計算機操作系統第五章設備管理本章目錄5.1I/O系統5.2I/O控制方式5.3緩沖管理5.4I/O軟件5.5設備分配5.6磁盤存儲器的管理基本知識點總結常見考試知識點分析實戰練習重要問題課后練習題及答案重點難點分析典型問題分析2009年2個選擇題

2010年1個綜合應用題(結合第四章)

2011年2個選擇題

2012年2個選擇題

2013年2個選擇題

2014年無輸入輸出管理這一章是非重點。需要注意的地方是五種I/O控制方式和它們之間的對比，SPOOLING技術以及緩沖策略。可能的選擇題點包括I/O設備的分類，通道的分類，I/O管理的目標與功能，應用結構，控制方式，I/O調度的相關概念，設備獨立性相關的概念和原理，容錯技術等。進程I/請求(系統調用，邏輯設備名)→無關性(獨立性)軟件具體化→具體的物理設備(類型名，物理名，LUT)→分配程序(三層，四層I/O體系結構，緩沖)→設備處理程序(驅動程序，產生具體的操作序列,通道程序)→中斷處理程序(喚醒進程)5.1I/O系統總線型體系結構：主機（CPU和內存）→設備控制器→設備，三層結構兩級控制引入通道后的體系結構：主機（CPU和內存）→通道→設備控制器→設備，四層結構三級控制操作系統設備管理功能的總體結構,分為兩層：設備無關層(獨立層)和設備相關層(驅動層)進一步劃分為：設備中斷處理程序設備驅動程序與設備無關的操作系統軟件用戶級軟件(用戶空間的I/O軟件)設備管理的目標和功能目標：（1）按用戶需求提出的要求接入外部設備，系統按一定算法分配和管理控制，而用戶不必關心設備的實際地址和控制指令（2）盡量提高輸入輸出設備的利用率，例如，發揮主機與外設以及外設與外設之間的真正并行工作能力。功能（1）分配設備：按設備的不同類型和操作系統選設備的算法分配。包括分配相應的通道、設備控制器以及對未分配到的任務或作業進行排隊等。（2）控制和實現真正的輸入輸出操作。包括通道程序控制、啟動設備、及時響應及處理中斷訊號等。（3）對輸入輸出緩沖區進行管理。例如，邏輯名的管理，多個緩沖區的分時以及串并行操作，同類多個外部設備的工作，避免“忙的忙”和“閑的閑”。（4）在一些較大系統中實現虛擬設備技術。I/O系統的層次以及每一層的主要功能層次功能用戶層軟件（進程）產生I/O請求，對I/O進行格式化，假脫機。將二進制整數置換成ASCII碼以便打印與設備無關的軟件命名，保護，分塊，緩沖，分配。檢查用戶是否有權使用設備設備驅動程序設置設備寄存器，檢查狀態,為磁盤進行讀操作，計算磁道、扇區、磁頭中斷處理程序當I/O完成時喚醒驅動程序硬件執行I/O操作2009年9、程序員利用系統調用打開I/O設備時，通常使用的設備標識是(Ａ)A邏輯設備名B物理設備名

C主設備號D從設備號2011年26、用戶程序發出磁盤I/O請求后，系統的正確處理流程是A用戶程序→系統調用處理程序→中斷處理程序→設備驅動程序B用戶程序→系統調用處理程序→設備驅動程序→中斷處理程序C用戶程序→設備驅動程序→系統調用處理程序→中斷處理程序D用戶程序→設備驅動程序→中斷處理程序→系統調用處理程序2013年25、用戶程序發出磁盤I/O請求后，系統的處理流程是：用戶程序→系統調用處理程序→設備驅動程序→中斷處理程序。其中，計算數據所在磁盤的柱面號、磁頭號、扇區號的程序是A用戶程序B系統調用處理程序C

設備驅動程序D中斷處理程序I/O軟件的設計目標和原則總體設計目標是高效率和通用性。前者是確保設備與CPU的并發性，后者盡可能地提供簡單抽象、清晰而統一的接口，采用統一標準的方法，來管理所有的設備以及所需的I/O操作。（１）設備無關性，訪問文件數據的程序，與具體的物理設備無關（２）出錯處理：數據傳輸過程中出現的錯誤盡可能靠近硬件的地方處理。（３）同步/異步傳輸：CPU并行工作，為異步。阻塞方式，稱為同步。（４）緩沖技術：需要理解并掌握的問題設備類型通道類型：什么類型的通道可以連接什么類型的設備，通道程序四種數據傳送控制方式緩沖池下的四種工作模式SPOOLing技術磁盤調度算法1.I/O設備

(1)I/O設備的類型按設備的操作特性（或按用途）:存儲設備和輸入/輸出設備按傳輸速率分類:低速設備、中速設備和高速設備按信息交換的單位分類：塊設備和字符設備。按設備的共享屬性（或按資源分配角度）分類：獨占設備（所有字符型設備有磁帶機）、共享設備（除磁帶機以外的所有塊設備）和虛擬設備。按設備的使用方式：輸入設備、輸出設備、輸入/輸出設備按設備的從屬關系：系統設備和用戶設備輸入輸出型設備包括：（1）人-機輸入輸出設備：鍵盤、掃描儀、打印機、繪圖儀、數碼相機等（2）機-機輸入輸出型設備（通信設備）：網卡、調制解調器存儲型設備：磁帶機、磁盤機、光盤機等（2）設備與控制器之間的接口：三類信號線數據信號線、控制信號線和狀態信號線2、設備控制器（1）設備控制器的基本功能接收和識別命令、數據交換、標識和報告設備的狀態、地址識別、數據緩沖、差錯控制。（2）設備控制器的組成設備控制器與處理機的接口、設備控制器與設備的接口、I/O邏輯。3、I/O通道（1）引入（2）通道類型：字節多路通道、數組選擇通道、數組多路通道。注意：哪種類型的通道可以連接哪種類型的設備。（3）瓶頸問題：4、總線系統（1）ISA（16位）：80286連接12臺設備，傳輸速率16MB/S（2）EISA（32位）：連接12臺設備，速率32MB/S（3）VESA（32位）：專為486，不能支持Pentium，速率132（4）PCI（64位）：連接10臺，速率5125.2I/O控制方式1、程序I/O方式(探詢，polling或輪詢)：以字符為單位，缺點：忙等待，串行2、中斷驅動I/O控制方式：以字符為單位，會造成數據丟失。

中斷是指計算機系統內發生了某一急需處理的事件，使得CPU暫時中止當前正在執行的程序而轉去執行相應的事件處理程序，待處理完畢后又返回到原來被中斷處繼續執行。中斷類型(1)硬件故障中斷：因機器發生故障而產生的中斷，用以反映硬件故障，以便進入診斷程序。如：電源故障、內存取數據錯誤等。(2)輸入輸出中斷：由輸入輸出設備引起的中斷，用以反映通道或外部設備的工作狀態。它是當外部設備或通道操作正常結束或發生錯誤時所發生的中斷。例如：打印機打印完成、缺紙，讀磁盤時相應驅動器中沒有磁盤等。。(3)外中斷。由CPU外部的非通道式裝置引起的中斷，用以反映外部的要求。如：時鐘中斷、操作員控制臺中斷等。(4)程序性中斷。因程序中錯誤使用指令或數據引起的中斷，用以反映程序執行過程中發生的異常情況。如：地址錯、非法操作、定點運算溢出等。(5)訪管中斷。由于程序執行了訪管指令(系統調用)而產生的中斷，用以反映用戶程序請求操作系統為其完成某項工作。3、DMA控制方式：以數據塊為單位微機系統中

