操作系统第五章答案Word下载.doc
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1、字节多路通道：
这是一种按字节交叉方式工作的通道。
它通常都含有许多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每个子通道连接一台I/O设备，并控制该设备的I/O操作。
这些子通道按时间片轮转方式共享主通道。
只要字节多路通道扫描每个子通道的速率足够快，而连接到子通道上的设备的速率不是太高时，便不致丢失信息。
2、数组选择通道：
字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方式进行数据传送的数组选择通道的形成。
3、数组多路通道：
数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许一个设备数据。
数组多
路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道（设备）分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。
它含有多个非分配型子通道，因而这种通道既具有很多高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。
4、如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？
P166
解决“瓶颈”问题的最有效的方法，便是增加设备到主机间的通路而不增加通道，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。
多通路方式不仅解决了“瓶颈”问题。
而且提高了系统的可靠性，因为个别通道或控制器的故障不会使设备和存储器之间没有通路。
5、试对VESA及PCI两种总线进行比较。
P167
1、VESA该总线的设计思想是以低价位迅速点领市场。
VESA总线的带宽为32位，最高传输速率为132Mb/s。
VESA总线仍存在较严重的缺点，它所能连接的设备数仅为2—4台，在控制器中无缓冲，故难于适应处理器速度的不断提高，也不能支持后来出现的Pentium微机。
2、PC随着Pentium系列芯片的推出，PCI在CPU和外设间插入一复杂的管理层，用于协调数据传输和提供一致的接口。
在管理层中配有数据缓冲，通过该缓冲可将线路的驱动能力放大，使PCI最多能支持10种外设，并使高时钟频率的CPU能很好地运行，最大传输速率可达132Mb/s。
PCI即可连接ISA、EISA等传统型总线，又可支持Pentium的64位系统，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。
6、试说明推动I/O控制发展的主要因素是什么？
在I/O控制方式的整个发展过程中，始终贯穿着这样一条宗旨，即尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从繁杂的I/O控制事务中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。
7、有哪几种I/O控制方式？
各适用于何种场合？
P167-P170
1、程序I/O方式：
2、中断驱动I/O控制方式：
3、直接存储器访问（DMA）4、I/O通道控制方式：
8、试说明DMA的工程流程。
P170图要画
当CPU要从磁盘读入一数据块时，便向磁盘控制器发送一条读命令。
该命令被送到其中的命令寄存器（CR）中。
同时，还须发送本次要将数据读入的内存起始目标地址，该地址被送入内存地址寄存器（MAR）中；
本次要读数据的字（节）数则送入数据计数器（DC）中，还须将磁盘中的源地址直接送至DMA控制器的I/O控制逻辑上，然后启动DMA控制器进行数据传送，以后CPU便可去处理其它任务。
此后，整个数据传送过程便由DMA控制器进行控制。
当DMA控制器已从磁盘中读入一个字（节）的数据送入数据寄存器（DR）后，再挪用一个存储器周期，将该字（节）传送到MAR所指示的内存单元中。
按着便对MAR内容加1，将DC内容减1.若减1后，DC内容不为0，表示传送未完，便继续传送下一个字（节）；
否则，由DMA控制器发出中断请求。
9、引入缓冲的主要原因是什么？
P172
1、缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾。
2、减少对CPU的中断次数。
3、提高CPU和I/O设备之间的并行性。
10.在单缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为max（C,T）+M?
？
在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T；
操作系统将缓冲区数据传送给用户区的时间为M；
而CPU对这一块数据进行计算得时间为C。
在单缓冲情况下，由于设备的输入操作和CPU的处理操作可以并行，所以系统对每一整块数据的处理时间为max（C,T）+M。
11.为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max（C,T）？
该方式又称缓冲对换方式，在设备输入时，先将数据送入第一缓冲区，装满后便转向第二缓冲区。
此时操作系统可以从第一缓冲区移出数据，并送入用户进程。
接着由CPU对数据进行计算。
在双缓冲区中，不仅设备的输入操作和CPU的处理操作可以并行，设备的输入操作和数据的传送操作也可以并行，因此耗时大约为max（C+M,T）。
考虑到M是内存中数据块的“搬家”耗时，非常短暂可以省略，因此近似地认为是：
max（C,T）。
12、试绘图说明把多缓冲用于输出时的情况？
P174
图略。
13、试说明收容输入工作缓冲区和提取输出工作缓冲区的工作情况？
P177
收容输入：
在输入进程需要输入数据时，变调用Getbuf（emq）过程，从空缓冲队列emq的队首摘下一空缓冲区，把它作为收容输入工作缓冲区hin。
然后，把数据输入其中。
提取输出：
由输出进程调用Getbuf（outq）过程，从输出队列的队首取得一装满输出数据的缓冲区，作为提取输出工作缓冲区sout。
在数据提取完后，再调用Putbuf（emq,sout）过程，将该缓冲区挂在空缓冲队列末尾。
14、何谓安全分配方式和不安全分配方式？
P188
安全分配方式：
在这种方式中，每当进程发出I/O请求后，便进入阻塞状态，直到其I/O操作完成时才被唤醒。
即CPU与I/O设备是串行工作。
不安全分配方式：
