08第八章设备与IO管理1

第八章第八章 设备与设备与I/O管理管理n设备及其分类设备及其分类n设备的物理特性设备的物理特性nIO传输方式（查询、中断、通道、传输方式（查询、中断、通道、DMA）n设备分配与去配设备分配与去配n设备驱动设备驱动n设备调度设备调度n缓冲技术缓冲技术n输入输出进程输入输出进程nRAID技术技术n虚拟设备虚拟设备8.1 设备及其分类设备及其分类n用途用途n存储型设备存储型设备n磁盘，磁带，光盘磁盘，磁带，光盘nIO型设备型设备n扫描仪，打印机，扫描仪，打印机，mouse，keyboard，monitor，n网络设备网络设备n网卡，交换机，网卡，交换机，etc.8.1 设备及其分类设备及其分类n管理管理n共享型设备（块型）共享型设备（块型）n多个进程的多个进程的IO操作以块为单位可以交叉操作以块为单位可以交叉n独占型设备（块型）独占型设备（块型）n多个进程的多个进程的IO操作以块为单位不宜交叉操作以块为单位不宜交叉n独占型设备（字符型）独占型设备（字符型）n多个进程的多个进程的IO操作以字符为单位不能交叉操作以字符为单位不能交叉IO设备的物理特性设备的物理特性传输一字节发生一次中断传输一字节发生一次中断存储设备的物理特性存储设备的物理特性磁带的物理特性磁带的物理特性头标头标 信息块信息块 信息块信息块 信息块信息块 .尾标尾标间隙间隙操作：反绕，正向查找，反向查找，读，写，操作：反绕，正向查找，反向查找，读，写，地址：一维地址：一维文件：顺序结构（一个文件占若干连续块）文件：顺序结构（一个文件占若干连续块）8.2 设备的物理特性.磁盘组的物理特性磁盘组的物理特性.盘面盘面0盘面盘面1盘面盘面2盘面盘面m-1扇区扇区1扇区扇区0扇区扇区n-1柱面柱面0柱面柱面l-1.引臂柱面号柱面号i盘面号盘面号j扇区号扇区号k块号块号b（一维地址）（一维地址）（三维地址）（三维地址）编址方法：使相邻块物理上最近编址方法：使相邻块物理上最近例子：例子：l=2;m=3;n=3柱面号：柱面号：0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1盘面号：盘面号：0 0 0 1 1 1 2 2 2 0 0 0 1 1 1 2 2 2扇区号：扇区号：0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2块块 号：号：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17三维地址三维地址一维地址：一维地址：b=i m n+j n+k一维地址一维地址三维地址：三维地址：i=b(m n)j=b mod(m n)n k=b mod(m n)mod n未考虑读写延迟的扇区编号：未考虑读写延迟的扇区编号：扇区扇区0扇区扇区7扇区扇区6扇区扇区5扇区扇区4扇区扇区3扇区扇区2扇区扇区1扇区扇区0扇区扇区7扇区扇区3扇区扇区6扇区扇区2扇区扇区5扇区扇区1扇区扇区4考虑读写延迟的扇区编号考虑读写延迟的扇区编号(单交错单交错)：扇区扇区0扇区扇区5扇区扇区2扇区扇区7扇区扇区4扇区扇区1扇区扇区6扇区扇区3考虑读写延迟的扇区编号考虑读写延迟的扇区编号(双交错双交错)：光盘的物理特性:读取原理:pit/land 螺旋线,22188圈(展开5.6km),内侧转速:530转/分;外侧转速:200转/分(密度均匀,读取速度均匀)DataECCP14个bit构成一个symble42个symble构成一个frame98个frame构成一个sectorSector2352bytes588bits的frame各包含24字节Preamble:16bytes,前12bytes为:00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00后随3bytes扇区编号,最后字节为mode2048字节288字节8.3 I/O 传输方式nIO操作演变历史操作演变历史n程序查询方式程序查询方式 (programmed IO)(polling)nCPU and Device can not work in parallel n中断方式中断方式 (interrupt)nCPU and device can work in parallel,too many interrupts for CPUn通道方式通道方式 (channel)nspecial processor for dealing with io operationsn直接内存方式直接内存方式(DMA)nDMA controller in charge of block io8.3.1 程序控制查询方式程序控制查询方式CPU启动设备启动设备完成完成FT缺点缺点:处理机与设备串行工作处理机与设备串行工作;消耗大量处理机时间消耗大量处理机时间.8.3.2 中断驱动方式中断驱动方式nCPUn计算计算n启动设备启动设备n计算计算nn计算计算n中断处理中断处理n计算计算设备设备:工工作作特点特点:CPU与设备并行工作与设备并行工作 设备多时对设备多时对CPU打扰多打扰多8.3.3 DMA方式 数据传输数据传输CPUDMA控制器控制器内存内存地地 址址计计 数数控控 制制缓冲缓冲磁盘磁盘 中断中断 DMA请求请求总线总线磁盘磁盘控制器控制器 回答回答 DMA编程编程8.3.3 DMA方式.nCPU通过设置DMA控制器实现DMA编程，同时启动磁盘控制器由磁盘读入数据至内部缓冲区并进行和校验；nDMA控制器向磁盘控制器发出读请求，并将内存地址放在地址总线上；n磁盘控制器将字节传到内存指定单元；n磁盘控制器向DMA控制器发送回答；nDMA控制器将内部地址寄存器加1同时将记数减1，重复上述过程直至计数值为0，此时DMA控制器向CPU发出中断信号.8.3.4 通道方式通道方式n通道通道n负责负责IO操作的处理机操作的处理机n指令系统指令系统n基本操作：读、写、控制、转移、结束基本操作：读、写、控制、转移、结束n指令格式：（操作码，传输量，特征位，地址）指令格式：（操作码，传输量，特征位，地址）n运控部件运控部件nCAW，CCW，CSW，CDWn存储区域（与存储区域（与CPU共用内存共用内存,通道内有缓冲区）通道内有缓冲区）n通道程序，通道程序，IO数据（数据（channel does have its buffers）通道程序执行过程：通道程序执行过程：按按CAW取通道命令取通道命令CCW（CAW）+1 CAW是通道结束命令是通道结束命令执行此命令执行此命令F向向CPU发中断发中断一个通道程序可以控制若干设备进行多次一个通道程序可以控制若干设备进行多次IO传输。传输。T通道类型通道类型n字节多路通道字节多路通道(byte multiplexer channel)n 多个非分配型子通道，连接低速外围设备多个非分配型子通道，连接低速外围设备n数组选择通道数组选择通道(block selector channel)n 一个分配型子通道，连接多台高速设备一个分配型子通道，连接多台高速设备n数组多路通道数组多路通道(block multiplexer channel)n 多个非分配型子通道，连接多台高速设备多个非分配型子通道，连接多台高速设备设备、通道、内存连接设备、通道、内存连接选择通道选择通道磁盘字节多路通道字节多路通道打印机打印机输入机输入机内存储器内存储器处理机处理机磁带数组多路通道数组多路通道8.4 设备的分配与去配设备的分配与去配n独占型设备的分配与去配独占型设备的分配与去配n块型独占块型独占n字符型独占字符型独占n共享型设备的分配与去配共享型设备的分配与去配n块型共享块型共享数据结构数据结构设备控制块设备控制块(UCB)通道控制块通道控制块(CCB)设备标识设备标识设备状态设备状态占有设备进程占有设备进程通道标识通道标识通道状态通道状态通道类型通道类型占有通道进程占有通道进程系统设备表系统设备表(SDT)设备类设备类 总数总数 设备等待队列设备等待队列 UCB表指针表指针 lp m Sm UCBUCBUCB 独占型设备的分配与去配独占型设备的分配与去配用户使用独占型设备活动：用户使用独占型设备活动：申请，使用，使用，申请，使用，使用，使用，释放，使用，释放 申请：申请：(1)根据设备类查根据设备类查SDT表表 (2)P(Sm)(3)查查UCB表找一空闲设备并分配表找一空闲设备并分配 使用：使用：(1)IO传输传输 释放：释放：(1)找找SDT表对应入口表对应入口 (2)查查UCB表，去配表，去配 (3)V(Sm)l共享型设备的分配与去配共享型设备的分配与去配用户使用共享型设备活动用户使用共享型设备活动使用，使用，使用，使用，使用，使用特征特征来自文件系统；来自文件系统；每次读（写）一块；每次读（写）一块；通常经过缓冲；通常经过缓冲；排队优化。排队优化。使用使用IO操作操作8.5 设备驱动设备驱动n通道程序通道程序nCCW指令序列指令序列n静态编制或动态生成静态编制或动态生成n设备启动设备启动n通道启动通道启动n中断处理中断处理n通道向通道向CPU发的中断发的中断8.5 设备驱动设备驱动设备设备CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2CCWi.CCWn数据区数据区.形成通道程序形成通道程序.地址地址CAW.启动通道启动通道.中断处理中断处理.