DMA控制器的組成：CR、MAR、DR、DCDMA工作過程：(1)CPU將指令發送到DMA，包括：內存起始地址和傳輸數量（2）將操作碼發送到CR以啟動控制器，DMA控制器將其忙碌寄存器(busy)置位，不在接受新的命令。CPU可并行其他操作（3）DMA控制器與設備交往，將數據由緩沖區送到設備或由設備送到緩沖區（4）DMA控制器將緩沖區內在復制到內存空間或由內存空間復制到緩沖區（5）計數器減1,若結果非0,返回（3）繼續，否則轉（6）（6）傳輸結束時，DMA復位忙碌寄存器，并向CPU發送中斷請求（7）CPU讀入并檢測DMA狀態寄存器，以確認操作是否成功。4、I/O通道控制方式：以數據塊組為單位，大型或中小型計算機系統中。與主機共享內存：保存通道程序，保存交換數據。通道程序：問題：輸入/輸出操作：是指主存與外圍設備之間的信息傳送操作。單位分別是什么？操作PＲ計數內存地址WriteWriteWriteWriteWriteWrite00000100110180140603002502508131034583020001850720例：試說明I/O控制發展的主要推動因素解：（1）力圖減少CPU對I/O設備的干預，把CPU從繁雜的I/O控制中解脫出來，以充分發揮CPU數據處理的能力。（2）緩沖CPU的高速性和I/O設備的低速性之間速度不匹配的矛盾，以提高CPU的利用率和系統的吞吐量。（3）提高CPU和I/O設備操作的并行程序。例：I/O控制可用那幾種方式實現？各有何優缺點？（清華大學2001年研究生試題）解：程序直接控制方式的優點：實現方法簡單。缺點：耗費大量的CPU時間和無法檢測發現設備或其他硬件產生的錯誤，而且設備和CPU、設備和設備只能用串行工作。中斷控制方式的優點：能夠檢測發現設備或其他硬件產生的錯誤，能夠并行工作。缺點：中斷次數多，CPU仍需要花較多的時間處理中斷，能夠并行操作的設備臺數也受到中斷處理時間的限制，中斷次數數據增多導致數據丟失。DMA方式的優點：減少了CPU的工作負擔因為采用了外設和內存直接交換數據的方式。缺點：一段數據傳送結束時需中斷處理，增加了硬件開銷。通道方式的優點：減輕了CPU的工作負擔。缺點：增加了硬件開銷，一段數據傳送結束時需中斷處理，要進行通道程序設計。5.3緩沖管理1、引入：（1）緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾。（2）減少對CPU的中斷頻率（3）提高CPU和I/O設備之間的并行性。實現方式：硬件緩沖區和軟件緩沖根據緩沖區的數目和使用方式，分成以下幾種方式：2、單緩沖：所花時間：max(c,t)+m3、雙緩沖（緩沖對換）:mac(c,t)，如果c<t，可使塊設備連續輸入；如果c>t,可使處理機連續計算用戶工作區緩沖區用戶進程操作系統傳送M輸入TI/O設備單緩沖Max(C,T)+M處理C用戶進程操作系統傳送輸入I/O設備雙緩沖用雙緩沖時，系統處理一塊數據的時間可以粗略地認為是Max(C,T)，如果C<T，可使塊設備連續輸入，如果C>T，則可使CPU不必等待設備輸入。對于字符設備，若采用行輸入方式，則采用雙緩沖通常能消除用戶的等待時間，即用戶輸入完第一行之后，在CPU執行第一行中的命令時，用戶可繼續向第二緩沖區輸入下一行數據。2011年31、某文件占10個磁盤塊，現要把該文件磁盤塊逐個讀入主存緩沖區，并送用戶區進行分析，假設一個緩沖區與一個磁盤塊大小相同，把一個磁盤塊讀入緩沖區的時間為100us，將緩沖區的數據傳送到用戶區的時間是50us，CPU對一塊數據進行分析的時間為50us。在單緩沖區和雙緩沖區結構下，讀入并分析完該文件時間分別是A1500us、1000usB1550us、1100usC1550us、1550usD2000us、2000us2013年27、設系統緩沖區和用戶工作區均采用單緩沖，從外設讀入1個數據塊到系統緩沖區的時間為100，從系統緩沖區讀入1個數據塊到用戶工作區的時間為5，對用戶工作區中的1個數據塊進行分析的時間為90。進程從外設讀入并分析2個數據塊的最短時間是A200B295C300D390用戶工作區系統緩沖區外設1005904、循環緩沖：CPU速度遠快于外設速度。用于特定的I/O進程和計算進程。（1）循環緩沖的組成：多個緩沖區、多個指針（2）循環緩沖區的使用：Getbuf過程、Releasebuf過程（3）進程同步：Nexti追趕上Nextg、反之。5、緩沖池：屬于操作系統空間的，用戶程序不能直接對其進行操作（1）緩沖池的組成：空緩沖隊列、輸入隊列、輸出隊列。（2）Getbuf、Putbuf：要互斥（3）緩沖區的工作方式：收容輸入、提取輸入、收容輸出、提取輸出。

procedureGetbuf(type)beginWait(RS(type));Wait(MS(type));B(number):=Takebuf(type);Signal(MS(type));end

ProcedurePutbuf(type,number)beginWait(MS(type));

Addbuf(type,number);Signal(MS(type));Signal(RS(type));end什么是緩沖？為什么要引入緩沖？解：緩沖就是暫存數據。I/O的外部設備一般因含有機電部件，特別是機械部件，速度較慢，而主機的CPU和內存是純電子部件，速度較快，兩者傳輸工作極不協調。在不同時刻，系統中各部件的并行程序仍不能得到充分發揮。為了減少中斷次數和中斷處理時間，在設備管理中引入緩沖技術。5.4I/O軟件1、I/O軟件的設計目標和原則：高效性和通用性，前者確保外設和CPU的并行，提高資源的利用率，后者提供簡單抽象、清晰而統一的接口，采用統一的標準的方法，來管理所有設備及I/O操作。目標：

1）與具體設備無關

2）統一命名

3）對錯誤的處理

4）緩沖技術

5）設備的分配和釋放

6）I/O控制方式四個層次（1）用戶層軟件：實現與用戶程序鏈接在一起的Ｉ/O庫函數，以及在操作系統核心外運行的程序（如Ｓpooling系統的守護進程）（2）設備獨立性軟件：負責實現適用于所有設備的公用操作，并向用戶層軟件提供一個統一的接口。實現與設備驅動器的統一接口（3）設備驅動程序：與硬件直接相關，負責具體實現系統對設備發出的操作命令，驅動I/O設備工作的驅動程序。（4）中斷處理程序：當ＣＰＵ接收到因I/O操作結束而發出的Ｉ/O中斷時，ＣＰＵ將轉入相應的中斷處理程序進行I/O善后處理。2、中斷處理程序：進行進程上下文的切換、對處理中斷信號源進行測試、讀取設備狀態和修改進程狀態。

