操作系统-设备的分配与回收

设备的分配与回收

设备分配时应考虑的因素

1. 设备的固有属性
2. 设备的分配算法
3. 设备分配中的安全性

设备的固有属性可分为三种：独占式设备、共享式设备、虚拟设备。
独占式设备：一个时间段只能分配给一个进程
共享式设备：可同时分配给多个进程使用，各个进程往往是宏观上同时共享使用设备，微观上交替使用。
虚拟设备：采用假脱机技术将独占式设备改造成虚拟共享设备，可同时分配给多个进程使用。

设备分配算法：

先来先服务算法、短作业优先算法，优先级高优先算法等。

从进程运行的安全性上考虑，设备分配有两种方式：

• 安全分配方式：为进程分配一个设备后就将进程阻塞，本次IO完成后才将这个进程唤醒。这种方式是安全的破坏了“请求和保持条件”，不会发生死锁。但是对于进程来说，CPU和IO设备只能串行工作。

• 不安全分配方式：进程发出IO请求后，系统为其分配IO设备，进程可以继续执行，之后还可以发出新的IO请求。只有某个IO请求得不到满足的情况下才将进程阻塞。

静态分配与动态分配

静态分配：进程运行前，为其分配全部所需资源，运行结束后归还资源。
动态分配：进程运行过程中，动态的申请设备资源。

设备分配管理中的数据结构

设备与控制器通道之间的关系。
一个通道可以有多个控制器，一个控制器又能控制多台设备。所以他们三者之间是一对多的关系，也就可以用树状结构来描述。

系统会为每个设备配置一个设备控制表（DCT），用来记录设备情况。
这个设备控制表中包含有一下字段：设备类型（扫描仪/打印机/键盘），设备标识符（系统中每个设备的唯一ID），设备状态，指向控制表的指针（因为每个设备都有对应的控制器控制，所以这个指针就是用来指向控制它的控制器），重复执行次数或时间（当IO操作多次仍然不成功，才认为此次IO失败），设备队列的队首指针（这个指针指向一个队列，这个队列里面是PCB，这些PCB是正在等待该设备的）

控制器控制表(COCT)
每个设备控制器都会对应一张COCT。
控制器控制表中的属性有：控制器标识符（各个控制器的唯一ID）,控制器状态（忙碌，空闲，故障），指向通道的指针（每个控制器都有对应的通道，该指针用来找到对应的通道），控制器队列的队首指针，控制器队列的队尾指针（指向正在等待该控制器的阻塞队列（由PCB组成的队列））

通道控制表(CHCT)
每个通道都会对应一张CHCT。操作系统根据CHCT信息对通道进行操作和管理。
通道控制表中含有的属性：

• 通道标识符：各个通道的唯一ID
• 通道状态
• 与通道连接的控制器表首地址（根据该指针找到该通道管理的所有控制器相关信息）
• 通道队列队首指针，通道队列队尾指针（指向正在等待该通道的进程队列（有进程控制块组成））

系统设备表(SDT)
记录系统中全部设备的情况，每个设备对应一个表目录。

设备分配的步骤

1. 按照进程请求的物理设备名查找SDT
2. 根据系统设备表找到DCT（设备控制表），若设备忙碌则将进程挂到设备等待队列中，不忙碌则将设备分配给进程。
3. 根据设备控制表找到COCT（控制器控制表），若控制器忙碌则将进程PCB挂到控制器等待队列中，不忙碌则将控制器分配给进程。
4. 根据COCT找到CHCT（通道控制表），若通道忙碌则将PCB挂到通达等待队列中，不忙碌则将通道分配给进程。

只有设备。控制器、通道三者都分配成功时，这次设备分配才算成功，之后便可以启动IO设备进行数据传送

缺点：

1. 用户编程时必须使用物理设备名，底层细节对用户不透明，不方便编程

2. 若换了一个物理设备，则程序无法执行

3. 若进程请求的物理设备正在忙碌，则即使系统中还有同类型的设备，进程也必须阻塞等待

设备分配的改进方式

①根据进程请求的逻辑设备名查找SDT（注：用户编程时提供的逻辑设备名其实就是“设备类型"
②查找SDT，找到用户进程指定类型的、并且空闲的设备，将其分配给该进程。操作系统在逻辑设备表（LUT）中新增一个表项。
③根据DCT找到COCT，若控制器忙碌，则将PCB挂到控制器等待队列中；不忙碌，则将控制器分配给进程。
④根据COCT找到CHCT，若通道忙碌，则将进程PCB挂到通道等待队列中，不忙碌则将通道分配给进程

用户编程时使用逻辑设备名申请设备，操作系统负责实现从逻辑设备名到物理设备名的映射。LUT（逻辑设备表）
如果整个系统只有一张LUT：各个用户所用的逻辑设备名不能重复，如果每个用户一张LUT：各个用户的逻辑设备名可以重复。