启动启动中断中断内存内存CPU通道通道 8.6 设备调度设备调度n优化服务顺序优化服务顺序n考虑因素考虑因素n公平性公平性n防止饿死防止饿死n高效性高效性n减少磁盘引臂移动量减少磁盘引臂移动量磁盘引臂调度磁盘引臂调度(disk head scheduling)n先到先服务（先到先服务（FCFS）n请求序列：请求序列：130，42，180，15，108，68，970 15 42 53 68 97 108 130 180 199移动量移动量:(130-53)+(130-42)+(180-42)+(180-15)+(108-15)+(108-68)+(97-68)=630磁盘引臂调度磁盘引臂调度(disk head scheduling)n最短寻找时间优先（最短寻找时间优先（SSTF）n请求序列：请求序列：130，42，180，15，108，68，970 15 42 53 68 97 108 130 180 199移动量移动量:(53-42)+(180-42)+(180-15)=314lSCAN（LOOK）请求序列：请求序列：130，42，180，15，108，68，97SCAN移动量移动量:(53-0)+(180-0)=233LOOK移动量移动量:(53-15)+(180-15)=2030 15 42 53 68 97 108 130 180 199 Look ScanlC-SCAN（C-LOOK）请求序列：请求序列：130，42，180，15，108，68，97特点：所有磁道地位最长等待时间相同特点：所有磁道地位最长等待时间相同0 15 42 53 68 97 108 130 180 199 C-Look C-Scan8.7 缓冲技术n设备设备处理数据到达与离开速度不一致所采用的技术处理数据到达与离开速度不一致所采用的技术。nBuffering vs.Cachingnbuffering:one data copyncaching:multiple data copy(slow多多,fast少少)n硬缓冲与软缓冲硬缓冲与软缓冲 n硬缓冲区通常设在设备中硬缓冲区通常设在设备中 n软缓冲区通常设在内存系统空间中软缓冲区通常设在内存系统空间中 n私用缓冲与公共缓冲私用缓冲与公共缓冲 n一个缓冲区与一个固定设备相联系，不同设备使用不同的缓冲区一个缓冲区与一个固定设备相联系，不同设备使用不同的缓冲区 n利用率低利用率低 n缓冲区由系统统一管理，按需要动态分派给正在进行缓冲区由系统统一管理，按需要动态分派给正在进行I/O传输的设传输的设备备空缓冲空缓冲空缓冲空缓冲空缓冲空缓冲.head共共n个个Var buf_num:semaphore;(init n)mutex:semaphore;(init 1)1.申请申请 2.释放释放(1)P(buf_num)P(mutex)(2)P(mutex)空缓冲入链尾空缓冲入链尾(3)取链头空缓冲取链头空缓冲 V(mutex)(4)V(mutex)V(buf_num)缓冲池管理缓冲池管理 tail8.7.5 缓冲技术实现：输入设备 进程空间进程空间缓冲缓冲输入设备输入设备缓冲缓冲缓冲缓冲.io链进程方面：进程方面：中断方面：中断方面：IO链空链空设备忙设备忙申请空缓冲申请空缓冲启动设备启动设备等待等待由由io链取一缓冲链取一缓冲信息信息进程空间进程空间释放空缓冲释放空缓冲缓冲入缓冲入io链链有等待进程有等待进程唤醒唤醒传输完毕传输完毕申请空缓冲申请空缓冲启动设备启动设备FTFTFTTF8.7.5 缓冲技术实现：输出设备 进程空间进程空间缓冲缓冲输出设备输出设备缓冲缓冲缓冲缓冲.io链进程方面：进程方面：中断方面：中断方面：申请一空缓冲申请一空缓冲信息信息缓冲缓冲设备忙设备忙启动设备启动设备缓冲入缓冲入io链链传输完传输完TFFT释放空缓冲释放空缓冲io链空链空取一缓冲取一缓冲启动设备启动设备TF8.7.5 输入输出设备：输入输出设备：(磁带、磁盘磁带、磁盘)缓冲区头缓冲区头缓冲区体缓冲区体设备块号设备块号IO标识标识等待进程等待进程块型缓冲区：块型缓冲区：进程空间进程空间缓冲缓冲IO设备设备缓冲缓冲缓冲缓冲.io链链进程方面进程方面(输入输入)：进程方面进程方面(输出输出)：中断方面：中断方面：申请空缓冲申请空缓冲填写头部填写头部设备工作设备工作入入io链尾链尾启动设备信息信息进程进程释放缓冲释放缓冲申请空缓冲申请空缓冲填写头部填写头部信息信息缓冲缓冲设备工作设备工作启动设备启动设备入入io链链输入输入唤醒唤醒等待等待者者释放释放空缓空缓冲冲io链空链空取一缓冲取一缓冲启动设备启动设备FTFTTFFT等待等待UNIX缓冲缓冲n字符型缓冲字符型缓冲n100个缓冲区，长度个缓冲区，长度8字节字节(6字符字符+2指针指针)n组成公共缓冲池，所有字符型设备公用组成公共缓冲池，所有字符型设备公用n缓冲区或属于缓冲区或属于cfreelist,或属于某字符设备或属于某字符设备(eg.tty,lp)n块型缓冲块型缓冲n50个缓冲区，长度个缓冲区，长度514字节字节n组成公共缓冲池，所有块型设备公用组成公共缓冲池，所有块型设备公用n缓冲区可属于缓冲区可属于bfreelist