1)檢查本次I/O的執行結果：讀取設備控制器的狀態寄存器。

2）喚醒被阻塞的驅動進程

3）保護被中斷進程的CPU環境

4）轉入相應的設備處理程序

5）中斷處理

6）恢復被中斷進程的現場:包括第N+1條指令的地址、處理機狀態字PSW、通用寄存器和段寄存器的內容。3、設備驅動程序：設備處理程序，是I/O進程與設備控制器之間的通信程序，以進程形式存在，其主要任務接收上層軟件發來的抽象I/O要求，轉換為具體要求，發送給設備控制器，啟動設備去執行，也將設備控制器發來的信號傳送給上層軟件。1）功能：接收命令（將抽象要求轉換成具體要求）、檢查請求的合法性，讀出和檢查設備的狀態，傳送必要的參數，工作方式的設置，發出I/O命令啟動I/O設備，響應控制器的中斷請求，自動構成通道程序。2）設備處理方式：為每類設備設置一個進程、整個系統設置一個進程、只為各類設備設置設備處理程序。3）特點：驅動程序不允許系統調用，可重入，與硬件相關等。4）處理過程：（1）將抽象要求轉換為具體要求（2）檢查I/O請求的合法性（3）讀出和檢查設備的狀態（4）傳送必要的參數（5）工作方式的設置（6）啟動I/O設備4、設備獨立性軟件：應用程序獨立于具體使用的物理設備。邏輯設備和物理設備1）引入的優點：設備分配時的靈活性、易于實現I/O重定向。2）設備獨立性軟件的功能：執行所有設備的公有操作(獨立設備的分配和回收、邏輯設備到物理設備的映射、設備的保護、緩沖管理、差錯控制等)和向用戶層軟件提供統一接口。3）設備邏輯名到物理設備名映射的實現（1）邏輯設備表LUT：每個表目包含了邏輯設備名、物理設備名和設備驅動程序入口地址三項。（2）LUT的設置5、用戶層的I/O軟件：包括與用戶程序鏈接在一起的I/O庫函數，以及完全運行于內核之外的一些程序(Spooling系統及網絡傳輸文件時常使用的守護進程)。5.5設備分配1、設備分配中的數據結構

DCT、COCT、CHCT、SDT2、設備分配時應考慮的因素。

1）設備的固有屬性

2）設備分配算法

3）設備分配時的安全性：安全分配方式和不安全分配方式。

4）設備獨立性3、獨占設備的分配程序

1）基本的設備分配程序

2）設備分配程序的改進設備獨立性的概念設備無關性，其基本含義是：應用程序獨立于具體使用的物理設備。要實現設備獨立性，引入了邏輯設備和物理設備兩個概念。在應用程序中，使用邏輯設備名稱來請求使用某類設備，而系統在實際執行時，是使用物理設備名稱。4、SPOOLing技術

1）什么是SPOOLing

2）SPOOLing系統的組成：（1）輸入井和輸出井（2）輸入緩沖區和輸出緩沖區（3）輸入進程和輸出進程

3）共享打印機：重點

4）SPOOLing系統的特點：（1）提高了I/O的速度（2）將獨占設備改造為共享設備（3）實現了虛擬設備輸入進程spi輸出進程spo輸入緩沖區B1輸出緩沖區B0輸入井輸出井磁盤輸入設備輸出設備SPOOLing系統的組成5.6磁盤存儲器的管理1、性能簡述1）數據的組織和格式2）磁盤的類型（1）固定頭磁盤（2）移動頭磁盤3）磁盤訪問時間：（1）尋道時間Ts＝m×n+s,m≤0.1ms,S=2ms（2）旋轉延遲時間Tr=（3）傳輸時間Tt=磁盤塊的一維編號即塊號，順序是：扇區區號先變化，其次是盤面號，最后是柱面號。設柱面號為l，盤面數為m，扇區數為n,又設柱面號為i,盤面號為j,扇區號為k,塊號為b，則三維地址與一維地址之間的關系：由三維地址變換為一維地址：

b=i×m×n+j×n+k=((i×m)+j)×n+k由一維地址變換為三維地址

i=b/(m×n)

j=b%(m×n)/n

k=b%(m×n)%n2、磁盤調度1、FCFS:公平、簡單。未優化，適用于請求數目少的場合。2、SSTF：饑餓,磁道歧視（trackdiscrimination）。3、掃描算法SCAN：確定方向，LOOK算法（電梯調度算法，elevatoralgorithm）。4、循環掃描算法CSCAN：循環LOOK算法，單向掃描算法。磁頭黏性（armstickiness）5、NStepSCAN和FSCAN(凍結掃描，FreezingSCAN)：分步掃描算法被訪問的下一個磁道號移動距離(磁道數)5545583391918219072160701501038112184146平均尋道長度：55.3練習1、假設磁頭當前位于第105道，正在向磁道序號增加的方向移動，現有一個磁道訪問請求序列為35,45,12,68,110,180,170,195，采用SCAN調度(電梯調度)算法得到的磁道訪問序列是?2、假設計算機系統采用CSCAN（循環掃描）磁盤調度策略，使用2KB的內存空間記錄16384個磁盤塊的空閑狀態。（1）請說明在上述條件下如何進行磁盤塊空閑狀態管理。（2）設某單面磁盤旋轉速度為每分鐘6000轉，每個磁道有100個扇區，相鄰磁道間的平均移動時間為1ms。若在某時刻，磁頭位于100號磁道處，并沿著磁道號增大的方向移動（如下圖所示），磁道號請求隊列為50,90,30,120，對請求隊列中的每個磁道讀取1個隨機分頁的扇區，則讀完這個扇區點共需要多少時間？要求給出計算過程。0號磁道磁頭移動方向100號磁道3、（華師大2002年試題）（5分）若系統中活動頭硬盤有200個磁道，現有請求磁盤的磁道號依次為58,60,39,19,100,180,150，當前磁頭在50號磁道上。要求：分別按FIFO，SSTF，SCAN算法，計算它們的平均尋道長度（道數）。磁盤高速緩存1、磁盤高速緩存的形式：利用內存的緩沖區實現，邏輯上屬于磁盤，物理上是駐留在內存中的盤塊，有兩種形式：一是在內存中開辟一個單獨的空間，大小是固定的，不受程序多少的影響。二是把所有未利用的內存空間變為一個緩沖池，供請求分頁系統和磁盤I/O時共享，大小不是固定的，磁盤I/O頻率時，緩沖池包含多的內存空間，進程運行多時，緩沖池中有較少的內存空間。2、數據交付形式：是指將磁盤高速緩存中的數據傳送給進程（1）數據交付：直接將高速緩存中的數據，傳送到請求者進程的內存工作區中。（2）指針交付：只將指向高速緩存中的某區域的指針交付給進程，傳送的數據量少，減少了從高速緩存到內存工作區的時間。3、置換算法：LRU、LFU及NRU4、周期性地寫回磁盤：所有在高速緩存中的盤塊數據，形成一條LRU鏈，任一盤塊數據被訪問后，總是被掛到鏈尾而不被寫回磁盤，一直未被訪問的盤塊，慢慢會被移到鏈首，而被寫回磁盤。UNIX中增設了一個update程序，在后臺運行，該程序周期性地調用一個系統調用SYNC，強制性地把所有在高速緩存中已修改的盤塊數據寫回磁盤，一般是30s。MSDOS：只要高速緩存中的某盤塊數據被修改，立即寫回磁盤，稱為寫穿透、高速緩存，write-throughcache，不會造成數據丟失，但頻繁啟動磁盤。提高磁盤I/O速度的其他方法1、提前讀Read-ahead：在讀當前塊的同時，將下一個盤塊中的數據提前讀入緩沖區，原因是文件一般是順序訪問各盤塊的。如：UNIX、OS/2、Netware等。2、延遲寫：將緩沖區中的數據，先將它掛在空閑緩沖區隊列末尾。如：UNIX、OS/2等3、優化物理塊的分布：把文件的盤塊安排在同一磁道或相鄰磁道上。4、虛擬盤：利用內存仿真磁盤，稱為RAM盤。通常用于存放臨時文件，如目標程序。虛擬盤中的內容完全由用戶控制，高速緩存中的內容是由OS控制的。廉價磁盤冗余陳列RAID，RedundantArrayofInexpensiveDisk:利用一臺磁盤陳列控制器，統一管理和控制一組磁盤驅動器，組成一個高度可靠的、快速的大容量磁盤系統。系統將每一盤塊中的數據分成若干個子盤塊數據，再把每一個子盤塊的數據分別存儲在各個不同磁盤中的相同位置上。以后，采取并行傳輸方式，將各個盤塊中的子盤塊數據同時向內存中傳輸。優點：可靠性高，磁盤I/O速度高，性價比高。犧牲1/N容量為代價，換取高可靠性。單項選擇題1、I/O交通管制程序的主要功能是管理（）的狀態信息。A

