第六章输入输出系统

Myth丶恋晨 2022-04-15 21:19 235阅读 0赞

**一、简答题：**

1．有几种I／O控制方式？各有何持点？

（1）、循环测试 I/O方式（轮询方式）

利用I/O测试指令测试设备的闲忙。若设备不忙，则执行输入或输出指令；若设备忙，则I/O测试指令不断对该设备进行测试，直到设备空闲为止。这种方式使CPU花费很多时间在I/O是否完成的循环测试中，造成极大的浪费。

（2）、[中断处理][Link 1]方式

引入中断之后，每当设备完成[I/O操作][I_O]，便以[中断请求][Link 2]方式通知CPU，然后进行相应处理。但由于CPU直接控制输入输出操作，每传达一个单位信息，都要发生一次中断，因而仍然消耗大量[CPU时间][CPU]。

（3）、直接内存存取（DMA）方式

DMA（Direct Memory Access，直接内存存取）方式用于高速[外部设备][Link 3]与内存之间批量数据的传输。它使用专门的[DMA控制器][DMA]，采用窃取总线程控制权的方法，由DMA控制器送出[内存地址][Link 4]和发出内存读、设备写或者设备读、内存写的控制信号完成内存与设备之间的直接数据传送，而不用CPU干预。当本次DMA传送的数据全部完成时才产生中断，请求CPU进行结束处理。

（4）、通道方式

通道是一个用来控制外部设备工作的硬件机制，相当于一个功能简单的处理机。通道是独立于CPU的、专门负责数据的输入输出传输工作的处理器，它对外部设备实统一管理，代替CPU对[I/O操作][I_O]进行控制，从而使I/O操作可以与CPU并行工作。通道是实现计算机和传输并行的基础，以提高整个系统的效率。

2. 为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？

现代操作系统为了提高系统的可适应性和可扩展性，都实现了设备独立性或设备无关性。基本含义是应用程序独立于具体使用的物理设备，应用程序以逻辑设备名请求使用某类设备。实现了设备独立性功能可带来两方面的好处：（1）设备分配时的灵活性；（2）易于实现I / O重定向。

为了实现设备的独立性，应引入逻辑设备和物理设备概念。在应用程序中，使用逻辑设备名请求使用某类设备；系统执行时是使用物理设备名。鉴于驱动程序是与硬件或设备紧密相关的软件，必须在驱动程序之上设置一层设备独立性软件，执行所有设备的公有操作、完成逻辑设备名到物理设备名的转换（为此应设置一张逻辑设备表）并向用户层（或文件层）软件提供统一接口，从而实现设备的独立性。

3.  SPOOLing系统由哪几部分组成？以打印机为例说明如何利用SPOOLing技术实现多个进程对打印机的共享？

SPOOLing 系统由输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程 SPi 和输出进程 SPo 三部分组成。

打印机打印时，SPOOLing系统应为请求I/O的进程提供以下服务：

1.  由输出进程在输出井中申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；
2.  输出进程为用户进程申请空白用户打印表，填入打印要求，将该表挂到请求打印队列。
3.  一旦打印机空闲，输出进程便从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根据表中要求将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区，再由打印机进行打印。

**二、综合题**

4. 假定磁盘有200个柱面，编号0~199，当前存取臂的位置在143号柱面上，并刚刚完成了125号柱面的服务请求，如果请求队列的先后顺序是：86，147，91，177，94，150，102，175，130；试问：为完成上述请求，下列算法存取臂移动的总量是多少？并算出存取臂移动的顺序。 (1)先来先服务算法FCFS； (2)最短查找时间优先算法SSTF； (3)扫描算法SCAN。 (4)电梯调度。

(1)FCFS： 143-86-147-91-177-94-150-102-175-130。 移动总量：565

(2)SSTF： 143-147-150-130-102-94-91-86-175-177。 移动总量162

(3)SCAN：143-147-150-175-177-199-130-102-94-91-86。 移动总量169

(4)电梯调度： SCAN算法又称电梯调度算法

5. 旋转型设备上信息的优化分布能减少为若干个I/O服务的总时间。设磁鼓上分为20个区，每区存放一个记录，磁鼓旋转一周需20毫秒，读出每个记录平均需用1毫秒，读出后经2毫秒处理，再继续处理下一个记录。在不知当前磁鼓位置的情况下：（1）顺序存放记录1、……，记录20时，试计算读出并处理20个记录的总时间；（2）给出优先分布20个记录的一种方案，使得所花的总处理时间减少，且计算出这个方案所花的总时间。

定位第1个记录平均需20/2=10ms。读出第1个记录花1ms，处理花2ms，这时已到了第4个记录，再转过18个区，花18ms，才能找到记录2。总时间：

10 + 3 +（1 + 2 + 18）×19 + 13  =  425ms

给出优先分布的：循环中每隔2个空加一：

1，8，15，2，9，16，3，10，17，4，11，18，5，12，19，6，13，20，7，1

当读出第1个记录，花2ms处理后，恰好就可以处理记录2，这样循环下去。总时间：

10＋3＋3×19 ＝ 70ms

[Link 1]: https://www.baidu.com/s?wd=%E4%B8%AD%E6%96%AD%E5%A4%84%E7%90%86&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao
[I_O]: https://www.baidu.com/s?wd=I/O%E6%93%8D%E4%BD%9C&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao
[Link 2]: https://www.baidu.com/s?wd=%E4%B8%AD%E6%96%AD%E8%AF%B7%E6%B1%82&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao
[CPU]: https://www.baidu.com/s?wd=CPU%E6%97%B6%E9%97%B4&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao
[Link 3]: https://www.baidu.com/s?wd=%E5%A4%96%E9%83%A8%E8%AE%BE%E5%A4%87&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao
[DMA]: https://www.baidu.com/s?wd=DMA%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao
[Link 4]: https://www.baidu.com/s?wd=%E5%86%85%E5%AD%98%E5%9C%B0%E5%9D%80&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao