操作系统 第11章 IO管理和磁盘调度 - 副本.ppt

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1、1第11章I/O管理和磁盘调度主要内容11.1I/O设备11.2I/O功能的组织11.3操作系统设计问题11.4I/O缓冲11.5磁盘调度11.6RAID11.7磁盘高速缓存11.8UNIXSVR4操作系统的I/O（自学）11.9Linux操作系统的I/O（自学）11.10Windows操作系统的I/O（自学）211.1I/O设备I/O设备类别人可读机器可读通信I/O设备差异数据速率应用控制的复杂性传送单位数据表示错误条件311.2I/O功能的组织执行I/O的三种技术程序控制I/O中断驱动I/O直接存储器访问（DMA）411.2.1I/O功能的发展处理

2、器直接控制外围设备。增加了处理器或I/O模块，处理器使用非中断的程序控制I/O。配置同2，但采用了中断方式。I/O模块通过DMA直接控制存储器。I/O模块具有一个单独的处理器，有专门为I/O设计的指令集。I/O模块有自己的局部存储器，其本身就是一台计算机。511.2.2直接存储器访问DMA单元能够模拟处理器，像处理器一样获得系统总线的控制权，利用系统总线与存储器进行双向数据传送。数据计数数据寄存器地址寄存器控制逻辑DMA请求DMA确认中断读写地址线数据线6DMA技术工作流程当处理器想读或写一块数据时，通过向DMA模块发送以下信息来给DMA模块发出一条命

3、令：请求读或写操作的信号，通过读写控制线发送。相关的I/O设备地址，通过数据线发送。从存储器中读或往存储器中写的起始地址，在数据线上传送，并由DMA模块保存在其地址寄存器中。读或写的字数，通过数据线传送，并由DMA模块保存在其数据计数寄存器中。处理器继续执行其工作；DMA模块直接从存储器中或往存储器中传送整块数据，一次传送一个字；传送结束后，DMA模块给处理器发送一个中断信号。7DMA机制的配置方法8911.3操作系统设计问题11.3.1设计目标效率多道程序设计交换技术通用性处理器看待I/O设备的方式操作系统管理I/O设备和I/O操作的方式1011.3

4、.2I/O功能的逻辑结构用户进程硬件(a)逻辑外部设备逻辑I/O设备I/O调度和控制用户进程硬件(b)通信端口通信结构设备I/O调度和控制用户进程硬件(c)文件系统调度和控制设备I/O物理组织文件系统目录管理1111.4I/O缓冲引入缓冲的目的改善中央处理器与外围设备之间速度不配的矛盾提高CPU和I/O设备的并行性例：某个用户进程需要从磁盘中读入多个数据块，对磁盘单元执行一个I/O命令，并等待（忙等或进程挂起）数据传送完毕。存在的问题：程序被挂起，等待相对比较慢的I/O完成。干扰了操作系统的交换决策。1211.4.1单缓冲1311.4.2双缓冲1411

5、.4.3循环缓冲1511.4.4缓冲的作用在多道程序设计环境中，当存在多种I/O活动和多种进程活动时，缓冲是提高操作系统效率和单个进程性能的一种方法。但当进程的平均需求大于I/O设备的服务能力时，缓冲再多也不能让I/O设备与这个进程一直并驾齐驱。1611.5磁盘调度1711.5.1磁盘性能参数寻道时间将磁头臂移到指定磁道所需要的时间。旋转延迟将磁盘的待访问地址区域旋转到读/写磁头可访问的位置所需要的时间。传输时间读或写操作的数据传输所需的时间。传输时间要传送的字节数旋转速度一个磁道中的字节数平均存取时间平均寻道时间18时序比较磁盘平均寻道时间：4ms，

6、转速：7500rpm，每个磁道500个扇区，每个扇区512字节。读取文件：包含2500个扇区，大小为1.28M。文件顺序组织文件占据了5个相邻磁道的中的所有扇区。19顺序访问读第一个磁道的时间平均寻道：4ms旋转延迟：4ms读取500个扇区：8ms读取其余磁道的时间4+8=12ms读取整个文件总的时间（4+4+8）+12*4=64ms20随机访问对于每个扇区平均寻道：4ms旋转延迟：4ms读1个扇区：0.016ms读取整个文件总的时间（4+4+0.016）×2500=20040ms从磁盘读扇区的顺序对I/O的性能有很大的影响。2111.5.2磁盘调度策

7、略FCFSSSTFSCANC-SCANLOOKC-LOOK221、FCFS调度先来先服务（FCFS）：按请求到来的顺序进行服务优点：比较公平缺点：通常不能提供最快的服务有一个磁盘队列，其I/O请求顺序如下：98，183，37，122，14，124，65，67磁头开始位于5323FCFS：平均寻道长度为640/8=80242、SSTF调度最短寻道时间优先算法（SSTF）从当前磁头位置选择最短寻道时间的请求，即选择与当前磁头位置最近的待处理请求。优点：较FCFS大大提高了性能缺点：可能会导致一些请求得不到服务，并不是最佳。有一个磁盘队列，其I/O请求顺序如

8、下：98，183，37，122，14，124，65，67磁头开始位于5325SSTF：平均寻道