五、I/O软件原理
输入输出软件的总体目标是将软件组织成一种层次结构
- 低层软件用来屏蔽硬件的具体细节
- 高层软件则主要是为用户提供一个简洁、规范的界面
设备管理的4个层次：
- 用户层软件 -》向系统发出I/O请求，显示I/O操作的结果，提供⽤户与设备的接⼝
- 与设备无关的软件层-》完成设备命名、设备分配、设备独⽴性和缓冲管理等功能
- 设备驱动程序-》与硬件关系最密切，包括设备服务程序和中断处理程序
- 中断处理程序（底层）-》
设备管理软件的功能：
（1）实现I/O设备的独⽴性
（2）错误处理
（3）异步传输
（4）缓冲管理
（5）设备的分配和释放
（6）实现I/O控制⽅式
中断处理程序
中断处理程序的作⽤：I/O中断处理程序的作⽤是将发出I/O请求⽽被阻塞的进程唤醒
设备驱动程序：
与硬件⽆关的I/O软件：
与设备⽆关的I/O软件的功能如下：
（1）设备命名
（2）设备保护
（3）提供独⽴于设备的块⼤⼩
（4）为块设备和字符设备提供必要的缓冲技术
（5）块设备的存储分配
（6）分配和释放独⽴设备
（7）错误处理
六、 磁盘管理
- 磁盘存储器容量⼤，存取速度快，⽽且可以实现随机存取，是存放⼤量程序和数据的理想设备；
- 磁盘管理的重要⽬标是提⾼磁盘空间利⽤率和磁盘访问速度
磁盘结构：
⼀个物理记录存储在⼀个扇区上，磁盘存储的物理记录数⽬是由扇区数、磁道数及 磁盘⾯数决定的。
磁盘类型：
- 固定头磁盘 在每条磁道上都有读/写磁头
- 活动头磁盘 (移动头)：每⼀个盘⾯仅配有⼀个磁头
磁盘访问时间：
磁盘调度
磁盘调度的一个重要目标是使磁盘的平均寻道时间最少
磁盘调度算法
- 先来先服务 (First Come First Served, FCFS)
- 最简单的磁盘调度算法 根据进程请求访问磁盘的先后顺序进⾏调度
- 优点：公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某⼀ 进程的请求⻓期得不到满⾜的情况
- 缺点：平均寻道时间较⻓
- 最短寻道时间优先 (Shortest Seek Time First, SSTF)
- 该算法选择的进程：其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近， 以使每次的寻道时间最短。
- 优点：每次的寻道时间最短，较之FCFS有更好的寻道性能
- 缺点：可能导致某个进程发⽣“饥饿”现象
- 扫描算法 (SCAN)
不仅考虑到要访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑磁头当前的移动⽅向。
优点：有较好的寻道性能，防⽌“饥饿”现象
缺点：有时候进程请求被⼤⼤推迟
- 循环扫描算法 (CSCAN)
在扫描算法的基础上，规定磁头是单向移动的。将最⼩磁道号紧接着最⼤磁道号构成循环，进⾏循环扫描。
- NStepSCAN和FSCAN调度算法
这两种算法可以避免磁臂粘着
计算题
假设磁盘有1000个磁道，若磁盘请求是一些随机请求，它们按照到达的次序分别处于 811、 348、153、968、407、580、233、679、801、121磁道。当前磁头在656号 磁道上，并且读写磁头正在向磁道号增加的方向移动。
要求： 1.给出用FCFS算法进行磁盘调度时满足请求的次序，并计算出它们的平均寻道长度。
2.给出用SSTF算法进行磁盘调度时满足请求的次序，并计算出它们的平均寻道长度。
假设磁盘有1000个磁道，若磁盘请求是一些随机请求，它们按照到达的次序分别处于150、 160、 184、90、58、55、39、38、18磁道。当前磁头100号磁道上，并且读写磁头正在向磁道号增 加的方向移动。
要求： 1.给出用SCAN算法进行磁盘调度时满足请求的次序，并计算出它们的平均寻道长度。
2.给出用CSCAN算法进行磁盘调度时满足请求的次序，并计算出它们的平均寻道长度。
提⾼磁盘I/O速度的⽅法
为了提高磁盘I/O速度，用来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息的方 法是磁盘高速缓存