設備、控制器和通道B主存、控制器和通道CCPU、主存和通道D主存、輔存和通道分析：設備管理中，設備管理程序通常包括I/O交通控制程序、I/O調度程序和I/O設備處理程序2、在關于SPOOLing的敘述中，（）描述是不正確的。（西安電子科技大學2000年研究生試題）A

SPOOLing系統中不需要獨占設備BSPOOLing系統加快了作業執行的速度CSPOOLing系統使獨占設備變成共享設備DSPOOLing系統利用了處理器與通道并行工作的能力3、下面關于設備屬性的論述中，正確的是（）A字符設備的基本特征是可尋址的，即能指定輸入的源地址和輸出的目標地址B

共享設備必須是可尋址的和可隨機訪問的設備C共享設備是指同一時間內允許多個進程同時訪問的設備D在分配共享設備和獨占設備時都可能引起進程死鎖4、緩沖技術的緩沖池是在（）中A主存B外存CROMD寄存器5、采用SPOOLing技術將磁盤的一部分作為公共緩沖區以代替打印機，用戶對打印機的操作實際上是對磁盤的存儲操作，用以代替打印機的部分是（）A獨占設備B

共享設備C虛擬設備D一般物理設備6、通道又稱I/O處理機，用于完成（）之間的信息傳輸。ACPU與外設BCPU與外存C主存與外設D主存與外存7、在采用SPOOLing技術的系統中，用戶的打印數據首先被送到（）。（西北工業大學1999年研究生試題）A

磁盤固定區域B內存固定區域C終端D打印機8、如果I/O所花費的時間比CPU的處理時間短得多，則緩沖區（）。（西北工業大學1999年研究生試題）A最有效B

幾乎無效C均衡D以上都不是分析：緩沖區主要解決輸入輸出速度比CPU處理的速度慢而造成數據積壓的矛盾，所以如果I/O所花費的時間比CPU的處理時間短得多，則緩沖區沒有必要設置。9、在I/O設備控制方式的發展過程中，最主要的推動力是（）A提高資源利用率B提高系統吞吐量C減少CPU對I/O控制的干預D提高CPU和I/O設備并行操作的程序10、設備獨立性的說法正確的是（）A設備獨立性是指I/O設備具有獨立執行的I/O功能的一種特性。B

設備獨立性是指用戶程序獨立于具體物理設備的一種特性。C設備獨立性是指能夠實現設備共享的一種特性D設備獨立性是指設備驅動程序獨立于具體物理設備的一種特性11、如果I/O設備與存儲設備間的數據交換不經過CPU來完成，則這種數據交換方式是（）A程序查詢方式B中斷方式CDMA方式D無條件存取方式12、CPU輸出數據的速度遠遠高于打印機的打印速度，為解決這一矛盾可采用（）A并行技術B通道技術C緩沖技術D虛擬技術分析：為解決設備間傳送速率不匹配問題，通常采用緩沖技術。通道技術能最大地使CPU擺脫外設的速率制約，并行技術能有效地提高CPU與外設的效率，虛擬技術則能提高打印機的利用率。這些技術雖能有效地緩解CPU輸出數據的速度遠遠高于打印機的打印速度的矛盾，但針對本題，最佳答案應為C。13、驅動調度算法中，（）算法可能會隨時改變移動臂的運動方向。（西安電子科技大學2002年研究生試題）A電梯調度B

最短尋找時間優先C掃描D單向掃描14、具有通道的I/O系統硬件結構通常不包括（）ACPUB通道C控制器D設備E中斷分析：具有通道裝置的計算機系統，一般實施四級連續、三級控制的方式，其I/O系統硬件結構包括：CPU、通道、控制器和設備15、能影響中斷響應次序的技術是（）。（西安電子科技大學2002年研究生試題）A時間片B中斷C特權指令D

中斷屏蔽分析：通常通過中斷優先級、中斷屏蔽都可以影響中斷響應次序，一般情況下中斷的優先級是由硬件規定的。16、有關設備管理概念的下列敘述中，（）是不正確的。（西安電子科技大學2002年研究生試題）A通道是處理輸入、輸出的軟件B所有外圍設備的啟動工作都由系統統一來做。C來自通道的I/O中斷事件由設備管理負責處理D編制好的通道程序是存放在主存儲器中的17、通道管理沒有涉及到的數據結構是（）A設備控制塊B控制器控制塊C通道控制塊D系統設備表E

