spooling系统如何实现虚拟设备

『壹』 什么是spooling技术

SPOOLing技术是低速输入输出设备与主机交换的一种技术，通常也称为“假脱机真联机”，他的核心思想是以联机的方式得到脱机的效果。低速设备经通道和外设在主机内存的缓冲存储器与高速设备相联，该高速设备通常是辅存。

虚拟性是OS的四大特性之一。如果说可以通过多道程序技术将一台物理CPU虚拟为多台逻辑CPU，从而允许多个用户共享一台主机，那么，通过SPOOling技术便可将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备，同样允许多个用户共享一台物理I/O设备。

(1)spooling系统如何实现虚拟设备扩展阅读：

SPOOLing技术的特点：

1、提高了I/O速度。从对低速I/O设备进行的I/O操作变为对输入井或输出井的操作，如同脱机操作一样，提高了I/O速度，缓和了CPU与低速I/O设备速度不匹配的矛盾。

2、将独占设备改造为共享设备。因为在SPOOLing系统的系统中，实际上并没为任何进程分配设备，而知识在输入井或输出井中为进程分配一个存储区和建立一张I/O请求表。这样，便把独占设备改造为共享设备。

3、实现了虚拟设备功能。多个进程同时使用一独享设备，而对每一进程而言，都认为自己独占这一设备，从而实现了设备的虚拟分配。不过，该设备是逻辑上的设备。

『贰』 spooling是如何把独占型设备改造成共享设备的

独占设备，可共享设备只适用于前两种分配技术，即共享设备技术和独占设备技术，但考虑性能要尽量用前者，即共享设备技术来分配；独占设备只适用于后两种分配技术，即独占设备技术和虚拟设备技术，且尽可能采用后者，即虚拟设备技术。 独占设备的分配 1、基本的设备分配程序 ---- 当某进程提出I/O请求后，系统的设备分配程序可按下述步骤进行设备分配： 1）分配设备 -- 首先根据I/O请求中的物理设备名，查找系统设备表（SDT），从中找出该设备的DCT（设备分配表），再根据DCT中的设备状态字段，可知该设备是否正忙。若忙，便将请求I/O进程的PCB挂在设备队列上；否则，便按照一定的算法来计算本次设备分配的安全性。如果不会导致系统进入不安全状态，便将设备分配给请求进程；否则，仍将其PCB插入设备等待队列。 2）分配控制器 -- 在系统把设备分配给请求I/O的进程后，再到其DCT（指向控制器表的指针）中找出与该设备连接的控制器的COCT（控制器控制表），从COCT 的状态字段中可知该控制器是否忙碌。若忙，便将请求I/O进程的PCB挂在该控制器的等待队列上；否则，便将该控制器分配给进程。 3）分配通道 -- 通过COCT中与控制器连接的通道表指针，找到与该控制器连接的通道的CHCT（通道控制表），再根据CHCT内的状态信息，可知该通道是否忙碌。若忙，便将请求I/O的进程挂在该通道的等待队列上；否则，将该通道分配给进程。 -- 只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，这次的设备分配才算成功。然后，便可启动该I/O设备进行数据传送。 2、设备分配程序的改进 ---- 仔细研究上述基本的设备分配程序后可以发现：进程是以物理设备名来提出I/O请求的；采用的是单通路的I/O系统结构，容易产生“瓶颈”现象。为此，应从以下两方面对基本的设备分配程序加以改进，以使独占设备的分配程序具有更强的灵活性，并提高分配的成功率。 1）增加设备的独立性 -- 为了获得设备的独立性，进程应使用逻辑设备名请求I/O。这样，系统首先从SDT中找出第一个该类设备的DCT。若该设备忙，又查找第二个该类设备的DCT，仅当所有该类设备都忙时，才把进程挂在该类设备的等待队列上；而只要有一个该类设备可用，系统便进一步计算分配该类设备的安全性。 2）考虑多通路情况 -- 为了防止在I/O系统中出现“瓶颈”现象（通道不足），通常都采用多通路的I/O系统结构。此时对控制器和通道的分配同样要经过几次反复，即若设备（控制器）所连接的第一个控制器（通道）忙时，应查看其所连接的第二个控制器（通道），仅当所有的控制器（通道）都忙时，此次的控制器（通道）分配才算失败，才把进程挂在控制器（通道）的等待队列上。而只要有一个控制器（通道）可用，系统便可将它分配给进程。

