第5章 習(xí)題解答
1.從使用的角度，外圍設(shè)備可分為哪兩類？用戶要求使用外圍設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)采用什么方法來分配？
答：從使用角度來分析設(shè)備的特點(diǎn)，可以把設(shè)備分成兩類：一類是一個(gè)作業(yè)在執(zhí)行期間獨(dú)占使用的設(shè)備，稱為獨(dú)占設(shè)備。這類設(shè)備一般采用靜態(tài)分配的辦法在作業(yè)執(zhí)行前就分配出去了，直到作業(yè)結(jié)束撤離的時(shí)候，才將分配出去的設(shè)備收回，收回后，才能再分配給其他需要使用該類設(shè)備的作業(yè)。另外一類是共享設(shè)備。這類設(shè)備可以由幾個(gè)作業(yè)同時(shí)使用。共享設(shè)備采用動(dòng)態(tài)分配的辦法，這種方法不是在作業(yè)執(zhí)行前分配，而是到作業(yè)需要啟用設(shè)備的時(shí)候才分配設(shè)備給作業(yè)。
2.如果某作業(yè)申請(qǐng)外圍設(shè)備時(shí)，指定申請(qǐng)某臺(tái)外圍設(shè)備，那么按教材中圖5-l設(shè)置的分配表怎樣實(shí)現(xiàn)分配？
答：如果用戶指定申請(qǐng)某臺(tái)外圍設(shè)備，用戶給出設(shè)備絕對(duì)號(hào)，系統(tǒng)為它分配時(shí)先查設(shè)備分配表，按照設(shè)備絕對(duì)號(hào)找到登記項(xiàng)，查是否未分配且是好的，若是則分配給用戶，狀態(tài)改成已分配，填上占用的作業(yè)名，通知用戶已經(jīng)分配成功；若已經(jīng)分配或者設(shè)備壞了，則分配不能被滿足，輸出信息告訴用戶不能分配的原因。
3.什么是輸入輸出操作？
答：作業(yè)執(zhí)行中總要不斷地啟動(dòng)外圍設(shè)備，把信息讀入主存儲(chǔ)器進(jìn)行處理，或者把主存儲(chǔ)器中的信息傳送到存儲(chǔ)介質(zhì)上。主存儲(chǔ)器與外圍設(shè)備之間的信息傳送操作就叫作輸入輸出操作。
4.解釋通道命令、通道程序、通道地址字、通道狀態(tài)字。
答：通道命令：又稱為通道命令字（CCW，Channel command Word），它是規(guī)定設(shè)備的某一種動(dòng)作的指令。
通道程序：是由通道命令編制出來一段程序，用于控制設(shè)備的工作。整個(gè)通道程序確定了外圍設(shè)備應(yīng)執(zhí)行的操作及操作順序。
通道地址字：通道程序是存放在主存中的，為了使通道能夠正確快速地找到通道程序的起始地址，系統(tǒng)在主存中安排一個(gè)固定的單元，用來存放通道程序的起始地址，這個(gè)固定的單元稱為通道地址字（CAW，Channel address Word）
通道狀態(tài)字：通道被啟動(dòng)后，控制指定的設(shè)備完成規(guī)定的操作，同時(shí)，通道在執(zhí)行對(duì)外圍設(shè)備控制的過程中，要記錄通道與設(shè)備執(zhí)行情況，為此系統(tǒng)在主存中安排另一個(gè)固定單元，用于存放這些被記錄狀態(tài)，這個(gè)固定單元稱為通道狀態(tài)字（CSW，Channel Status Word）。
5.中央處理器與通道是怎樣配合工作的？
答：①中央處理器組織好通道程序，并把通道程序的首地址存人通道地址字中。然后，中央處理器執(zhí)行“啟動(dòng)I／O”指令來啟動(dòng)通道工作。通道收到命令后根據(jù)通道和設(shè)備的工作情況，或者逐條執(zhí)行通道程序中的通道命令，來控制設(shè)備運(yùn)行；或者拒絕接受，并且用條件碼向中央處理器作出是否接受啟動(dòng)的回答。