內存分配表。分析：為了實現對I/O設備的管理和控制、需要對每臺設備、通道及控制器的情況進行登記。設備分配依據的主要數據結構如下：SDT、DCT、COCT、CHCT18、下面關于SPOOLing系統的說法中，正確的說法是（）A構成SPOOLing系統的基本條件是有外圍輸入機與外圍輸出機B構成SPOOLing系統的基本條件是要有大容量、高速度的硬盤作為輸入井和輸出井C當輸出設備忙時，SPOOLing系統中的用戶程序暫停執行，待I/O空閑時再被喚醒執輸出操作DSPOOLing系統中的用戶程序可以隨時將輸出數據送到輸出井中，待輸出設備空閑時再由SPOOLing系統完成數據的輸出操作。分析：構成SPOOLing系統的基本條件是要有大容量、高速度的外存作為輸入井和輸出井，同時利用SPOOLing技術，提高了系統和I/O設備的利用率，進程不必等待I/O操作的完成填空題1、磁盤空間的地址是由柱面號（磁道號）、盤面號（磁頭號）、扇區號組成的2、磁盤存儲器由磁盤、驅動器結構和控制器組成。3、緩沖區由緩沖首部和緩沖體組成。（清華大學1999年研究生試題）4、設備驅動程序是一種低級的系統例程，它通常分為驅動I/O設備工作程序和設備中斷處理程序兩部分。（中科院計算所1999年研究生試題）5、在進行分配設備的同時，還應分配相應的控制器和通道，以保證在I/O設備和CPU之間有傳輸信息的通路。6、在通道進行I/O操作期間，要訪問兩個內存固定的單元是通道地址字（CAW）和通道狀態字CSW。（西安理工大學2000年研究生試題）分析：CAW是存放在主存固定單元的控制字，CSW是通道向操作系統報告情況的匯集。7、磁盤的驅動調度先進行移臂或查找時間優化調度，再進行旋轉或等待時間優化調度。（西安電子科技大學2001年研究生試題）8、SPOOLing系統中，作業執行時從磁盤上的輸入井中讀取信息，并把作業的執行結果暫時存放在磁盤上的輸出井中。（西安電子科技大學2002年研究生試題）9、中斷優先級是由硬件規定的，若要調整中斷的響應次序可通過中斷屏蔽實現。（北京大學1997年研究生試題）10、實現虛擬設備必須要有一定的硬件和軟件條件為基礎，特別是硬件必須配置大容量的磁盤，要有中斷裝置和通道或DMA，具有中央處理機與通道或DMA并行工作的能力。11、采用SPOOLing技術的計算機系統中，操作員只要啟動預輸入程序工作，就可以把作業存放到輸入井中等待處理。判斷題1、計算進程需要數據時向設備發請求信號，設備數據準備完成時向計算進程或系統發出中斷信號。這可以看作是設備和計算進程或系統之間的進程通信。（清華大學1995年研究生試題）×分析:中斷是由硬件設備發出而不是由系統進程發出的，因此不能看作是進程間的通信。2、某一程序被中斷后，轉去執行中斷處理程序，在中斷處理程序結束后，一定返回到被中斷的程序。分析：√，也有例外，如果更改了中斷返回地址，則可以跳轉到更改后的目標地址。3、CPU和通道之間的關系是主從關系，CPU是主設備，通道是從設備。（西安理工大學2000年研究生試題）√4、磁盤上同一柱面上存儲的信息是連續的。√5、SPOOLing系統是外圍設備同時脫機操作的意思。×分析：是同時聯機操作6、只有引入通道后，CPU計算與I/O操作才能并行執行。（電子科技大學1996年研究生試題）×分析：引入通道只是進一步將CPU從I/O操作中解脫出來，而CPU計算與I/O操作的并行執行是引入中斷技術才能實現的。7、移臂調度的目標是使磁盤旋轉的周數最小。×分析：目標是使磁盤移臂的時間優化。8、引入緩沖的主要目的是提高I/O設備的利用率。×問答題1、某磁盤文件的記錄大小固定為32字節，物理I/O是以存儲在一個操作系統緩沖區中的512字節大小的塊為單位的。如果一個進程順序地讀一個文件的記錄，那么多大比例的讀請求會導致I/O操作？解：一塊包含512/32=16條記錄，因此，讀16條記錄正好產生一次I/O操作，即1/16＝6.25%基本知識點總結考核要點：設備分類，I/O控制方式，Spooling系統，緩沖區的作用，設備驅動程序，設備分配過程，共享設備，獨占設備，虛擬設備，設備獨立性。基礎要點：1、虛擬設備是指通過虛擬技術將一臺獨占設備改造成若干臺邏輯設備，供若干個用戶進程同時使用，把這種經過虛擬技術處理后的設備稱為虛擬設備。2、按信息交換單位分類可以將設備分為塊設備和字符設備。3、通道是負責I/O的處理機。4、字節多路通道用作連接大量的低速I/O設備。5、從資源分配的角度看，操作系統將外部設備分為獨占型設備、共享型設備和虛擬設備。6、根據信息交換方式的不同，可以將通道分為字節多路通道、數據選擇通道和數據多路通道。7、設備獨立性是指應用程序獨立于具體使用的物理設備。8、緩沖技術中的緩沖池在主存中。9、進行設備分配時所需要的數據表格主要有設備控制表、設備控制器控制表、通道控制表和系統設備表。10、如果有多個中斷同時發生，系統將根據中斷優先級響應優先級最高的中斷請求。若要調整中斷事件的響應次序，可以利用中斷屏蔽。11、在操作系統中，一種用空間換取時間的資源轉換技術是Spooling。12、大多數低速設備都屬于獨享設備。13、為了實現CPU與外設的并行工作，系統引入了中斷和通道硬件機制。14、在操作系統中，用戶在使用I/O設備時，通常采用邏輯設備名。15、Spooling系統是由磁盤中的輸入井和輸出井，內存中的輸入緩沖區和輸出緩沖區以及輸入進程和輸出進程組成。16、引起中斷發生的事件稱為中斷源。17、設備與內存之間的數據傳輸控制方式有程序直接控制方式、中斷控制方式、通道控制方式和DMA控制方式，其中通道方式占用CPU時間最短。18、設備分配中的安全性是指設備分配應保證不會引起進程死鎖。19、Spooling技術是在共享設備上模擬獨占設備。由預輸入程序將作業執行中需訪問數據預先讀入到輸入井中，緩輸出程序則負責將輸出井中的信息在輸出設備上輸出。20、發生中斷時，剛執行完的那條指令所在的單元號稱為斷點，斷點的邏輯后繼指令的單元號稱為恢復點。常見考試知識點分析1、設備管理功能設備管理的基本任務是控制設備工作，以完成輸入/輸出操作系統。具備的功能：實現對外圍設備的分配與回收；實現外圍設備的啟動；實現對磁盤的驅動調度；處理外圍設備的中斷事件；實現虛擬設備。2、輸入/輸出操作：是指主存與外圍設備之間的信息傳送操作。單位是“塊”。3、獨占設備與共享設備4、獨占設備的分配（1）設備的絕對號與相對號設備的絕對號：計算機系統為每一臺設備確定的一個編號。設備的相對號：由用戶給出的設備編號。（2）設備的指定方式：指定設備的絕對號或指定設備類和相對號。（3）設備的獨立性（4）獨占設備分配的實現：設備分配表（設備類表和設備表）；設備分配。5、磁盤的驅動調度（1）驅動調度（2）移臂調度：先來先服務算法；最短尋找時間優先算法；電梯調度算法；單向掃描算法。（3）旋轉調度（4）信息的優先分布：即安排邏輯記錄在磁道上的位置。6、外圍設備的啟動和I/O中斷處理（1）通道：3種類型（2）通道命令和通道程序（3）外圍設備的啟動：根據要求組織通道程序；CPU執行“啟動I/O”指令，啟動通道工作，啟動成功后，通道逐條執行通道程序中的通道命令，控制設備實現輸入/輸出操作；通道完成輸入/輸出操作后，向CPU報告執行情況，CPU處理來自通道的情況。（4）I/O中斷事件的處理：操作正常結束；操作異常結束。7、虛擬設備－SPOOLing技術實戰練習1、下面的4個選項中，不屬于設備管理的功能的是（）A實現外圍設備的啟動B實現對磁盤的驅動調度C存儲空間的分配與回收D處理外圍設備的中斷事件2、（）是CPU與I/O設備之間的接口，它接收從CPU發來的命令，并去控制I/O設備工作，使處理機從繁雜的設備控制事務中解脫出來A中斷裝置B通道C邏輯D設備控制器3、設備與CPU之間數據傳送控制方式有4種，下面的4個選項中不屬于這4種的是（）A程序直接控制方式B設備控制方式C直接內存訪問DMA方式D通道控制方式4、根據使用方式，可將緩沖區設置成（）A專用緩沖區和特殊緩沖區B單緩沖區和多緩沖區C專用緩沖區和通用緩沖區D多緩沖區和緩沖池5、（）的基本含義是指應用程序獨立于具體使用的物理設備。A設備獨立性B邏輯設備表C物理設備表D設備共享性6、下面關于獨占設備和共享設備的說法中正確的是（）A打印機、掃描儀等屬于獨占設備B對獨占設備往往采用靜態分配方式C共享設備中的“同時使用”的含義是指一個作業尚未撤離，另一作業即可使用，但每一時刻仍只有一個作業啟動磁盤，允許它們交替啟動D對共享設備往往采用靜態分配方式7、通道程序是由一系列的（）所構成A函數B通道命令C子程序D過程8、外圍設備的啟動的第二個過程是（）A準備階段B執行階段C

CPU執行“啟動I/O”,“啟動I/O”指令中必須指出欲啟動的通道號與設備號D通道向中央處理器匯報命令執行情況。9、下面關于4個選項中不屬于SPOOLing系統特點的是（）A提高了內存的利用率B提高了I/O操作的速度C將獨占設備改造為共享設備D實現了虛擬設備功能10、設磁盤的轉速為300轉/分，盤面劃分成10個扇區，則讀取一個扇區的時間為（）A

