spooling系統如何實現虛擬設備

『壹』 什麼是spooling技術

SPOOLing技術是低速輸入輸出設備與主機交換的一種技術，通常也稱為「假離線真聯機」，他的核心思想是以聯機的方式得到離線的效果。低速設備經通道和外設在主機內存的緩沖存儲器與高速設備相聯，該高速設備通常是輔存。

虛擬性是OS的四大特性之一。如果說可以通過多道程序技術將一台物理CPU虛擬為多台邏輯CPU，從而允許多個用戶共享一台主機，那麼，通過SPOOling技術便可將一台物理I/O設備虛擬為多台邏輯I/O設備，同樣允許多個用戶共享一台物理I/O設備。

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SPOOLing技術的特點：

1、提高了I/O速度。從對低速I/O設備進行的I/O操作變為對輸入井或輸出井的操作，如同離線操作一樣，提高了I/O速度，緩和了CPU與低速I/O設備速度不匹配的矛盾。

2、將獨占設備改造為共享設備。因為在SPOOLing系統的系統中，實際上並沒為任何進程分配設備，而知識在輸入井或輸出井中為進程分配一個存儲區和建立一張I/O請求表。這樣，便把獨占設備改造為共享設備。

3、實現了虛擬設備功能。多個進程同時使用一獨享設備，而對每一進程而言，都認為自己獨占這一設備，從而實現了設備的虛擬分配。不過，該設備是邏輯上的設備。

『貳』 spooling是如何把獨占型設備改造成共享設備的

獨占設備，可共享設備只適用於前兩種分配技術，即共享設備技術和獨占設備技術，但考慮性能要盡量用前者，即共享設備技術來分配；獨占設備只適用於後兩種分配技術，即獨占設備技術和虛擬設備技術，且盡可能採用後者，即虛擬設備技術。 獨占設備的分配 1、基本的設備分配程序 ---- 當某進程提出I/O請求後，系統的設備分配程序可按下述步驟進行設備分配： 1）分配設備 -- 首先根據I/O請求中的物理設備名，查找系統設備表（SDT），從中找出該設備的DCT（設備分配表），再根據DCT中的設備狀態欄位，可知該設備是否正忙。若忙，便將請求I/O進程的PCB掛在設備隊列上；否則，便按照一定的演算法來計算本次設備分配的安全性。如果不會導致系統進入不安全狀態，便將設備分配給請求進程；否則，仍將其PCB插入設備等待隊列。 2）分配控制器 -- 在系統把設備分配給請求I/O的進程後，再到其DCT（指向控制器表的指針）中找出與該設備連接的控制器的COCT（控制器控製表），從COCT 的狀態欄位中可知該控制器是否忙碌。若忙，便將請求I/O進程的PCB掛在該控制器的等待隊列上；否則，便將該控制器分配給進程。 3）分配通道 -- 通過COCT中與控制器連接的通道表指針，找到與該控制器連接的通道的CHCT（通道控製表），再根據CHCT內的狀態信息，可知該通道是否忙碌。若忙，便將請求I/O的進程掛在該通道的等待隊列上；否則，將該通道分配給進程。 -- 只有在設備、控制器和通道三者都分配成功時，這次的設備分配才算成功。然後，便可啟動該I/O設備進行數據傳送。 2、設備分配程序的改進 ---- 仔細研究上述基本的設備分配程序後可以發現：進程是以物理設備名來提出I/O請求的；採用的是單通路的I/O系統結構，容易產生「瓶頸」現象。為此，應從以下兩方面對基本的設備分配程序加以改進，以使獨占設備的分配程序具有更強的靈活性，並提高分配的成功率。 1）增加設備的獨立性 -- 為了獲得設備的獨立性，進程應使用邏輯設備名請求I/O。這樣，系統首先從SDT中找出第一個該類設備的DCT。若該設備忙，又查找第二個該類設備的DCT，僅當所有該類設備都忙時，才把進程掛在該類設備的等待隊列上；而只要有一個該類設備可用，系統便進一步計算分配該類設備的安全性。 2）考慮多通路情況 -- 為了防止在I/O系統中出現「瓶頸」現象（通道不足），通常都採用多通路的I/O系統結構。此時對控制器和通道的分配同樣要經過幾次反復，即若設備（控制器）所連接的第一個控制器（通道）忙時，應查看其所連接的第二個控制器（通道），僅當所有的控制器（通道）都忙時，此次的控制器（通道）分配才算失敗，才把進程掛在控制器（通道）的等待隊列上。而只要有一個控制器（通道）可用，系統便可將它分配給進程。

