操作系统设备的分配与回收

Posted 2021-12-24 bfhonor

一、设备的分配与回收

（一）设备分配时应考虑的因素

1. 设备的固有属性

• 设备的固有属性可分为三种：独占设备、共享设备、虚拟设备。
• 独占设备——一个时段只能分配给一个进程（如打印机）
• 共享设备——可同时分配给多个进程使用（如磁盘），各进程往往是宏观上同时共享使用设备，而微观上交替使用。
• 虚拟设备——采用 SPOOLing 技术将独占设备改造成虚拟的共享设备，可同时分配给多个进程使用（如采用 SPOOLing 技术实现的共享打印机）
• 设备的分配算法：先来先服务、优先级高者优先、短任务优先…

2. 设备分配时应考虑的因素

• 从进程运行的安全性上考虑，设备分配有两种方式：
• ①、安全分配方式：为进程分配一个设备后就将进程阻塞，本次I/O完成后才将进程唤醒。（eg：考虑进程请求打印机打印输出的例子）
  【一个时段内每个进程只能使用一个设备
  优点：破坏了“请求和保持”条件，不会死锁
  缺点：对于一个进程来说，CPU和I/O设备只能串行工作】
• ②、不安全分配方式：进程发出I/O请求后，系统为其分配I/O设备，进程可继续执行，之后还可以发出新的I/O请求。只有某个I/O请求得不到满足时才将进程阻塞。
  【一个进程可以同时使用多个设备
  优点：进程的计算任务和I/O任务可以并行处理，使进程迅速推进
  缺点：有可能发生死锁（死锁避免、死锁的检测和解除）】

（二）静态分配与动态分配

• 静态分配：进程运行前为其分配全部所需资源，运行结束后归还资源【破坏了“请求和保持”条件，不会发生死锁】
• 动态分配：进程运行过程中动态申请设备资源

（三）设备分配管理中的数据结构

• “设备、控制器、通道”之间的关系：一个通道可控制多个设备控制器，每个设备控制器可控制多个设备。
  
• 设备控制表（DCT）：系统为每个设备配置一张DCT，用于记录设备情况.
  
• 控制器控制表（COCT）：每个设备控制器都会对应一张COCT。操作系统根据COCT的信息对控制器进行操作和管理。
  
• 通道控制表（CHCT）：每个通道都会对应一张CHCT。操作系统根据CHCT的信息对通道进行操作和管理。
  
• 系统设备表（SDT）：记录了系统中全部设备的情况，每个设备对应一个表目。
  

（四）设备分配的步骤

• ①根据进程请求的物理设备名查找SDT（注：物理设备名是进程请求分配设备时提供的参数）
  
• ②根据SDT找到DCT，若设备忙碌则将进程PCB挂到设备等待队列中，不忙碌则将设备分配给进程。
  
• ③根据DCT找到COCT，若控制器忙碌则将进程PCB挂到控制器等待队列中，不忙碌则将控制器分配给进程。
  
• ④根据COCT找到CHCT，若通道忙碌则将进程PCB挂到通道等待队列中，不忙碌则将通道分配给进程。
  
• 缺点：
  ①、用户编程时必须使用"物理设备名"，底层细节对用户不透明，不方便编程
  ②、若换了一个物理设备，则程序无法运行
  ③、若进程请求的物理设备正在忙碌，则即使系统中还有同类型的设备，进程也必须阻塞等待
• 改进方法：建立逻辑设备名与物理设备名的映射机制，用户编程时只需提供逻辑设备名

（五）设备分配步骤的改进方法

• ①、根据进程请求的逻辑设备名查找SDT（注：用户编程时提供的逻辑设备名其实就是“设备类型”）
• ②、查找SDT，找到用户进程指定类型的、并且空闲的设备，将其分配给该进程。操作系统在逻辑设备表（LUT）中新增一个表项。
• ③、根据DCT找到COCT，若控制器忙碌则将进程PCB挂到控制器等待队列中，不忙碌则将控制器分配给进程。
• ④、根据COCT找到CHCT，若通道忙碌则将进程PCB挂到通道等待队列中，不忙碌则将通道分配给进程。
  
  
• 逻辑设备表的设置问题：
  ①、整个系统只有一张LUT：各用户所用的逻辑设备名不允许重复，适用于单用户操作系统
  ②、每个用户一张LUT：不同用户的逻辑设备名可重复，适用于多用户操作系统