20msB

5msC

2msD

1ms11、使命令的執行結果不在屏幕上顯示，而是寫到另一個文件中去，這種功能稱為（）A脫機輸出B管道C聯機輸出D輸出重定向12、在關于SPOOLing的敘述中，（）描述是不正確的A

SPOOLing系統中不需要獨占設備B

SPOOLing系統加快了執行速度C

SPOOLing系統使獨占設備變成共享設備D

SPOOLing系統利用了處理器與通道并行工作的能力。13、通過硬件和軟件的功能擴充，，把原來獨占的設備改造成若干個用戶共享的設備，這種設備稱為（）A存儲設備B系統設備C虛擬設備D用戶設備14、（）是操作系統中采用的以空間換時間的技術A通道技術B

SPOOLing技術C覆蓋技術D虛擬存儲技術15、CPU輸出數據的速度遠遠高于打印機的打印速度，為解決這一矛盾，可采用（）。A虛擬技術B通道技術C并行技術D緩沖技術16、關于設備管理和文件管理這二者的關系，下面說法中正確的是（）A設備管理是文件系統的基礎，文件管理是設備管理的一部分B文件系統為用戶提供按名存取服務，實現邏輯文件與物理文件C文件管理和設備管理是操作系統的兩個完全獨立的功能，二者不存在任何關系D設備管理與文件系統密切相關，文件系統是設備管理的基礎，設備管理必須依賴文件管理才能最終完成相應的功能。17、在下面的4個選項中，不屬于設備管理的功能是（）A實現虛擬設備B實現外圍設備的分配與回收C實現按名存取D實現外圍設備的啟動18、打印機是（）A