and/or devtabn预先读入的块预先读入的块(breada)n延迟写出的块延迟写出的块(bdwrite)字符型设备缓冲字符型设备缓冲struct cblock struct cblock*c_next;char info6;struct cblock*cfreelist;/free c blocks struct clist /associated with a character device int c_cc;/character count int c_cf;/pointer to first block int c_cl;/pointer to last blockstruct buf /actually a buffer header,shared by all mounted disks int b_flags;/BUSY,ASYNC,DELWRI,DONE.struct buf*b_forw;/headed by devtab struct buf*b_back;struct buf*av_forw;/position on free list struct buf*av_back;int b_dev;int b_wcount;/transfer count char *b_addr;/low order core(buffer)address char *b_xmem;/high order core(buffer)address char *b_blkno /block#on device char b_error;char *b_resid;/word not transferred after error bufNBUF块型设备缓冲（头部）15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0B_READ/B_WRITEB_DONEB_ERRORB_BUSYB_WANTEDB_RELOCB_ASYNCB_DELWRIb_flag:struct devtab /设备设备IO队列队列 char d_active;/busy flag char d_errcnt;/error count struct buf *b_forw;/first buffer for this dev struct buf *b_back;/last buffer for this dev struct buf *d_actf;/head of IO queue struct buf *d_actl;/tail of IO queuechar buffersNBUF514;/块型缓冲区块型缓冲区struct buf bfreelist;/缓冲区头部的链头缓冲区头部的链头相关操作：getblk(dev,blkno)/assign a buffer for the given block bread(dev,blkno)/read a block(if necessary),return buf pointerbreada(dev,blkno,rablkno)/read in first block,like read;but also start io on second block bwrite(bp)/write the buffer,wait for completion,then releasebawrite(bp)/start the io,release buffer,no wait for completionbdwrite(bp)/release buffer,mark it so that if it is grabbed for another purpose,it will be written out before being given upbrelse(bp)/release the buffer,with no io impliedgetblk(dev,blkno)n参数：参数：dev:设备号，设备号，blkno:设备块号设备块号n返回：缓冲区指针返回：缓冲区指针bpn步骤：步骤：n块在块在b链中，且当前空闲链中，且当前空闲n由由av链摘除，标记链摘除，标记BUSY,返回缓冲块指针返回缓冲块指针n块在块在b链中，但链中，但BUSY(其它进程在用其它进程在用)nsleep(空闲事件发生空闲事件发生)，由，由av链摘除，标记链摘除，标记BUSY,返回缓返回缓冲块指针冲块指针n不在不在b的链中，在的链中，在av链上取到延迟写的块链上取到延迟写的块n写出该块，分配下一个缓冲区写出该块，分配下一个缓冲区n不在不在b的链中，的链中，av链已空链已空n等待任意缓冲区变空闲的事件等待任意缓冲区变空闲的事件n不在不在b的链中，在的链中，在av链上得到空缓冲链上得到空缓冲n分配，由分配，由av链摘除，返回缓冲块指针链摘除，返回缓冲块指针brelse(bp)n参数：参数：bp:缓冲区头指针缓冲区头指针n返回：无返回：无n步骤：步骤：n有等待者有等待者(b_flag&B_WANTED!