操作系统概念复习资料【11-13章】幻灯片.pptVIP

第13章 I/O 输入系统 明确I/O硬件的相关基本概念（I/O端口、总线、控制器等） 明确I/O处理的三种方式（查询，中断，DMA） 明确I/O内核子系统提供的服务（调度、缓冲、假脱机等等） 明确块设备、字符设备、网络设备区别和统一的访问接口 I/O内核子系统提供的服务 1）I/O调度：当系统有众多I/O请求时，确定一个好的调度顺序，以减少开销。 2）缓冲：缓冲区是用来保存两个设备之间或在设备和应用程序之间所传输数据的内存区域。采用缓冲区有三个理由：a)处理数据流的生产者与消费者之间速度的差异。b)协调传输数据大小不一致的设备。c)支持应用程序I/O的复制语义 3）高速缓存 4）假脱机和设备预留：假脱机可以把专用设备变成共享设备，即一种协调并发输出的方法。 5）错误处理 6）I/O保护 7）内核数据结构 简答题 1.有哪几种I/O控制方式？ 答：查询，中断，DMA,通道，外围处理机 2.设备管理的主要功能和主要任务 答： 主要功能：缓冲管理，设备分配和设备处理，以及虚拟设备等. 主要任务：完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备；提高CPU和I/O设备的利用率；提高I/O速度；以及方便用户使用I/O设备. ● 缓冲管理：提高CPU的利用率进而提高系统的吞吐量 ● 设备分配：根据用户进程的I/O请求、系统的现有资源以及按照某种设备的分配策略，为之分配其所需的设备 ● 设备处理：用于实现CPU和设备控制器之间的通信 3. 设备分配时应考虑的因素 答：设备的固定属性、设备分配算法、设备分配时的安全性、设备独立性 （1）设备的固有属性有3种：独占性：设备在一段时间内只允许一个进程独占，eg：临界资源 共享性：设备允许多个进程同时共享 可虚拟设备：设备本身随时独占设备，但经过某种技术处理，可以把它改造成虚拟设备（2）设备分配算法：先来先服务、优先级高者优先（3）设备分配中的安全性：安全分配方式、不安全分配方式 4. 为什么引入缓冲（目的是什么？） 答：在设备管理中，引入缓冲区的主要原因可归结为以下几点： （1） 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾 （2） 协调处理数据大小不一致的设备 （3）支持应用程序I/O的复制语义（CPU与I/O的并行性） 综合分析计算题 从53号磁道开始有8个进程先后提出磁盘I/O请求时，试分析分别按照本章所讲的前四种磁盘调度算法进行调度时，平均寻道距离：98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 FCFS算法 SSTF算法 SCAN算法(向小地址移动) SCAN算法(向大地址移动) （1）FCFS磁盘调度算法 （2）最短寻道时间优先(SSTF) 被访问的下一个磁道号 移动距离（磁道数） 98 45 183 85 37 146 122 85 14 108 124 110 65 59 67 2 平均寻道长度：640/8 平均寻道距离：640/8 被访问的下一个磁道号 移动距离（磁道数） 65 12 67 2 37 30 14 23 98 84 122 24 124 2 183 59 平均寻道长度：236/8 寻道顺序：65,67,37,14,98,122,124，183 平均寻道距离：236/8 （3）扫描调度算法SCAN（电梯调度算法） 假定磁头从53号磁道向磁道号减小方向移动。 假定磁头从53号磁道向磁道号增大方向移动 被访问的下一个磁道号 移动距离（磁道数） 37 16 14 23 65 51 67 2 98 31 122 24 124 2 183 59 平均寻道长度：208/8 被访问的下一个磁道号 移动距离（磁道数） 65 12 67 2 98 31 122 24 124 2 183 59 37 146 14 23 平均寻道长度：299/8 2. 假设计算机系统采用CLOOK磁盘调度策略,使用2KB的内存空间记录16384个磁盘的空闲状态 (1)请说明在上述条件如何进行磁盘块空闲状态的管理。(2)设某单面磁盘的旋转速度为每分钟6000转，每个磁道有100个扇区，相临磁道间的平均移动的时间为1ms.若在某时刻，磁头位于100号磁道处，并沿着磁道号增大的方向移动,磁道号的请求队列为50，90，30，120对请求队列中的每个磁道需读取1个随机分布的扇区，则读完这个扇区点共需要多少时间？需要给出计算过程。 寻道时间+等待时间+读取时间 解答： （1）2KB = 2*1024*8bit = 16384bit。因此可以使用位图法进行磁盘块空闲状态管理，每1bit表示一个磁盘块是否空闲。 （2）每分钟6000转，转一圈的时间为0.01s，通过一个扇区的时间为0.0001s。 根据CSCAN算法，被访问的磁道号顺序为100 à120 à 30à 50 à