獨占設備B共享設備C有時是獨占設備，有時是共享設備D常用的字符輸出設備19、對輸入/輸出設備，輸入/輸出操作的信息傳輸單位為（）；對存儲型設備，輸入/輸出操作的信息是以（）為單位傳輸的。A字節，字B字符，字C位，塊D字符，塊20、下面關于計算機外圍設備的說法中錯誤的是（）A輸入/輸出型設備負責主存與外圍設備間的信息傳遞，信息傳輸單位是字符。B存儲類型設備一般屬于共享設備，而輸入/輸出型設備則屬于獨占設備C計算機外圍設備可以分為存儲型設備和輸入/輸出型設備D存儲型設備可以作為主存的擴充，信息傳輸以塊為單位。21、當兩個進程訪問同一柱面，同一扇區，不同磁道的時候（）A一定要先讀磁頭號小的B一定要先讀磁頭號大的C任意選擇一個先訪問，另一個等下次扇區轉到磁頭下時再訪問D兩個同時讀出來22、為了減少移動臂進行移動花費時間，文件是按（）依次存放的A柱面順序，磁道順序，扇區順序B扇區順序，磁道順序，盤面順序C盤面順序，磁道順序，扇區順序D扇區順序，磁道順序，柱面順序23、下面關于設備分配表的說法中正確的是（）A每個設備在分配的時候產生一張B每個設備一張C每類設備一張D每個系統只有一張24、設備的獨立性是指（）A能獨立實現設備共享的一種特性B用戶程序使用的設備與實際使用哪臺設備無關的一種特性C設備具有獨立執行I/O功能的一種特性D設備驅動程序獨立于具體使用的物理設備的一種特性25、計算機系統啟動外部設備是按（）來啟動的。A通道號B設備號C設備絕對號D設備相對號26、虛擬設備是指（）A把共享設備模擬獨占設備B允許用戶程序不必全部裝入主存便可使用系統中的設備C允許用戶以標準化方式來使用物理設備D允許用戶使用比系統中具有的物理設備更多的設備27、下面對移臂調度算法描述中錯誤的是（）A最短尋找時間優先，電梯調度和單向掃描算法根據訪問請求的柱面位置調度B移臂調度的目的是減少尋找時間，包括先來先服務、最短尋找時間優先、電梯調度、單向掃描算法C先來先服務調度算法不考慮訪問要求的物理位置，只考慮提出請求的先后順序D相比之下先來先服務調度算法是最簡單實現且花費時間短的算法。28、在一般大型計算機系統中，主機對外圍設備的控制可通過通道、控制器和設備三個層次來實現。從下述敘述中選出一條正確的敘述。（1）控制器可控制通道，設備在通道控制下工作（2）通道控制控制器，設備在控制器控制下工作（3）通道和控制器分別控制設備（4）控制器控制通道和設備的工作29、從下面關于設備屬性的論述中，選擇一條正確的論述。（1）字符設備的一個基本特征是可尋址的，即能指定輸入時的源地址和輸出時的目標地址。（2）共享設備必須是可尋址的和隨機訪問的設備。（3）共享設備是指在同一時刻允許多個進程同時訪問的設備。（4）在分配共享設備和獨占設備時，都可能引起進程死鎖。30、在程序I/O方式中，對于輸出設備，準備就緒是指（）（1）輸出緩沖區已空（2）輸出緩沖區已有數據（3）輸出設備已開始工作（4）輸出設備已收到I/O指令。31、從下面的論述中選出一條錯誤的論述（1）虛擬盤是一種易失性存儲器，因此它通常只用于存放臨時文件。（2）優化文件物理塊的分布可顯著地減少尋道時間，因此能有效地提高磁盤I/O的速度。（3）對隨機訪問的文件，可通過提前讀提高對數據的訪問速度。（4）延遲寫可減少啟動磁盤的次數，因此能有效地提高了磁盤I/O的速度。32、在一般大型計算機系統中，主機對外圍設備的控制可通過通道、控制器和設備三個層次來實現。從下述敘述中選出一條正確的敘述。（1）控制器可控制通道，設備在通道控制下工作。（2）通道控制控制器，設備在控制器控制下工作。（3）通道和控制器分別控制設備。（4）控制器控制通道和設備的工作。33、從下面關于設備屬性的論述中，選擇一條正確的論述。（1）字符設備的一個基本特征是可尋址的，即能指定輸入時的源地址和輸出時的目標地址。（2）共享設備必須是可尋址的和隨機訪問的設備。（3）共享設備是指在同一時刻允許多個進程同時訪問的設備。（4）在分配共享設備和獨占設備時，都可能引起進程死鎖。34、通道是一種特殊的（A）（3），具有（B）（1）能力。主機的CPU與通道可以并行工作，并通過（C）（3）實現彼此之間的通信和同步。A：（1）I/O設備；（2）設備控制器；（3）處理機；（4）I/O控制器。B：（1）執行I/O指令集；（2）執行CPU指令集；（3）傳輸I/O命令；（4）運行I/O進程。C：（1）I/O指令；（2）I/O中斷；（3）I/O指令和I/O中斷；（4）操作員。35、在I/O設備控制的發展過程中，最主要的推動因素是（A）（3）。提高I/O速度和設備利用率，在OS中主要依靠（B）（2）功能。使用戶所編制的程序與實際使用的物理設備無關是由（C）（4）功能實現的。A：（1）提高資源利用率；（2）提高系統吞吐量；（3）減少主機對I/O控制的干預；（4）提高CPU與I/O設備的并行操作程序。B，C：（1）設備分配；（2）緩沖管理；（3）設備管理；（4）設備獨立性；（5）虛擬設備。36、假定把磁盤上一個數據塊中的信息輸入到一單緩沖區的時間T為100us，將緩沖區中的數據傳送到用戶區的時間M為50us，而CPU對這一塊數據進行計算的時間C為50us。這樣，系統對每一塊數據的處理時間為（A）(3)；如果將單緩沖改為雙緩沖，則系統對每一塊數據的處理時間為（B）(2)。A，B：(1)50us;(2)100us;(3)150us;(4)200us;(5)250us.37、從下面關于設備獨立性的論述中選擇一條正確的論述。（1）設備獨立性是指I/O設備具有獨立執行I/O功能的一種特性。（2）設備獨立性是指用戶程序獨立于具體使用的物理設備的一種特性。（3）設備獨立性是指能獨立實現設備共享的一種特性。（4）設備獨立性是指設備驅動程序獨立于具體使用的物理設備的一種特性。38、在單用戶系統中可為（A）（1）設置一張邏輯設備表，在多用戶系統中應為（B）（2）設置一張邏輯設備表。A，B：（1）整個系統；（2）每個用戶（進程）；（3）每種邏輯設備；（4）每種物理設備。39、為實現設備分配，應為每個設備設置一張（A）(1)，在系統中配置一張（B）(3);為實現設備獨立性，系統中應設置一張（C）(3)。A，B：(1)設備控制表;(2)控制器控制表;(3)系統設備表;(4)設備分配表。C：(1)設備開頭表;(2)I/O請求表;(3)邏輯設備表;(4)設備分配表。40、從下面關于虛擬設備的論述中選擇一條正確的論述。（1）虛擬設備是指允許用戶使用比系統中具有的物理設備更多的設備。（2）虛擬設備是指允許用戶以標準方式來使用物理設備。（3）虛擬設備是指把一個物理設備變換成多個對應的邏輯設備。（4）虛擬設備是指允許用戶程序不必全部裝入內存就可使用系統中的設備。41、從下列論述中選出一條正確的論述。（1）在現代計算機系統中，只有I/O設備才是有效的中斷源。（2）在中斷處理過程中，必須屏蔽中斷（即禁止發生新的中斷）。（3）同一用戶所使用的I/O設備也可以并行工作。（4）SPOOLing是脫機I/O系統。42、從下列關于驅動程序的論述中，選出一條正確的論述。（1）驅動程序與I/O設備的特性緊密相關，因此應為每一個I/O設備配備一個專門的驅動程序。（2）驅動程序與I/O控制方式緊密相關，因此對DMA方式應該以字節為單位去啟動設備進行中斷處理。（3）由于驅動程序與I/O設備（硬件）緊密相關，故必須全部用匯編語言書寫。（4）對于一臺多用戶機，配置了相同的八個終端，此時可只配置一個由多個終端共享的驅動程序。43、從下面的論述中選出一條錯誤的論述。（1）虛擬盤是一種易失性存儲器，因此它通常只用于存放臨時文件。（2）優化文件物理塊的分布可顯著地減少尋道時間，因此能有效地提高磁盤I/O的速度。（3）對隨機訪問的文件，可通過提前讀提高對數據的訪問速度。（4）延遲寫可減少啟動磁盤的次數，因此能等效地提高了磁盤I/O的速度。44、在UNIX系統中，作為核心與驅動程序的接口是（A）(4)，其中每個表目含有相應類型設備驅動程序的（B）(2)。A:(1)系統設備表；（2）設備控制表；（3）邏輯設備表；（4）設備開關表。B:(1)字符串類型的函數名；（2）各函數的入口地址；（3）指向系統設備表的指針；（4）指向設備控制表的指針；（5）指向邏輯設備表的指針。重要問題1、邏輯設備是物理設備屬性的表示，它并不指某個具體的設備，而是對應于一批設備。2、操作系統對設備管理的功能包括對設備的分配、控制以及對系統與設備之間的緩沖協調。3、在現代操作系統中，幾乎所有的I/O設備與處理機（內存）交換數據時，都使用了緩沖區。4、獨占設備分配時所使用的數據結構為設備分配表，它由設備類表和設備表兩部分組成。5、磁盤的驅動調度先進行移臂調度，再進行旋轉調度。6、虛擬設備是指操作系統利用某種I/O技術，將某個獨占設備改造為多個用戶可以同時共享的設備。7、所謂通道，是指能控制一臺或多臺外圍設備與處理器并行工作的、獨立完成輸入/輸出操作的處理機。8、為了記錄設備的分配情況，操作系統應設置一張系統設備表或設備類表和三個控制塊：設備控制塊、控制器控制塊和通道控制塊。9、I/O設備處理過程平時處于睡眠狀態，當I/O請求和I/O操作完成時，被喚醒。10、為了提高磁盤的讀寫速度，在內存中建立了緩沖區。11、為什么說有了通道技術和中斷技術才真正做到了中央處理器和外部設備的并行操作？通道是負責外圍設備與主存儲器之間進行數據交換，能單獨完成輸入/輸出操作的裝置。有了通道，主存和外圍設備之間的數據交換就不要處理機負責了，處理機有可能去做其他的事情，但是，如果沒有中斷技術，中央處理器要不斷地去查詢通道以及設備執行的情況，這樣一來，中央處理器還是把大量的時間花在查詢狀態上，并不能很好地為其他進程服務。有了中斷技術后，中央處理器可以完全不管通道和設備的執行，如果有特殊情況（異常或正常結束），通道就會發生I/O中斷，通知中央處理器來處理，所以通道技術與中斷技術的出現，使得主存儲器可以直接和外設之間交換數據，整個交換過程中如果沒有特殊情況，處理器完全可以并行地去做其他事情，大大提高了處理機的合作效率。12、試述磁盤調度的掃描算法（電梯算法）的基本思想和處理流程。掃描算法同時考慮兩個條件作為優先的準則，既考慮申請者要求磁頭移動的方向，不考慮要求磁頭移動的距離，而且首先是方向一致，其次才是距離最短，因此，在實現掃描算法時，制定5條規則：建立兩個獨立的等待隊列，向上掃描隊列和向下掃描隊列。磁頭臂向上運動時，調度向上掃描隊列，向下運動時調度向下掃描隊列。申請者的目的柱面號大于當前柱面號時，加入向上掃描隊列，其余情況加入向下掃描隊列向上掃描隊列的調度原則是柱面號小者優先，向下掃描隊列的調度原則是柱面號大者優先。當前調度隊列為空時，改變掃描方向。13、說明操作系統在分配設備時，應考慮哪些因素？設備的固有屬性設備分配算法設備分配的安全性設備獨立性14、假定磁盤的存儲臂現在處于6號柱面上，有如表所示的6個請求等待訪問磁盤，試列出最省時間的響應順序。由題目得知應選擇最短尋道時間優先的算法。正確的響應順序是：6－2－4－1－3－5序號柱面號磁道號塊號176325563152064744520956515215、假設有4個記錄A、B、C、D存放在磁盤的某個磁道上，該磁道被劃分為4塊，每塊存放一個記錄，安排如表所示：現在要順序處理這些記錄，如果磁盤旋轉速度為20ms轉一周，處理程序每讀一個記錄后5ms進行處理。試問處理完這4個記錄的總時間是多少？為了縮短處理時間應進行優先分布，試問應如何安排這些記錄，并計算處理的總時間。由題目可以得知處理總時間必須考慮到是用哪種磁頭移動算法FCFS，而且還必須考慮磁盤本身是在不停轉動。計算時要顧及移動到記錄的時間、讀記錄時間、處理時間、因處理而導致磁盤必須在轉一圈而耽誤的時間。根據題意，記錄是順序處理的，即A→B→C→D，4個記錄剛好占用一個磁道，因此讀一個記錄的時間為：20ms/4=5ms。讀寫記錄A后還需要處理5ms，因此在讀第2個記錄B時，磁頭已經移到了第3個記錄C處，因此需要等磁盤再次旋轉一周，才能讀記錄B。這樣4個記錄處理完的總時間是：10ms(移動到記錄A的平均時間)+5ms(讀記錄A)+5ms(處理記錄A)+3×[15ms(服務下一記錄)+5ms(讀記錄)+5ms(處理記錄)]=95ms。由于讀第一個記錄并處理完成后，磁頭移到了第3個記錄開始處，所以可將記錄的排列順序優化為1、3、2、4，這樣安排后，4個記錄處理完的總時間是：[10ms(移動到記錄A的平均時間)+5ms(讀記錄A)+5ms(處理記錄A)]+[5ms(讀記錄B)+5ms(處理記錄B)]+[5ms(空轉)+5ms(讀記錄C)+5ms(處理記錄C)]+[5ms(讀記錄D)+5ms(處理記錄D)]＝55ms。16、一個軟盤有40個柱面，尋道時移動每個柱面花費6ms。若不采取任何使文件的塊盡量緊密存放的措施，則邏輯上相信的塊平均間隔13個柱面。如果采取一項的措施使得文件中相鄰的塊盡可能地放在一起，則塊間的平均間隔是2個柱面。假定讀/寫時找到柱面后平均旋轉延遲時間為100ms，傳輸速度為每一塊25ms，則在此兩種情況下傳輸一個100塊的文件各需要多長時間？首先，在讀每一個塊時，無論是緊密存放還是不緊密其讀取方式都是一致的，但在第二個塊開始將發生變化時，它們在柱面間的移動花費的時間并不相同。每個塊傳輸到定位柱面所花費的時間和傳輸該塊所花的時間。讀第一塊時平均移動柱面為20個，需要20×6ms；平均旋轉延遲時間為100ms，傳輸速率為每塊25ms，所以讀取第一塊共需要：20×6ms+100ms+25ms=245ms。（1）不采用緊密存放。從第二塊開始，每塊的處理時間平均是：13×6ms+100ms+25ms=203ms，所以傳輸100塊的文件共需：245ms+99×203ms=20342ms=20.342s。（2）采用緊密存放。從第2塊開始，每塊的處理時間平均是：2×6ms+100ms+25ms=137ms，所以傳輸100塊的文件共需：245ms+99×137ms=13808ms=13.808s。17、假定磁盤的移動臂現在處于第8號柱面，有如表所示的6個請求者等待訪問磁盤，請列出最省時間的響應次序。序號柱面號磁道號扇區號196327563152064944520956715218、假定磁盤轉速為20ms/圈，磁盤格式化時每個磁道被劃分成10個扇區，今有10個邏輯記錄（每個記錄的大小剛好與扇區大小相等）存放在同一磁道上，處理程序每次從磁盤讀出一個記錄后要花4ms進行處理，現要求順序處理這10個記錄，若磁頭現在正處于首個邏輯記錄的始點位置。請問：（1）按逆時針方向安排10個邏輯記錄（磁盤順時針方向轉），處理程序處理完這10個記錄所花費的時間是多少？（2）按最優化分布重新安排這10個邏輯記錄，寫出記錄的安排，并計算出所需要處理的時間。數據處理時間＝磁盤訪問時間+數據實際處理時間，而磁盤訪問時間＝尋道時間+旋轉延遲時間+數據傳輸時間。本題通過對旋轉延遲時間的優化來提高訪問磁盤數據的速度。（1）由題意知，讀一個邏輯記錄需2ms的時間，讀出記錄后還需要4ms時間進行處理，故當磁頭處于某記錄的始點時，處理它共需6ms時間。而邏輯記錄是按逆時針方向安排的，因此系統處理完一個邏輯記錄后將磁頭轉到下一個邏輯記錄的始點需要12ms時間。從而可以計算出處理程序順序處理完這10個邏輯記錄所需的時間為：

