和磁盘调度算法2. 设备管理的概述自学内容包括设备的分类、设备管理的目标与任务建议直接阅读教材相关内容3. I/O设备管理软件1设备管理的目标核心目标提高设备利用率即提高CPU与I/O设备之间的并行操作速度用户界面为用户提供方便、统一的硬件操作界面矛盾解决缓和快速CPU与慢速I/O设备之间的速度差异如键盘输入、打印机输出等2I/O设备管理软件的层次分层思想采用分层构造思想将管理软件组织为多个层次四层结构中断处理程序处理硬件中断请求设备驱动程序直接与硬件交互如键盘驱动、U盘驱动等设备无关软件系统软件层不直接操作硬件用户级软件应用软件层如QQ等用户程序协作关系各层之间既相互独立又彼此协作例题IO请求过程示例请求流程用户进程获取数据后转为就绪态磁盘操作完成后产生中断中断处理程序唤醒用户进程用户进程转为阻塞状态等待磁盘操作完成缓存未命中则调用设备驱动程序向硬件发出请求用户进程需要读取硬盘数据时设备无关软件先检查高速缓存状态转换展示了进程从运行→阻塞→就绪的状态变化过程硬件交互只有设备驱动程序和中断处理程序能直接操作硬件4. 设备管理采用的相关技术技术分类包括通道技术、DMA技术、缓冲技术和Spooling技术1Spooling技术目的核心目的缓和CPU高速性与I/O设备低速性之间的矛盾类比说明类似工厂流水线中设置缓冲区解决工人速度差异问题原理双程序机制缓输出程序将磁盘输出井数据→输出缓冲区→输出设备预输入程序将输入设备数据→输入缓冲区→磁盘输入井工作流程CPU只需访问高速磁盘输入井/输出井输入输出操作与CPU处理并行进行虚拟设备用户看似直接操作设备实际是与输入输出井交互特点效率提升提高I/O速度提高CPU利用率资源共享实现设备共享如办公室共享打印机虚拟化单个物理设备可为多个用户提供虚拟设备服务5. 磁盘调度算法基本概念磁盘调度分为移臂调度和旋转调度两类先进行移臂调度再进行旋转调度。目标是使磁盘的平均寻道时间最少。时间组成读取磁盘数据的时间寻道时间旋转延迟数据传输时间。寻道时间指找到数据块所在磁道的时间旋转延迟是磁盘旋转到目标位置的时间数据传输时间是读取并传送数据的时间。1移臂调度算法先来先服务调度原则根据进程请求的先后次序进行调度类似排队机制。优点保证所有进程的请求都能得到响应不会出现长时间等待。缺点平均寻道时间可能很长。例如进程A访问0磁道进程B访问12磁道进程C又访问0磁道磁头需要来回移动导致效率低下。最短寻道时间优先调度原则选择访问的磁道与当前磁头所在磁道距离最近的请求。特点每次寻道时间最短但不考虑公平性。例如当前在0磁道有请求访问1磁道和12磁道优先响应1磁道的请求。扫描算法调度原则类似电梯调度不仅考虑磁道距离更优先考虑磁头当前移动方向。示例磁头从外向内移动时即使2磁道比7磁道更近也会优先响应7磁道的请求再返回处理2磁道。问题可能导致刚经过的磁道请求需要等待很长时间类似电梯刚过楼层。单向扫描调度算法改进点在扫描算法基础上规定磁头只做单向移动避免来回扫描。优势解决扫描算法中请求等待时间不均衡的问题。2旋转调度算法不同扇区处理若请求访问不同编号的扇区总是让首先到达磁头位置的扇区先进行读写。相同扇区处理若请求访问相同编号的扇区无论是否同磁道可任选一个扇区进行读写。