五、I/O軟體原理

輸入輸出軟體的總體目標是將軟體組織成一種層次結構

• 低層軟體用來遮蔽硬體的具體細節
• 高層軟體則主要是為使用者提供一個簡潔、規範的介面

裝置管理的4個層次：

• 使用者層軟體 -》向系統發出I/O請求，顯示I/O操作的結果，提供⽤戶與裝置的接⼝
• 與裝置無關的軟體層-》完成裝置命名、裝置分配、裝置獨⽴性和緩衝管理等功能
• 裝置驅動程式-》與硬體關係最密切，包括裝置服務程式和中斷處理程式
• 中斷處理程式（底層）-》

裝置管理軟體的功能：

（1）實現I/O裝置的獨⽴性
（2）錯誤處理
（3）非同步傳輸
（4）緩衝管理
（5）裝置的分配和釋放
（6）實現I/O控制⽅式

中斷處理程式

　　中斷處理程式的作⽤：I/O中斷處理程式的作⽤是將發出I/O請求⽽被阻塞的程序喚醒

裝置驅動程式：

 與硬體⽆關的I/O軟體：

與裝置⽆關的I/O軟體的功能如下：

（1）裝置命名

（2）裝置保護

（3）提供獨⽴於裝置的塊⼤⼩

（4）為塊裝置和字元裝置提供必要的緩衝技術

（5）塊裝置的儲存分配

（6）分配和釋放獨⽴裝置

（7）錯誤處理

六、 磁碟管理

• 磁碟儲存器容量⼤，存取速度快，⽽且可以實現隨機存取，是存放⼤量程式和資料的理想裝置；
• 磁碟管理的重要⽬標是提⾼磁碟空間利⽤率和磁碟訪問速度

磁碟結構：

　　⼀個物理記錄儲存在⼀個扇區上，磁碟儲存的物理記錄數⽬是由扇區數、磁軌數及 磁碟⾯數決定的。

 磁碟型別：

• 固定頭磁碟 在每條磁軌上都有讀/寫磁頭                       
• 活動頭磁碟 (移動頭)：每⼀個盤⾯僅配有⼀個磁頭

 磁碟訪問時間：

 磁碟排程

　　磁碟排程的一個重要目標是使磁碟的平均尋道時間最少

 磁碟排程演算法

• 先來先服務 (First Come First Served, FCFS)
  • 最簡單的磁碟排程演算法 根據程序請求訪問磁碟的先後順序進⾏排程
  • 優點：公平、簡單，且每個程序的請求都能依次得到處理，不會出現某⼀ 程序的請求⻓期得不到滿⾜的情況
  • 缺點：平均尋道時間較⻓
  •  
• 最短尋道時間優先 (Shortest Seek Time First, SSTF)
  • 該演算法選擇的程序：其要求訪問的磁軌與當前磁頭所在的磁軌距離最近， 以使每次的尋道時間最短。
  • 優點：每次的尋道時間最短，較之FCFS有更好的尋道效能
  • 缺點：可能導致某個程序發⽣“飢餓”現象
  •  
• 掃描演算法 (SCAN)

　　　　不僅考慮到要訪問的磁軌與當前磁軌的距離，更優先考慮磁頭當前的移動⽅向。

　　　　優點：有較好的尋道效能，防⽌“飢餓”現象
　　　　缺點：有時候程序請求被⼤⼤推遲

• 迴圈掃描演算法 (CSCAN)

　　　　在掃描演算法的基礎上，規定磁頭是單向移動的。將最⼩磁軌號緊接著最⼤磁軌號構成迴圈，進⾏迴圈掃描。

• NStepSCAN和FSCAN排程演算法

　　　　這兩種演算法可以避免磁臂粘著

計算題

假設磁碟有1000個磁軌，若磁碟請求是一些隨機請求，它們按照到達的次序分別處於 811、 348、153、968、407、580、233、679、801、121磁軌。當前磁頭在656號 磁軌上，並且讀寫磁頭正在向磁軌號增加的方向移動。

要求： 1.給出用FCFS演算法進行磁碟排程時滿足請求的次序，並計算出它們的平均尋道長度。

 2.給出用SSTF演算法進行磁碟排程時滿足請求的次序，並計算出它們的平均尋道長度。

假設磁碟有1000個磁軌，若磁碟請求是一些隨機請求，它們按照到達的次序分別處於150、 160、 184、90、58、55、39、38、18磁軌。當前磁頭100號磁軌上，並且讀寫磁頭正在向磁軌號增 加的方向移動。

要求： 1.給出用SCAN演算法進行磁碟排程時滿足請求的次序，並計算出它們的平均尋道長度。

 2.給出用CSCAN演算法進行磁碟排程時滿足請求的次序，並計算出它們的平均尋道長度。

提⾼磁碟I/O速度的⽅法

 為了提高磁碟I/O速度，用來暫存從磁碟中讀出的一系列盤塊中的資訊的方 法是磁碟快取記憶體

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