“操作系统概论”习题解答之设备管理

　　第5章 习题解答

　　1.从使用的角度，外围设备可分为哪两类？用户要求使用外围设备时，系统采用什么方法来分配？

　　答：从使用角度来分析设备的特点，可以把设备分成两类：一类是一个作业在执行期间独占使用的设备，称为独占设备。这类设备一般采用静态分配的办法在作业执行前就分配出去了，直到作业结束撤离的时候，才将分配出去的设备收回，收回后，才能再分配给其他需要使用该类设备的作业。另外一类是共享设备。这类设备可以由几个作业同时使用。共享设备采用动态分配的办法，这种方法不是在作业执行前分配，而是到作业需要启用设备的时候才分配设备给作业。

　　2.如果某作业申请外围设备时，指定申请某台外围设备，那么按教材中图5-l设置的分配表怎样实现分配？

　　答：如果用户指定申请某台外围设备，用户给出设备绝对号，系统为它分配时先查设备分配表，按照设备绝对号找到登记项，查是否未分配且是好的，若是则分配给用户，状态改成已分配，填上占用的作业名，通知用户已经分配成功；若已经分配或者设备坏了，则分配不能被满足，输出信息告诉用户不能分配的原因。

　　3.什么是输入输出操作？

　　答：作业执行中总要不断地启动外围设备，把信息读入主存储器进行处理，或者把主存储器中的信息传送到存储介质上。主存储器与外围设备之间的信息传送操作就叫作输入输出操作。

　　4.解释通道命令、通道程序、通道地址字、通道状态字。

　　答：通道命令：又称为通道命令字（CCW，Channel command Word），它是规定设备的某一种动作的指令。

　　通道程序：是由通道命令编制出来一段程序，用于控制设备的工作。整个通道程序确定了外围设备应执行的操作及操作顺序。

　　通道地址字：通道程序是存放在主存中的，为了使通道能够正确快速地找到通道程序的起始地址，系统在主存中安排一个固定的单元，用来存放通道程序的起始地址，这个固定的单元称为通道地址字（CAW，Channel address Word）

　　通道状态字：通道被启动后，控制指定的设备完成规定的操作，同时，通道在执行对外围设备控制的过程中，要记录通道与设备执行情况，为此系统在主存中安排另一个固定单元，用于存放这些被记录状态，这个固定单元称为通道状态字（CSW，Channel Status Word）。

　　5.中央处理器与通道是怎样配合工作的？

　　答：①中央处理器组织好通道程序，并把通道程序的首地址存人通道地址字中。然后，中央处理器执行“启动I／O”指令来启动通道工作。通道收到命令后根据通道和设备的工作情况，或者逐条执行通道程序中的通道命令，来控制设备运行；或者拒绝接受，并且用条件码向中央处理器作出是否接受启动的回答。

　　②中央处理器分析条件码，若启动不成功，则推迟相应的输人输出操作的执行，待适当的时候重新执行“启动I／O”指令。

　　③通道把执行通道程序的情况汇集在通道状态字中，当通道完成输人输出操作，向中央处理器汇报命令执行情况。由于通道和设备执行操作的情况已经在CSW中了，所以一般由通道产生I/O中断，将中断的通道和设备记载到寄存器中，中央处理器响应中断后，操作系统分析特定寄存器和CSW中的内容并做相应地处理。

　　6.什么叫驱动调度？总结对磁盘的驱动调度过程。

　　答：在共享设备中，采用某种策略从等待访问该设备的进程中选择一个进程访问设备的工。作称为驱动调度。其目的是降低若干个访问者执行I／O操作的总时间，提高I/O操作的吞吐量。对于磁盘设备来说驱动调度先进行“移臂调度”，以寻求较优化的寻找时间，定位好柱面，然后再进行‘旋转调度“，寻求好的延迟时间，定位好扇区。

　　7.假定磁盘的移动臂现在处于第8柱面，有如下6个请求者等待访问磁盘，请你列出最省时间的响应次序：

　　序号 柱面号 磁头号 扇区号

　　1  9  6  3

　　2  7  5  6

　　3  15  20  6

　　4  9  4  4

　　5  20  9  5

　　6  7  15  2

　　（分析）先进行移臂调度，再进行旋转调度，由于寻找时间更为重要，那么要想时间最短就要有最短的寻找时间，所以移臂调度可以选择最短寻找时间优先算法。根据题目，访问9柱面和访问7柱面在寻找时间上是等同的，可以任意选择一个，假设选择了第9柱面，这里有进程1和进程4满足要求，再根据旋转调度，进程1访问的扇区号小于进程4，应该西先访问，所以确定进程1第一访问，其次是在同一个柱面上的进程4，之后，根据最短寻找时间优先算法，接下来应该是第7柱面的任务6或任务2，同样我们应该选择任务6，再选择2，然后是访问15柱面的任务3，最后是访问20柱面的任务5，整个过程移臂移动了16个柱面。次序是l、4、6、2、3、5.

　　如果第一步先访问7柱面，我们也很容易得到访问顺序是6、2、1、4、3、5，整个过程移臂移动了14个柱面。

　　答：最省时间的响应次序是：l、4、6、2、3、5或6、2、l、4、3、5.

　　8.什么是输人井和输出井？

　　答：在具有通道技术的系统中，我们利用中央处理器和通道并行工作的能力，用一台机器完成脱机外围设备操作技术中三台机器的工作。操作系统中包含两个程序：“预输入程序”代替输入外围设备，“缓输出程序”代替输出外围设备。系统在磁盘中划分出专门称为“井”的区域，它分为“输入井”和“输出井”，它们分别代替低速的独占使用的输入设备和输出设备。

　　9.什么是SPOOLING系统？清简述它的实现思想。

　　答：操作系统中实现联机同时外围设备操作功能的部分称为斯普林（SPOOIJNG）系统。它的实现思想是：

　　利用中央处理器和通道并行工作的能力，用一台机器完成脱机外围设备操作技术中三台机器的工作。

　　操作系统中包含两个程序：“预输入程序”代替输入外围设备，“缓输出程序”代替输出外围设备。系统在磁盘中划分出专门称为“井”的区域，它分为“输入井”和“输出井”。“预输入程序”把作业流中作业信息传送到“输入井”保存，作业在执行时只要通过“输入井读”程序从上“输入井”获取数据，而不去启动低速的外围设备。作业执行的时候产生的结果也不直接输出到低速外设上，而是先通过“输出井写”程序输出到“输出井”，由“缓输出程序”将“输出井”中的数据再输出到低速设备上。“缓输出程序”输出的时候，中央处理器可以处理别的事务了。实现“输入井读”和“输出井写”程序统称为“井管理”程序。显然，斯普林系统由三个部分组成：“预输入”程序、“井管理”程序和“缓输出”程序。

　　10.什么叫虚拟设备？实现虚拟设备的主要条件是什么？

　　答：采用SPOOL操作后，利用共享设备来模拟独占设备，使每个作业都感到分到了一台高速的输入输出设备，利用这个技术所提供的设备称为虚拟设备。实现虚拟设备时，必须要有硬件的中断装置和通道技术作支撑，使中央处理器与各种外围设备之间可以并行工作。操作系统采用多道程序设计技术，合理分配处理器，实现联机的外围设备同时操作。实现虚拟设备时，操作系统必须设计好“预输入”、“井管理”、“缓输出”程序。

　　11.总结实现虚拟设备的优点。

　　答：实现虚拟设备不仅提高了独占实用设备的利用率，而且大大加快了作业的执行速度。