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1、习题8解答习题 8 8.1 按传输单位划分，设备可分为几类 ？ 答： 可分为两类，字符和块单位。 8.2 你认为打印机在系统分配给P1进程使用完后，又由系统分配给P2进程使用，P1和P2都在系统的管理下使用，则P1和P2是否属于共享了打印机 ？ 答： 也属于一种共享，但应当注意，打印机不是共享设备，因而不属于同时共享。 8.3 为什么要对设备进行分类 ？ 表1 答： 打印机 磁盘 磁带 对设备分类的目的在于简化设备 独占设备 管理程序。由于设备管理程序是和硬件打交 共享设备 道的，因此，不同的设备硬件对应于不同的 可寻址 管理程序。 顺序设备 8.4 请在表1对应的位置打“”以确 随机设备 定
2、所对应的特性 8.5 你认为为什么在多道环境下，用户不能直接执行启动外设指令，为什么 ？ 答： 因为是多用户环境下，用户直接执行启动外设会因设备无统一管理而导致用户之间相互发生冲突。 8.6 设备控制器的作用是什么，DMA与通道有何不同 ？ 答： 设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，它有两个方向的接口，一个是接收来自主机发送的命令和数据的系统接口，用于控制设备通过总线与主机之间的数据交换；另一个是与设备驱动电路之间的接口，用于根据主机发来的命令控制设备进行I/O操作。 一个DMA控制器只能挂接少量的同类设备，这远远不能满足大型计算机系统的需要。通常，大型计算机需要连接大量的高速和低速外部
3、设备。 DMA可以实现一个数据块的连续传输，但一次只能一块，且也是地址连续的。如果多个数据块传输，就需要多次的启动DMA，因而也产生了多次的中断处理。而通道不仅有自己的指令系统，而且一次可以实现多个离散数据块的传输。不仅如此，通道还可以通过指令实现对设备的控制，如磁带的反绕操作等。因此，通道可以实现较为复杂的I/O控制。 8.7 有了中断控制方式，为何还需要DMA和通道控制输入输出 ？ 答： 因为对于块设备和大量的数据传输，仅仅是中断方式效率很低，而且仅适合低、中速设备；对于块设备的高速数据传输，中断多次的中断传输行为不仅可能丢失数据，而且效率太低。 8.8 在下面的三种通道类型中，你认为哪种
4、类型能支持通道程序的并发执行 ？ 字节所路通道； 数组多路通道； 数组选择通道； 答： 和。 8.9 在由通道控制输入输出方式中，是设备还是通道中断CPU“通知”此次I/O完成 ？ 答： 171 由通道中断CPU“通知”此次I/O完成。 8.10 设备管理的目标是什么 ？ 答： 1）设备独立性；操作系统主动为用户提供一个友好、通用、一致并且规范的使用接口，作到用户应用程序与实际物理设备无关，由系统考虑如何分配设备。 2）提高系统整体效率；需要采用一些必要的方法来加快I/O操作的速度，以提高设备和CPU的效率。 8.11 管理设备主要的数据结构是哪些 ？ 答： 系统设备表、设备控制表、控制器控制
5、表、通道控制表等。 8.12 I/O管理功能主要有哪些 ？ 答： 1）记录设备信息；记录系统内各个设备的信息，包括设备类型、当前状态等信息，以便在用户请求I/O时，作为分配的依据。 2）设备分配与再分配；按照设备的类型，以及系统确定的分配算法，在进程请求I/O时，决定将一台设备分配给该进程。所谓再分配，就是在进程完成所请求的I/O传输后，收回该设备作为可再分配设备。完成该功能的程序称为设备分配程序。 3）实施I/O操作；完成这个功能的程序为设备驱动程序。在有通道的系统中，是由通道程序完成的。 4）缓冲管理；缓冲在这里主要是指由于速度不匹配引起的等待，或过多的系统开销。对这些缓冲区同样存在分配与
6、再分配管理。 8.13 试说明下列术语的对应关系： I/O设备； I/O驱动程序； I/O进程； 答： 一般来说，一个I/O驱动程序可以对应多个同类设备；一个I/O设备与一个进程对应。 8.14 共享设备的分配与独占设备的分配有何不同的考虑 ？ 答： 1）独占设备分配；就是将独占设备一次性分配给某个进程进行I/O数据传输，直至I/O完成。在进程占用期间，即使设备空闲也不能分配给其它进程，这种设备的分配和活动形式就是： 申请，使用，使用，使用，释放。 2）共享设备分配；就是指在一段时间内同时可为多个进程所占用的设备，如磁盘、磁鼓等高速、大容量外设。这种外设的使用方式类似与单处理机中的CPU，在一