=0),唤醒唤醒;nbfreelist上有等待者上有等待者,唤醒唤醒nbp入入av链链bread(dev,blkno)n参数：参数：dev:设备号，设备号，blkno:设备块号设备块号n返回：载有信息的缓冲区返回：载有信息的缓冲区bpn步骤：步骤：nbp=getblk(dev,blkno)nif(缓冲区数据有效缓冲区数据有效)nreturn(bp)/在在cache中得到中得到n启动磁盘读启动磁盘读(d_actf/d_actl链链)nsleep(等待读盘完成事件等待读盘完成事件)n中断中断nbp入入b_forw/b_back链链,标记标记BUSYnreturn(bp)breada(dev,blkno,rablkno)n参数：参数：dev:设备号，设备号，blkno:读块号，读块号，rablkno:预读块号预读块号n返回：返回：blk缓冲块指针缓冲块指针rbpn步骤：步骤：nrbp=getblk(dev,blkno)nif(信息无效信息无效)n启动设备读入启动设备读入(d_actf/d_actl链链)nrabp=getblk(dev,rablkno)nif(B_DONE)/缓冲区从缓冲区从b链得到链得到nbrelse(rabp)/入入av链链nelse /缓冲区从缓冲区从av链得到链得到n启动设备读入启动设备读入(d_actf/d_actl链链)/中断时入中断时入b链和链和av链链niowait(rbp)nreturn(rbp)bwrite(bp)n参数：参数：bp：缓冲区指针：缓冲区指针n步骤：步骤：n入设备入设备d_act队列队列(若设备不忙启动设备若设备不忙启动设备)nif(!B_ASYNC)nsleep(等待等待IO完成事件完成事件)n中断中断nbp入入b链链,(b_forw/b_back)nbrelse(bp),(bp入入av链链)bdwrite(bp)n参数参数:bp:缓冲区指针缓冲区指针n返回返回:无无n步骤：步骤：n标记标记b_flags=|B_DELWRI|B_DONEnbp入设备入设备b_forw/b_back队列队列nbrelse(bp),(bp入入av链链)bawrite(bp)n参数：参数：bp:缓冲区头指针缓冲区头指针n返回：无返回：无n步骤：步骤：nbp-b_flag=|B_ASYNCnbwrite(bp)n中断中断n(入入b_act队列队列)n入入av队列队列8.8 输入输出进程输入输出进程n专门负责专门负责IO传输的进程传输的进程n另外一种另外一种IO模式模式服务模式服务模式nC/S Modeln特点特点n界面清晰界面清晰,方便使用方便使用n两次进程切换两次进程切换,速度问题速度问题8.9 RAID技术nRAID:nRedundant Array of Inexpensive Disksncompared with SLEDs(Single Large Expensive Disks)nRedundant Array of Independent Disks/独立磁盘冗余阵列独立磁盘冗余阵列nProposed by researchers at UC BerkeleynDavid A.PattersonnBackgroundndisk access speed increases slowly compared with CPUnsolution:multiple parallel componentnObjectivenenhanced performancenhigh reliabilityRAID技术nRAIDnRAID is a set of physical disks viewed by the operating system as a single logical drivenData are distributed across an array of physical drivesnRedundant disk capacity is used to store parity information,which guarantees data recoverability in case of disk failurenHardware RAID vs.Software RAIDnhardware based:special controller nWindows NT,2000,UNIX support software RAIDnSCSI RAID vs.IDE RAIDnperformance:SCSI