②中央處理器分析條件碼，若啟動(dòng)不成功，則推遲相應(yīng)的輸人輸出操作的執(zhí)行，待適當(dāng)?shù)臅r(shí)候重新執(zhí)行“啟動(dòng)I／O”指令。
③通道把執(zhí)行通道程序的情況匯集在通道狀態(tài)字中，當(dāng)通道完成輸人輸出操作，向中央處理器匯報(bào)命令執(zhí)行情況。由于通道和設(shè)備執(zhí)行操作的情況已經(jīng)在CSW中了，所以一般由通道產(chǎn)生I/O中斷，將中斷的通道和設(shè)備記載到寄存器中，中央處理器響應(yīng)中斷后，操作系統(tǒng)分析特定寄存器和CSW中的內(nèi)容并做相應(yīng)地處理。
6.什么叫驅(qū)動(dòng)調(diào)度？總結(jié)對(duì)磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度過程。
答：在共享設(shè)備中，采用某種策略從等待訪問該設(shè)備的進(jìn)程中選擇一個(gè)進(jìn)程訪問設(shè)備的工。作稱為驅(qū)動(dòng)調(diào)度。其目的是降低若干個(gè)訪問者執(zhí)行I／O操作的總時(shí)間，提高I/O操作的吞吐量。對(duì)于磁盤設(shè)備來說驅(qū)動(dòng)調(diào)度先進(jìn)行“移臂調(diào)度”，以尋求較優(yōu)化的尋找時(shí)間，定位好柱面，然后再進(jìn)行‘旋轉(zhuǎn)調(diào)度“，尋求好的延遲時(shí)間，定位好扇區(qū)。
7.假定磁盤的移動(dòng)臂現(xiàn)在處于第8柱面，有如下6個(gè)請(qǐng)求者等待訪問磁盤，請(qǐng)你列出最省時(shí)間的響應(yīng)次序：
序號(hào) 柱面號(hào) 磁頭號(hào) 扇區(qū)號(hào)
1 9 6 3
2 7 5 6
3 15 20 6
4 9 4 4
5 20 9 5
6 7 15 2
（分析）先進(jìn)行移臂調(diào)度，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度，由于尋找時(shí)間更為重要，那么要想時(shí)間最短就要有最短的尋找時(shí)間，所以移臂調(diào)度可以選擇最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法。根據(jù)題目，訪問9柱面和訪問7柱面在尋找時(shí)間上是等同的，可以任意選擇一個(gè)，假設(shè)選擇了第9柱面，這里有進(jìn)程1和進(jìn)程4滿足要求，再根據(jù)旋轉(zhuǎn)調(diào)度，進(jìn)程1訪問的扇區(qū)號(hào)小于進(jìn)程4，應(yīng)該西先訪問，所以確定進(jìn)程1第一訪問，其次是在同一個(gè)柱面上的進(jìn)程4，之后，根據(jù)最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法，接下來應(yīng)該是第7柱面的任務(wù)6或任務(wù)2，同樣我們應(yīng)該選擇任務(wù)6，再選擇2，然后是訪問15柱面的任務(wù)3，最后是訪問20柱面的任務(wù)5，整個(gè)過程移臂移動(dòng)了16個(gè)柱面。次序是l、4、6、2、3、5.
如果第一步先訪問7柱面，我們也很容易得到訪問順序是6、2、1、4、3、5，整個(gè)過程移臂移動(dòng)了14個(gè)柱面。
答：最省時(shí)間的響應(yīng)次序是：l、4、6、2、3、5或6、2、l、4、3、5.