7、段时间内可为多个进程并发执行的情况一样，但某一时刻仅为一个进程所执行。 对于用户使用共享设备的活动就为： 使用，使用，使用 8.15 用一句话解释什么是虚拟设备 ？ 答： 利用共享设备模拟独占设备的技术。 8.16 请给出假脱机系统关于进程请求一次I/O输出过程的简要描述。 答： 以一次输出为例： 172 1）当用户进程需要将中间结果输出时，系统立刻启动输出进程将其输出到输出井中，此时假定已将用户要求的输出完成。 2）当相应外设空闲时，系统再启动输出进程将其中间结果从输出井送到到外设上进行输出。 8.17 引入缓冲的主要原因是什么 ？ 答： 1）减少进程被阻塞的机会，以及设备和中断的次数。 2
8、）可以缓解对存储管理模块的干扰。 3）也是最基本的，缓解CPU与低速外设速度不匹配的矛盾，使数据处理速度提高。 因此，在现代操作系统中，主机系统与外设进行数据交换都采用缓冲区方式，这样在设备管理中就引入了用来暂存数据的缓冲技术。 8.18 在单缓冲的情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为 max(T，C)+M ？能否给出在T C时的示意图。 答： 参见书192页，图8.16。 8.19 在双缓冲的情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为 max(T，C) ？ 答： 两个缓冲区之后，CPU将输入到一个缓冲区的数据取走的同时，输入设备可向另一个缓冲区输入数据。CPU在计算时，输入设备也可以进行输
9、入；假定输入设备输入一块数据块的时间T=2C+M，即输入数据的时间大于CPU计算的时间，有 TC，如193页，图8.17，则处理一块数据的平均时间为 max( T，C )。 8.20 引入多缓冲之后，是否一定能保证CPU没有空闲，为什么 ？ 答： 不能，因为缓冲技术是以空间换取时间，而且只能在设备使用不均衡时起到平滑作用。如果在相当长的一段时间内，并行的一方工作速度超出了另一方不间断工作所能完成的总量，那么一旦缓冲区已全部存放了I/O数据后，多缓冲的作用也就消失了。 8.21 设备驱动程序与一般应用程序的区别是什么 ？ 答： 它与I/O设备的硬件结构密切相关。设备驱动程序中全部是依赖设备的代码
10、。设备驱动程序是操作系统底层中唯一知道各种输入输出设备的控制器的细节以及其用途的部分。例如，只有磁盘驱动程序具体了解磁盘的区段、磁道、柱面、磁头、磁臂的运动、交错访问系统、马达驱动器、磁头定位次数、以及保证磁盘正确工作的机制。应用程序是不清楚这些硬件操作细节的。 8.22 为什么同是块设备，磁带是属于顺序设备，而磁盘是属于随机设备 ？ 答： 由于磁带的物理特性是一条向前或反绕的磁带，是启停设备，是一维地址，且磁带很长，而且机械运动的速度相对较慢，随机访问不连续块会造成相当大的时间开销。 磁盘的物理特性是地址是三维的，可由磁臂、旋转定位一个扇区，即可任意地确定一个块的位置，因而是随机设备。 8.
11、23 假设一个磁盘有200个磁道，编号从 0199。当前磁头处在143道上服务，且刚刚完成了125道的请求。如果有下列寻道请求序列：50，90，20，170，140，85，110，185，65，5。请给出 FCFS、SSTF、SCAN CSCAN磁盘调度算法的平均寻道距离，给出其图示。 答： 173 参见书205206页相关示例。 8.24 为什么要引入RAID技术 ？RAID 1的优点和缺点各是什么 ？ 答： 这是由于硬件发展的不平衡所带来的。CPU的速度远远地高于磁盘等大容量设备，故希望利用多磁盘组的并行技术缓解速度上的不匹配。在多个磁盘组的机制下，整体处理速度可以得到提高。在多磁盘组情况下，各个磁盘组独立地处理I/O请求，实现并行处理。这是解决磁盘存储器与处理机速度匹配的出发点。 RDID1的优点：由磁盘对组成。每个工作盘都有对应的镜像盘，两者保存的数据完全相同。在数据读取时，可读取任意应该对应的磁盘，具有高可靠性， RDID1的缺点：空间利用率只有50%。 174