在这种分配方式中，进程在发出I/O请求后仍继续运行，需要时又发出第二个I/O请求，第三个I/O请求等。
从而可能造成死锁。
15、为何要引入设备独立性？
如何实现设备的独立性？
P184-P185
应用程序独立于具体使用的物理设备。
为了实现设备独立性而引入逻辑设备和特理设备这两个概念。
在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；
而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。
因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能，这非常类似于存储器管理中所介绍的逻辑地址和物理地址的概念。
在应用程序中的使用的是逻辑地址，而系统在分配和使用内存时，必须使用物理地址。
1、对独立设备的分配与回收；
2、将逻辑设备名映射为物理设备名，进一步可以找到相应物理设备的驱动程序；
3、对设备进行保护，禁止用户直接访问设备；
4、缓冲管理，即对字符设备和块设备的缓冲区进行有效的管理，以提高I/O的效率；
5、差错控制，由于在I/O操作中的绝大多数错误都与设备无关，故主要由设备驱动程序处理，而设备独立性软件只处理那些设备驱动程序无法处理的错误；
6、提供独立于设备的逻辑块，不同类型的设备信息交换单位是不同的，读取和传输速率也各不相同，即使同一类型的设备，其信息交换单位大小也是有差异的，如不同磁盘由于扇区大小的不同，可能造成数据块大小的不一致，因此设备独立性软件应负责隐藏这些差异，对逻辑设备使用并向高层软件提供大小统一的逻辑数据块。
16、在考虑到设备的独立性时，应如何分配独享设备？
P189
1、分配设备；
分配控制器；
分配通道；
2、增加设备的独立性；
考虑多通路情况；
17、何谓设备虚拟？
实现设备虚拟时所依赖的关键技术是什么？
P187—P188
设备虚拟是指设备本身虽是独占设备，但经过某种技术处理，可以把它改造成虚拟设备。
实现设备邪虚拟：
由于可虚拟设备是指一台物理设备在采用虚拟技术后，可变成多台逻辑上的所谓虚拟设备，因而说，一台可虚拟__设备是可共享的设备，可以将它同时分配给多个进程使用，并对这些访问该（物理）设备的先后次序进行控制。
18、试说明SPOOLing系统的组成。
P190
1、输入井和输出井：
这是在磁盘上开辟的两个大存储空间。
2、输入缓冲区和输出缓冲区：
为了缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾，在内存中要开辟两个缓冲区，输入缓冲区和输出缓冲区。
3、输入进程SPi和输出进程SP0：
这里利用两个进程来模拟脱机I/O时的外围控制机。
19．在实现后台打印时，SPOOLING系统应为请求I/O的进程提供哪些服务？
在实现后台打印时，SPOOLing系统应为请求I/O的进程提供以下服务：
（1）由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；
（2）输出进程再为用户进程申请一张空白的用户打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。
（3）一旦打印机空闲，输出进程便从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区，再由打印机进行打印。
20、试说明设备驱动程序具有哪些优点？
P182
1、设备驱动程序主要是指在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信和转移程序。
2、驱动程序与设备控制器和I/O设备的硬件特性紧密相关，因而对不同类型的设备应配置不同的驱动程序。
3、驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关。
4、由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分必须用汇编语言书写。
5、驱动程序应允许可重入。
21、试说明设备驱动程序应完成哪些功能？
1、接收由设备独立性软件发来的命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要求。
2、检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。
3、发出I/O命令。
4、及时响应由控制器和通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。
5、对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的I/O请求，自动的构成通道程序。
22、设备中断处理程序通常需完成哪些工作？
P180
1、唤醒被阻塞的驱动进程。
2、保护被中断进程的CPU环境。
3、转入相应的设备处理程序。
4、中断处理。
5、恢复被中断进程的现场。
23、磁盘访问时间由哪几部分组成？
每部分时间应如何计算？
P193
1、寻道时间Ts：
Ts=m*n+s.
2、旋转延迟时间Tr:
3、传输时间Tt:
Tt=b/rN
24、目前常用的磁盘调度算法有哪几种？
每种算法优先考虑的问题是什么？
P194
1、先来先服务，公平简单。
2、最短寻道时间优先，访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离。
3、扫描算法，防止老进程出现“饥饿”现象。
4、循环扫描算法，磁头自里向外移动，到达最外的并访问后，立即返回到嘴里的欲访问的磁道。
25、为什么要引入磁盘高速缓冲？
何谓磁盘高速缓冲？
P197
磁盘的I/O已成为计算机系统的瓶颈。
于是，人们便千方百计地去提高磁盘I/O的速度，其中最主要的技术便是采用磁盘高速缓存。
26、在设置磁盘高速缓冲时，如何实现数据交付？
P198
由核心先去查看磁盘高速缓冲器，看其中是否存在进程所需访问的盘块数据的拷贝。
若有其拷贝，便直接从高速缓存中提取数据交付给请求者进程，这样，就避免了访盘操作，西欧那个人使本次访问速度提高4-6个数量级；
否则，应先从磁盘中将要访问的数据读入并交付给请求者进程，同时也将数据送高速缓存。
27、何谓提前读、延迟写、虚拟盘？
P199
提前读：
在读当前块的同时，还要求将下一个盘块中的数据也读入缓冲区。
延迟写：
是指在缓冲区A中的数据，本应立即写回磁盘，但考虑到该缓冲区中的数据在不久之后可能还会再被本进程或其它
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