8.什么是輸人井和輸出井？
答：在具有通道技術(shù)的系統(tǒng)中，我們利用中央處理器和通道并行工作的能力，用一臺(tái)機(jī)器完成脫機(jī)外圍設(shè)備操作技術(shù)中三臺(tái)機(jī)器的工作。操作系統(tǒng)中包含兩個(gè)程序：“預(yù)輸入程序”代替輸入外圍設(shè)備，“緩輸出程序”代替輸出外圍設(shè)備。系統(tǒng)在磁盤中劃分出專門稱為“井”的區(qū)域，它分為“輸入井”和“輸出井”，它們分別代替低速的獨(dú)占使用的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。
9.什么是SPOOLING系統(tǒng)？清簡(jiǎn)述它的實(shí)現(xiàn)思想。
答：操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作功能的部分稱為斯普林（SPOOIJNG）系統(tǒng)。它的實(shí)現(xiàn)思想是：
利用中央處理器和通道并行工作的能力，用一臺(tái)機(jī)器完成脫機(jī)外圍設(shè)備操作技術(shù)中三臺(tái)機(jī)器的工作。
操作系統(tǒng)中包含兩個(gè)程序：“預(yù)輸入程序”代替輸入外圍設(shè)備，“緩輸出程序”代替輸出外圍設(shè)備。系統(tǒng)在磁盤中劃分出專門稱為“井”的區(qū)域，它分為“輸入井”和“輸出井”?！邦A(yù)輸入程序”把作業(yè)流中作業(yè)信息傳送到“輸入井”保存，作業(yè)在執(zhí)行時(shí)只要通過“輸入井讀”程序從上“輸入井”獲取數(shù)據(jù)，而不去啟動(dòng)低速的外圍設(shè)備。作業(yè)執(zhí)行的時(shí)候產(chǎn)生的結(jié)果也不直接輸出到低速外設(shè)上，而是先通過“輸出井寫”程序輸出到“輸出井”，由“緩輸出程序”將“輸出井”中的數(shù)據(jù)再輸出到低速設(shè)備上?！熬忀敵龀绦颉陛敵龅臅r(shí)候，中央處理器可以處理別的事務(wù)了。實(shí)現(xiàn)“輸入井讀”和“輸出井寫”程序統(tǒng)稱為“井管理”程序。顯然，斯普林系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：“預(yù)輸入”程序、“井管理”程序和“緩輸出”程序。
10.什么叫虛擬設(shè)備？實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的主要條件是什么？
答：采用SPOOL操作后，利用共享設(shè)備來模擬獨(dú)占設(shè)備，使每個(gè)作業(yè)都感到分到了一臺(tái)高速的輸入輸出設(shè)備，利用這個(gè)技術(shù)所提供的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備時(shí)，必須要有硬件的中斷裝置和通道技術(shù)作支撐，使中央處理器與各種外圍設(shè)備之間可以并行工作。操作系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，合理分配處理器，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)的外圍設(shè)備同時(shí)操作。實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備時(shí)，操作系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)好“預(yù)輸入”、“井管理”、“緩輸出”程序。
11.總結(jié)實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。
答：實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備不僅提高了獨(dú)占實(shí)用設(shè)備的利用率，而且大大加快了作業(yè)的執(zhí)行速度。
1.從使用的角度，外圍設(shè)備可分為哪兩類？用戶要求使用外圍設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)采用什么方法來分配？
答：從使用角度來分析設(shè)備的特點(diǎn)，可以把設(shè)備分成兩類：一類是一個(gè)作業(yè)在執(zhí)行期間獨(dú)占使用的設(shè)備，稱為獨(dú)占設(shè)備。這類設(shè)備一般采用靜態(tài)分配的辦法在作業(yè)執(zhí)行前就分配出去了，直到作業(yè)結(jié)束撤離的時(shí)候，才將分配出去的設(shè)備收回，收回后，才能再分配給其他需要使用該類設(shè)備的作業(yè)。另外一類是共享設(shè)備。這類設(shè)備可以由幾個(gè)作業(yè)同時(shí)使用。共享設(shè)備采用動(dòng)態(tài)分配的辦法，這種方法不是在作業(yè)執(zhí)行前分配，而是到作業(yè)需要啟用設(shè)備的時(shí)候才分配設(shè)備給作業(yè)。
2.如果某作業(yè)申請(qǐng)外圍設(shè)備時(shí)，指定申請(qǐng)某臺(tái)外圍設(shè)備，那么按教材中圖5-l設(shè)置的分配表怎樣實(shí)現(xiàn)分配？