『叁』 SPOOLing技术的SPOOLing技术

由上所述得知，SPOOLing技术是对脱机输入、输出系统的模拟。相应地，SPOOLing系统必须建立在具有多道程序功能的操作系统上，而且还应有高速随机外存的支持，这通常是采用磁盘存储技术。
SPOOLing系统主要有以下三部分：
（1）输入井和输出井。这是在磁盘上开辟的两个大存储空间。输入井是模拟脱机输入时的磁盘设备，用于暂存I/Q设备输入的数据；输出井是模拟脱机输出时的磁盘，用于暂存用户程序的输出数据。
（2）输入缓冲区和输出缓冲区。为了缓和和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。输入缓冲区用于暂存由输入设备送来的数据，以后再传送到输入井。输出缓冲区用与暂存从输出井送来的数据，以后在传送给输出设备。
（3）输入进程SPi 和输入进程SP0。这里利用两个进程来模拟脱机I/O时的外围控制机。其中，进程SPi模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要求的数据从输入机通过输入缓冲区再送到输入井，当CPU需要输入数据时，直接从输入井读入内存；进程SP0模拟脱机输出时的外围控制机，把用户要求输出的数据从先内存送到输出井，待输出设备空闲时，在将输出井中的数据经过输出缓冲区送到输出设备上。 (1)提高了I/O速度。从对低速I/O设备进行的I/O操作变为对输入井或输出井的操作，如同脱机操作一样，提高了I/O速度，缓和了CPU与低速I/O设备速度不匹配的矛盾。
(2)将独占设备改造为共享设备。因为在SPOOLing系统的系统中，实际上并没为任何进程分配设备，而知识在输入井或输出井中为进程分配一个存储区和建立一张I/O请求表。这样，便把独占设备改造为共享设备。
(3)实现了虚拟设备功能。多个进程同时使用一独享设备，而对每一进程而言，都认为自己独占这一设备，从而实现了设备的虚拟分配。不过，该设备是逻辑上的设备。
SPOOLing除了是一种速度匹配技术外，也是一种虚拟设备技术。用一种物理设备模拟另一类物理设备，使各作业在执行期间只使用虚拟的设备，而不直接使用物理的独占设备。这种技术可使独占的设备变成可共享的设备，使得设备的利用率和系统效率都能得到提高。

『肆』 操作系统的SPOOLING,实质是将什么设备转为共享设备 独占还是虚拟还是脱机解释下

SPOOLING技术（Simultaneous Peripheral Operating On Line)
同时联机外围操作技术，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机进行数据交换的一种技术，通常又称假脱机技术。
在多道程序环境下，利用多道程序中的一道或者两道程序来模拟脱机输入/输出中的外围控制机的功能，以达到“脱机”输入/输出的目的。
利用这种技术可把独占设备转变成共享的虚拟设备，从而提高独占设备的利用率和进程的推进速度。
SPOOLING系统 是对脱机输入/输出工作的模拟，它必须有大容量的且可随机存取的存储器
的支持。
其主要思想是在联机的条件下，进行两个方向的操作，在数据输入时，将数据从输入设备传送到磁盘或磁带（块设备），然后把这些块设备与主机相连；反过来，在数据输出时，将输出数据传送到磁盘或磁带上，再从磁盘或磁带传送到输出设备。
这样，可以将一台独占的物理设备虚拟为并行使用的多态逻辑设备，从而使该物理设备被多个进程共享。
输入进程SPI是模拟脱机输入时的外围控制机，它将用户要求处理的数据从输入设备通过输入缓冲区再送到输入井（磁盘上开辟的一块区域），当CPU处理这些数据数据时，就直接从输入井读入内存。
输出进程SPO是模拟脱机输出时的外围控制机，把用户要求输出的数据，先从内存送到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据通过输出缓冲区（内存中一块区域）传送到输出设备上。

『伍』 何为设备虚拟实现设备虚拟时所依赖的关键技术是什么

设备虚拟是通过虚拟技术将一台独占设备虚拟成多台逻辑设备，供多个用户回进程同时使用，答 通常把这种经过虚拟的设备称为虚拟设备。虚拟存储的发展借鉴了计算机领域里很多成功的设计思想，从虚存、磁盘技术、RAID到IBM的大型机等的设计思想中都汲取了许多成功的经验。

设备虚拟是指把独占设备经过某种技术处理改造成虚拟设备。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虚拟设备，则可虚拟设备是可共享的设备，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。

(5)spooling系统如何实现虚拟设备扩展阅读：

通过板上CPU及阵列管理固件来控制及管理硬盘，解释用户的I/O指令，并将它们发给物理磁盘执行，从而屏蔽了具体的物理磁盘，为用户提供了一个统一的具有容错能力的逻辑虚拟磁盘，这样用户对RAID的存储操作就像对普通磁盘一样。

由于受IDE通道的数量和速度的限制，RAID的传统接口一直使用SCSI。随着存储技术的飞速发展，许多新的RAID技术不断被开发出来，许多厂商的存储设备的磁盘阵列开始提供2GB的高速接口。