outperforms IDEnprice:IDE beats SCSI8.9.1 RAID级别nHow to organize data across multiple disks?nIndustry standards schemen levels:nlevel 0,level 5nlevel 6,level 7nlevel 01/10nlevel 03/30nlevel 05/50nlevel 15/51Level 0nStrip(Striping):ndata are striped and stored on multiple disksnhigh data transfer capacity nno fault toleranced0d3d6d9disk0d1d4d7d10disk1d2d5d8d11disk2d0,d1,d2,d3,d11Level 1nMirror(mirroring)ncompletely duplicatednhigh recoverabilitynexpensived0d1d2d3disk1d0d1d2d3disk2d0,d1,d2,d3,.Level 0+1nRAID01/10nhigh reliabilitynhigh availabilitynexpensived0d2d4d6disk1d1d3d5d7disk2d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7d0d2d4d6disk0d1d3d5d7disk3Level 5nStrip+paritynsafety between 1 and 0neconomy between 1 and 0nspeed 0,less than 1d1d4p3d9disk1d2p1d7d10disk2d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7d0d3d6p4disk0p0d5d8d11disk3JBOD-SPANnNot a standard RAID levelnjust bundle of disksnno performance improvementnno safety guaranteed0d1d2d3disk0d4d5disk1disk2d1,d2,d3,d4,d5RAID level 0 1 5N#of disks 2,3,4 2 3,4,5Capacity SN SN/2 S(N-1)Store efficiency 100%50%(N-1)/NFault tolerance no 2 3 Availability 1 2 2Random read 4 3 5Random write 4 3 2Sequential read 5 2 4Sequential write 4 3 3Cost$8.9.2 Remark on Software RAIDnPros:ncost lessnsimplicitynCons:nperformancenboot volume limitation /导引卷不能是RAIDnlevel support:only 0,1,5 are supportednOS compatibility:multiple problemnother software compatibilitynreliabilitynsoftware bugsBenefit from RAIDnIncreased read/write speednImproved data reliabilitynEnlarged storage capacitynmultiple disks viewed as a single volume8.10 虚拟设备虚拟设备n概念概念n利用共享型设备实现的数量较多、速度较快的独占型设利用共享型设备实现的数量较多、速度较快的独占型设备备n引入引入n用户直接使用独占型设备效率低用户直接使用独占型设备效率低n实现实现n输入型虚拟设备输入型虚拟设备n输出型虚拟设备输出型虚拟设备n虚拟设备的例子虚拟设备的例子nSPOOLing输入输入nSPOOLing输出输出l用户使用独占型设备活动：用户使用独占型设备活动：申请，使用，使用，申请，使用，使用，使用，释放，使用，释放l缺点：缺点：速度：速度：CPU与设备速度不匹配与设备速度不匹配设备利用率：占有期间不一定一直使用设备利用率：占有期间不一定一直使用进程独占此设备进程独占此设备l方法：方法：在进程与独占型设备之间增加共享设备缓冲在进程与独占型设备之间增加共享设备缓冲虚拟虚拟设备设备虚拟虚拟设备设备虚拟虚拟设备设备虚拟虚拟设备设备进程进程独占设备独占设备 