答：如果用戶指定申請(qǐng)某臺(tái)外圍設(shè)備，用戶給出設(shè)備絕對(duì)號(hào)，系統(tǒng)為它分配時(shí)先查設(shè)備分配表，按照設(shè)備絕對(duì)號(hào)找到登記項(xiàng)，查是否未分配且是好的，若是則分配給用戶，狀態(tài)改成已分配，填上占用的作業(yè)名，通知用戶已經(jīng)分配成功；若已經(jīng)分配或者設(shè)備壞了，則分配不能被滿足，輸出信息告訴用戶不能分配的原因。
3.什么是輸入輸出操作？
答：作業(yè)執(zhí)行中總要不斷地啟動(dòng)外圍設(shè)備，把信息讀入主存儲(chǔ)器進(jìn)行處理，或者把主存儲(chǔ)器中的信息傳送到存儲(chǔ)介質(zhì)上。主存儲(chǔ)器與外圍設(shè)備之間的信息傳送操作就叫作輸入輸出操作。
4.解釋通道命令、通道程序、通道地址字、通道狀態(tài)字。
答：通道命令：又稱為通道命令字（CCW，Channel command Word），它是規(guī)定設(shè)備的某一種動(dòng)作的指令。
通道程序：是由通道命令編制出來一段程序，用于控制設(shè)備的工作。整個(gè)通道程序確定了外圍設(shè)備應(yīng)執(zhí)行的操作及操作順序。
通道地址字：通道程序是存放在主存中的，為了使通道能夠正確快速地找到通道程序的起始地址，系統(tǒng)在主存中安排一個(gè)固定的單元，用來存放通道程序的起始地址，這個(gè)固定的單元稱為通道地址字（CAW，Channel address Word）
通道狀態(tài)字：通道被啟動(dòng)后，控制指定的設(shè)備完成規(guī)定的操作，同時(shí)，通道在執(zhí)行對(duì)外圍設(shè)備控制的過程中，要記錄通道與設(shè)備執(zhí)行情況，為此系統(tǒng)在主存中安排另一個(gè)固定單元，用于存放這些被記錄狀態(tài)，這個(gè)固定單元稱為通道狀態(tài)字（CSW，Channel Status Word）。
5.中央處理器與通道是怎樣配合工作的？
答：①中央處理器組織好通道程序，并把通道程序的首地址存人通道地址字中。然后，中央處理器執(zhí)行“啟動(dòng)I／O”指令來啟動(dòng)通道工作。通道收到命令后根據(jù)通道和設(shè)備的工作情況，或者逐條執(zhí)行通道程序中的通道命令，來控制設(shè)備運(yùn)行；或者拒絕接受，并且用條件碼向中央處理器作出是否接受啟動(dòng)的回答。
②中央處理器分析條件碼，若啟動(dòng)不成功，則推遲相應(yīng)的輸人輸出操作的執(zhí)行，待適當(dāng)?shù)臅r(shí)候重新執(zhí)行“啟動(dòng)I／O”指令。
③通道把執(zhí)行通道程序的情況匯集在通道狀態(tài)字中，當(dāng)通道完成輸人輸出操作，向中央處理器匯報(bào)命令執(zhí)行情況。由于通道和設(shè)備執(zhí)行操作的情況已經(jīng)在CSW中了，所以一般由通道產(chǎn)生I/O中斷，將中斷的通道和設(shè)備記載到寄存器中，中央處理器響應(yīng)中斷后，操作系統(tǒng)分析特定寄存器和CSW中的內(nèi)容并做相應(yīng)地處理。
6.什么叫驅(qū)動(dòng)調(diào)度？總結(jié)對(duì)磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度過程。
答：在共享設(shè)備中，采用某種策略從等待訪問該設(shè)備的進(jìn)程中選擇一個(gè)進(jìn)程訪問設(shè)備的工。作稱為驅(qū)動(dòng)調(diào)度。其目的是降低若干個(gè)訪問者執(zhí)行I／O操作的總時(shí)間，提高I/O操作的吞吐量。對(duì)于磁盤設(shè)備來說驅(qū)動(dòng)調(diào)度先進(jìn)行“移臂調(diào)度”，以尋求較優(yōu)化的尋找時(shí)間，定位好柱面，然后再進(jìn)行‘旋轉(zhuǎn)調(diào)度“，尋求好的延遲時(shí)間，定位好扇區(qū)。
7.假定磁盤的移動(dòng)臂現(xiàn)在處于第8柱面，有如下6個(gè)請(qǐng)求者等待訪問磁盤，請(qǐng)你列出最省時(shí)間的響應(yīng)次序：
序號(hào) 柱面號(hào) 磁頭號(hào) 扇區(qū)號(hào)
1 9 6 3
2 7 5 6
3 15 20 6
4 9 4 4
5 20 9 5
6 7 15 2
（分析）先進(jìn)行移臂調(diào)度，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度，由于尋找時(shí)間更為重要，那么要想時(shí)間最短就要有最短的尋找時(shí)間，所以移臂調(diào)度可以選擇最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法。根據(jù)題目，訪問9柱面和訪問7柱面在尋找時(shí)間上是等同的，可以任意選擇一個(gè)，假設(shè)選擇了第9柱面，這里有進(jìn)程1和進(jìn)程4滿足要求，再根據(jù)旋轉(zhuǎn)調(diào)度，進(jìn)程1訪問的扇區(qū)號(hào)小于進(jìn)程4，應(yīng)該西先訪問，所以確定進(jìn)程1第一訪問，其次是在同一個(gè)柱面上的進(jìn)程4，之后，根據(jù)最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法，接下來應(yīng)該是第7柱面的任務(wù)6或任務(wù)2，同樣我們應(yīng)該選擇任務(wù)6，再選擇2，然后是訪問15柱面的任務(wù)3，最后是訪問20柱面的任務(wù)5，整個(gè)過程移臂移動(dòng)了16個(gè)柱面。次序是l、4、6、2、3、5.