6+9×(12+6)=168ms(2)按最優化分布重新安排這10個邏輯記錄，可使處理程序處理完一個邏輯記錄后，磁頭剛好轉到下一個邏輯記錄的始點，此時，按順時針方向安排的邏輯記錄順序分別為：記錄1、記錄8、記錄5、記錄2、記錄9、記錄6、記錄3、記錄10、記錄7、記錄4，而所需要的處理時間為6×10＝60ms。19、請使用信號量和P、V操作控制符合磁盤調度中的電梯調度算法的磁盤調度過程(要求先簡要說明磁盤的電梯調度算法，然后用信號量和P、V操作來描述此算法對磁頭調度和控制過程)(2003、2006年南航)(磁頭是臨界資源，磁頭運動方向控制資源信號量)20、若有磁盤共有200個柱面，其編號為0~199，假定磁頭剛完成56號磁道的訪問，磁頭正在98號磁道上，現有一個請求隊列在等待訪問磁道，訪問的磁道號分別為：190，97,90,45,150,32,162,108,112,80，請寫出分別采用最短尋找時間優先調度算法和電梯調度算法處理上述服務請求的次序和移動的總磁道數。(電子科技大學)21、設某文件為鏈接文件，由5個邏輯記錄組成，每個邏輯記錄的大小與磁盤塊大小相等，均為512字節，并依次存放在50、121、75、80、63號磁盤塊上。若要存取文件的第1569邏輯字節處的信息，問要訪問哪一個磁盤塊？22、設磁盤組共有n個柱面，編號順序為0、1、2、…、n-1；共有m個磁頭，編號順序為0、1、2、…、m-1；每個磁道內的K個信息塊從1開始編號，依次為1、2、…、k。現用x表示邏輯磁盤塊號，用a,b,c分別表示任一邏輯磁盤塊的柱面號、磁頭號、磁道內塊號，則x與a,b,c可通過如下公式進行轉換：

x=k×m×a+k×b+ca=(x-1)DIV(k×m)b=((x-1)MOD(k×m))DIVkc=((x-1)MOD(k×m))MODk+1若某磁盤組為n=200,m=20,k=10,問：（1）柱面號為185，磁頭號為12，道內塊號為5的磁盤塊的邏輯磁盤塊號為多少？37125（2）邏輯磁盤塊號為1200，它所對應的柱面號、磁頭號及磁道內塊號為多少？5、19、10（3）若每一磁道內的信息塊從0開始編號，依次為0、1、…、k-1，其余均同題設，試寫出x與a,b,c之間的轉換公式。23、某軟盤有40個磁道，磁頭從一個磁道移至另一磁道需要6ms。文件在磁盤上非連續存放，邏輯相鄰數據塊的平均距離為13磁道，每塊的旋轉延遲時間及傳輸時間分別為100ms,25ms，問讀取一個100塊的文件需要多少時間？如果系統對磁盤進行了整理，讓同一文件的磁盤塊盡可能靠攏，從而使邏輯上相鄰數據塊的平均距離降為2磁道，這時讀取一個100塊的文件需要多少時間？24、在設備管理中引入單緩沖，如果從磁盤把一塊數據輸入到緩沖區中花費的時間為B，把緩沖區中的數據輸送到用戶區，所花費的時間為M；CPU對數據進行處理的時間為C，則系統對每一塊數據的處理時間是多少？要求寫出由B，C，M組成的表達式，并說明其中的道理。答：不采用緩沖，數據直接從磁盤到用戶區，每批數據處理時間約為B+C，而采用單緩沖，每批數據處理時間約為max[C，B]+M，通常M遠小于C或T，故速度快了很多課后練習題