本文详细介绍了设备分配中的数据结构，包括设备控制表等，并探讨了设备分配时考虑的因素，如设备固有属性和分配算法。设备独立性使得程序与物理设备分离，提高了设备利用率。此外，文章阐述了独占设备的分配程序，并详细讲解了SPOOLing技术如何将独占设备如打印机转换为共享设备，实现I/O重定向和提高I/O速度。最后，提到了几种常见的磁盘调度算法，如先来先服务和最短寻道时间优先等。

5.4 设备分配（重点！！！）

• 一、设备分配中的数据结构

• 二、设备分配时应考虑的因素

• 三、设备独立性

• 四、设备独占的分配程序

• 五、Spooling技术

一、设备分配中的数据结构

• 在进行设备分配时，通常都要借助一些表格的帮助。在表格中记录了相应设备或控制器的状态及对设备或控制器进行控制所需要的信息。

• 在进行设备分配时所需的数据结构有：设备控制表、控制器控制表、通道控制表和系统设备表等。

二、设备分配时应该考虑的因素

• 设备的固有属性

• 设备分配算法

• 设备分配中的安全性

1、设备的固有属性

设备的固有属性可分为三种：独占性、共享性和虚拟性设备。

• 独占设备在一段时间内只能由一个进程使用。

• 共享设备允许多个进程共享。

• 虚拟设备是经过某种处理由独占设备变为虚拟设备。

2、设备分配算法

• 先来先服务：根据请求的先后次序排成一个队列，设备总是分配给队首进程。

• 优先级高者优先：将优先权高的进程安排在设备队列前面，优先级相同的先来先服务。

3、设备分配中的安全性

从进程运行的安全性上考虑，设备分配有以下两种方式：

• 安全分配方式：
  每当进程发出I/O请求后便阻塞，直到I/O完成后背唤醒，虽然安全但是缓慢。

• 不安全分配方式：
  不断发出I/O请求，直到所请求的设备已经被另一进程占用才阻塞。虽迅速但不安全。

三、设备独立性

• 设备独立性（Device Independence）的概念，应用于程序独立于具体使用的物理设备。

• 物理设备和逻辑设备：类似于物理地址和逻辑地址的概念。使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；系统实际执行时，必须使用物理设备名称。

设备独立性的优点

• 设备分配时的灵活性
  应用程序（进程）不必拘泥于某个物理设备，而可以用任意一台空闲设备。

• 易于实现I/O重定向
  I/O重定向指用于I/O操作的设备可以更换（重定向），而不必改变应用程序。

四、独占设备的分配程序

五、SPOOLing技术

共享打印机

• 打印机是独占设备，利用SPOOLing技术将其改造成共享设备。

• 当用户进程请求打印时，SPOOLing系统同意为他打印，但并不真正把打印机分配给它，而是由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块区，将要打印的数据送入其中；再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，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。如果还有进程要求打印输出，系统仍可接收该请求。

• 如果打印机空闲，输出进程将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。同样处理下一张请求打印表，直至请求队列为空，输出进程才将自己阻塞起来、直到下次再有打印请求被唤醒。

SPOOLing系统的特点

• 提高了I/O的速度。利用输入输出井模拟成脱机输入输出，缓和了CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾。

• 将独占设备改造为共享设备

• 实现了虚拟设备功能。多个进程同时使用一台独占设备，虚拟成了多台设备。

5.6 磁盘调度

目前常用的磁盘调度算法：

• 先来先服务

• 最短寻道时间优先

• 扫描（SCAN）算法（电梯调度算法）

• 循环扫描CSCAN算法

• N-step-SCAN和FSCAN调度算法

一、先来先服务

根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。

• 优点：公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况。

• 缺点：未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长。仅适用于请求磁盘I/O的进程数目较少的场合。

二、最短寻道时间优先SSTF

三、扫描（SCAN）算法（电梯调度算法）

四、循环扫描CSCAN算法

• 为了减少请求进程的延迟，CSCAN算法规定磁头单向移动，若规定只自里向外移动，当磁头移到最外的被访问磁道时，磁头立即返回到最里的欲访问磁道，即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行扫描。

• 采用循环扫描方式后，上述请求进程的请求延迟，将从原来的2T减为T+Smax，其中，T为有里向外（或相反）扫描完所有要访问的磁道所需的寻道时间，而Smax是将磁头从最外面被访问的磁道直接移到最里边欲访问的磁道的寻道时间。