如果第一步先訪問7柱面，我們也很容易得到訪問順序是6、2、1、4、3、5，整個(gè)過程移臂移動(dòng)了14個(gè)柱面。
答：最省時(shí)間的響應(yīng)次序是：l、4、6、2、3、5或6、2、l、4、3、5.
8.什么是輸人井和輸出井？
答：在具有通道技術(shù)的系統(tǒng)中，我們利用中央處理器和通道并行工作的能力，用一臺(tái)機(jī)器完成脫機(jī)外圍設(shè)備操作技術(shù)中三臺(tái)機(jī)器的工作。操作系統(tǒng)中包含兩個(gè)程序：“預(yù)輸入程序”代替輸入外圍設(shè)備，“緩輸出程序”代替輸出外圍設(shè)備。系統(tǒng)在磁盤中劃分出專門稱為“井”的區(qū)域，它分為“輸入井”和“輸出井”，它們分別代替低速的獨(dú)占使用的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。
9.什么是SPOOLING系統(tǒng)？清簡(jiǎn)述它的實(shí)現(xiàn)思想。
答：操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作功能的部分稱為斯普林（SPOOIJNG）系統(tǒng)。它的實(shí)現(xiàn)思想是：
利用中央處理器和通道并行工作的能力，用一臺(tái)機(jī)器完成脫機(jī)外圍設(shè)備操作技術(shù)中三臺(tái)機(jī)器的工作。
操作系統(tǒng)中包含兩個(gè)程序：“預(yù)輸入程序”代替輸入外圍設(shè)備，“緩輸出程序”代替輸出外圍設(shè)備。系統(tǒng)在磁盤中劃分出專門稱為“井”的區(qū)域，它分為“輸入井”和“輸出井”?！邦A(yù)輸入程序”把作業(yè)流中作業(yè)信息傳送到“輸入井”保存，作業(yè)在執(zhí)行時(shí)只要通過“輸入井讀”程序從上“輸入井”獲取數(shù)據(jù)，而不去啟動(dòng)低速的外圍設(shè)備。作業(yè)執(zhí)行的時(shí)候產(chǎn)生的結(jié)果也不直接輸出到低速外設(shè)上，而是先通過“輸出井寫”程序輸出到“輸出井”，由“緩輸出程序”將“輸出井”中的數(shù)據(jù)再輸出到低速設(shè)備上?！熬忀敵龀绦颉陛敵龅臅r(shí)候，中央處理器可以處理別的事務(wù)了。實(shí)現(xiàn)“輸入井讀”和“輸出井寫”程序統(tǒng)稱為“井管理”程序。顯然，斯普林系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：“預(yù)輸入”程序、“井管理”程序和“緩輸出”程序。
10.什么叫虛擬設(shè)備？實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的主要條件是什么？
答：采用SPOOL操作后，利用共享設(shè)備來模擬獨(dú)占設(shè)備，使每個(gè)作業(yè)都感到分到了一臺(tái)高速的輸入輸出設(shè)備，利用這個(gè)技術(shù)所提供的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備時(shí)，必須要有硬件的中斷裝置和通道技術(shù)作支撐，使中央處理器與各種外圍設(shè)備之間可以并行工作。操作系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，合理分配處理器，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)的外圍設(shè)備同時(shí)操作。實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備時(shí)，操作系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)好“預(yù)輸入”、“井管理”、“緩輸出”程序。
11.總結(jié)實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。
答：實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備不僅提高了獨(dú)占實(shí)用設(shè)備的利用率，而且大大加快了作業(yè)的執(zhí)行速度。