共享设备共享设备（如磁盘）（如磁盘）间断传输间断传输连续传输连续传输l输入型虚拟设备的实现输入型虚拟设备的实现申请：申请：l分配一虚设备分配一虚设备l分配一实设备分配一实设备l信息由实设备信息由实设备虚设备虚设备l去配该实设备去配该实设备使用：使用：l信息由虚设备信息由虚设备进程空间进程空间释放：释放：l去配虚设备去配虚设备l输出型虚拟设备的实现输出型虚拟设备的实现申请：申请：l分配一虚设备分配一虚设备使用：使用：l信息由进程空间信息由进程空间虚设备虚设备释放：释放：l分配一实设备分配一实设备l信息由虚设备信息由虚设备实设备实设备l去配实设备去配实设备l去配虚设备去配虚设备8.10.3 虚拟设备的例子虚拟设备的例子nSPOOLing输入输入n作业预输入（输入机作业预输入（输入机输入井）输入井）nSPOOLing输出输出n作业缓输出（输出井作业缓输出（输出井输出机）输出机）nSPOOLingnSimultaneous Peripheral Operation On-Linen由由SPOOLing程序控制通道完成程序控制通道完成.job11job1m.输入井输入井预输入进程预输入进程输入机输入机输入机输入机预输入进程预输入进程通道通道通道通道内存内存.SPOOLing输入程序（输入程序（1）vs.SPOOLing输入进程（输入进程（n）有待输入作业有待输入作业 有空闲作业表有空闲作业表等待等待等待等待取一取一“空闲空闲”作业表为作业表为JCB作业状态改为作业状态改为“提交提交”申请输入井空间申请输入井空间作业内容作业内容输入井输入井填写填写JCB作业状态改为作业状态改为“后备后备”作业调度作业调度1等待等待 “后备后备”作作业业唤醒唤醒SPOOLing 输入程序输入程序FTFTFT.通道通道通道通道job11job1n.输出井输出井缓输出进程缓输出进程缓输出进程缓输出进程内存内存输出机输出机输出机输出机SPOOLing输出程序（输出程序（1）vs.SPOOLing输出进程输出进程（n）输出作业结果输出作业结果释放输出井空间释放输出井空间状态改为状态改为“空空闲闲”有等空闲有等空闲JCB的预输入进程的预输入进程唤醒一个唤醒一个输出井有输出井有“完成完成”作作业业取一取一“完成完成”作作业业状态改为状态改为“退出退出”等待等待SPOOLing 输出程序FTTF8.11 稳定存储器稳定存储器(stable storage)n定义定义n不丢失信息的存储器称为稳定存储器不丢失信息的存储器称为稳定存储器n实现实现n不存在绝对可靠的存储介质不存在绝对可靠的存储介质n策略：冗余策略：冗余n在两种失效独立的介质上构建在两种失效独立的介质上构建n保存保存n将信息写到第一个存储块将信息写到第一个存储块n上述操作成功后，将相同信息写到第二存储块上述操作成功后，将相同信息写到第二存储块n仅当第二次传输也成功时，整个保存操作完成仅当第二次传输也成功时，整个保存操作完成8.11 稳定存储器稳定存储器(stable storage)n实现实现n恢复恢复n鉴别两个数据块内容鉴别两个数据块内容n一对信息完全相同，且无检测到错误，正常一对信息完全相同，且无检测到错误，正常n其中一块检测到错误，用另一块取代其中一块检测到错误，用另一块取代n两块均未检测到错误，但内容不同，用第二块内容取两块均未检测到错误，但内容不同，用第二块内容取代第一块内容代第一块内容8.12 系统举例系统举例Linuxn涉及内容涉及内容n设备驱动，设备缓冲，文件管理设备驱动，设备缓冲，文件管理n主要特点主要特点n允许系统管理员动态添加或删除设备，其相应的驱动程序通常允许系统管理员动态添加或删除设备，其相应的驱动程序通常以以DLL的形式动态加载，设备驱动程序可以采用高级语言编写，的形式动态加载，设备驱动程序可以采用高级语言编写，移植性好移植性好n除除NTFS外，支持多种可装卸的文件系统，如外，支持多种可装卸的文件系统，如FAT32、OS/2、HPFS、CDFS等支持映像文件等支持映像文件I/On设备管理子系统以设备管理子系统以I/O请求包请求包(I/O Request Package，IRP)方式驱动，每个方式驱动，每个I/O请求均以表示为请求均以表示为I/O请求包，请求包，I/O管理器管理器负责协调所有各组成部分之间的相互作用负责协调所有各组成部分之间的相互作用n通过系统进程通过系统进程(线程线程)提供异步提供异步I/O，在，在I/O请求的进程请求的进程(线程线程)不需要等待不需要等待I/O传输结果的情况下，请求者可以立即返回，具传输结果的情况下，请求者可以立即返回，具体体I/O操作由系统线程负责完成异步操作由系统线程负责完成异步I/O是通过异步过程调是通过异步过程调用用(Asynchronous Procedure Call，APC)实现的实现的应用程序应用程序系统服务系统服务IO管理程序文件系统磁盘驱动磁盘驱动光盘驱动光盘驱动磁带驱动磁带驱动Windows2000/XP IO子系统