『叄』 SPOOLing技術的SPOOLing技術

由上所述得知，SPOOLing技術是對離線輸入、輸出系統的模擬。相應地，SPOOLing系統必須建立在具有多道程序功能的操作系統上，而且還應有高速隨機外存的支持，這通常是採用磁碟存儲技術。
SPOOLing系統主要有以下三部分：
（1）輸入井和輸出井。這是在磁碟上開辟的兩個大存儲空間。輸入井是模擬離線輸入時的磁碟設備，用於暫存I/Q設備輸入的數據；輸出井是模擬離線輸出時的磁碟，用於暫存用戶程序的輸出數據。
（2）輸入緩沖區和輸出緩沖區。為了緩和和CPU和磁碟之間速度不匹配的矛盾，在內存中要開辟兩個緩沖區；輸入緩沖區和輸出緩沖區。輸入緩沖區用於暫存由輸入設備送來的數據，以後再傳送到輸入井。輸出緩沖區用與暫存從輸出井送來的數據，以後在傳送給輸出設備。
（3）輸入進程SPi 和輸入進程SP0。這里利用兩個進程來模擬離線I/O時的外圍控制機。其中，進程SPi模擬離線輸入時的外圍控制機，將用戶要求的數據從輸入機通過輸入緩沖區再送到輸入井，當CPU需要輸入數據時，直接從輸入井讀入內存；進程SP0模擬離線輸出時的外圍控制機，把用戶要求輸出的數據從先內存送到輸出井，待輸出設備空閑時，在將輸出井中的數據經過輸出緩沖區送到輸出設備上。 (1)提高了I/O速度。從對低速I/O設備進行的I/O操作變為對輸入井或輸出井的操作，如同離線操作一樣，提高了I/O速度，緩和了CPU與低速I/O設備速度不匹配的矛盾。
(2)將獨占設備改造為共享設備。因為在SPOOLing系統的系統中，實際上並沒為任何進程分配設備，而知識在輸入井或輸出井中為進程分配一個存儲區和建立一張I/O請求表。這樣，便把獨占設備改造為共享設備。
(3)實現了虛擬設備功能。多個進程同時使用一獨享設備，而對每一進程而言，都認為自己獨占這一設備，從而實現了設備的虛擬分配。不過，該設備是邏輯上的設備。
SPOOLing除了是一種速度匹配技術外，也是一種虛擬設備技術。用一種物理設備模擬另一類物理設備，使各作業在執行期間只使用虛擬的設備，而不直接使用物理的獨占設備。這種技術可使獨占的設備變成可共享的設備，使得設備的利用率和系統效率都能得到提高。

『肆』 操作系統的SPOOLING,實質是將什麼設備轉為共享設備 獨占還是虛擬還是離線解釋下

SPOOLING技術（Simultaneous Peripheral Operating On Line)
同時聯機外圍操作技術，它是關於慢速字元設備如何與計算機主機進行數據交換的一種技術，通常又稱假離線技術。
在多道程序環境下，利用多道程序中的一道或者兩道程序來模擬離線輸入/輸出中的外圍控制機的功能，以達到「離線」輸入/輸出的目的。
利用這種技術可把獨占設備轉變成共享的虛擬設備，從而提高獨占設備的利用率和進程的推進速度。
SPOOLING系統 是對離線輸入/輸出工作的模擬，它必須有大容量的且可隨機存取的存儲器
的支持。
其主要思想是在聯機的條件下，進行兩個方向的操作，在數據輸入時，將數據從輸入設備傳送到磁碟或磁帶（塊設備），然後把這些塊設備與主機相連；反過來，在數據輸出時，將輸出數據傳送到磁碟或磁帶上，再從磁碟或磁帶傳送到輸出設備。
這樣，可以將一台獨占的物理設備虛擬為並行使用的多態邏輯設備，從而使該物理設備被多個進程共享。
輸入進程SPI是模擬離線輸入時的外圍控制機，它將用戶要求處理的數據從輸入設備通過輸入緩沖區再送到輸入井（磁碟上開辟的一塊區域），當CPU處理這些數據數據時，就直接從輸入井讀入內存。
輸出進程SPO是模擬離線輸出時的外圍控制機，把用戶要求輸出的數據，先從內存送到輸出井，待輸出設備空閑時，再將輸出井中的數據通過輸出緩沖區（內存中一塊區域）傳送到輸出設備上。

『伍』 何為設備虛擬實現設備虛擬時所依賴的關鍵技術是什麼

設備虛擬是通過虛擬技術將一台獨占設備虛擬成多台邏輯設備，供多個用戶回進程同時使用，答 通常把這種經過虛擬的設備稱為虛擬設備。虛擬存儲的發展借鑒了計算機領域里很多成功的設計思想，從虛存、磁碟技術、RAID到IBM的大型機等的設計思想中都汲取了許多成功的經驗。

設備虛擬是指把獨占設備經過某種技術處理改造成虛擬設備。可虛擬設備是指一台物理設備在採用虛擬技術後，可變成多台邏輯上的虛擬設備，則可虛擬設備是可共享的設備，將它同時分配給多個進程使用，並對這些訪問該物理設備的先後次序進行控制。

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通過板上CPU及陣列管理固件來控制及管理硬碟，解釋用戶的I/O指令，並將它們發給物理磁碟執行，從而屏蔽了具體的物理磁碟，為用戶提供了一個統一的具有容錯能力的邏輯虛擬磁碟，這樣用戶對RAID的存儲操作就像對普通磁碟一樣。

由於受IDE通道的數量和速度的限制，RAID的傳統介面一直使用SCSI。隨著存儲技術的飛速發展，許多新的RAID技術不斷被開發出來，許多廠商的存儲設備的磁碟陣列開始提供2GB的高速介面。