1 設備分配概述

設備分配是指根據用戶的I/O請求分配所需的設備。分配的總原則是充分發揮設備的使用效率，盡可能地讓設備忙碌，又要避免由于不合理的分配方法造成進程死鎖。

2 設備分配的數據結構

設備分配依據的主要數據結構有設備控制表(DCT)、控制器控制表(COCT)、通道控制表(CHCT)和系統設備表(SDT)，各數據結構功能如下：

設備控制表DCT：系統為每一個設備配置一張DCT，如圖所示。它用于記錄設備的特性以及與I/O控制器連接的情況。

控制器控制表COCT：每個控制器都配有一張COCT，如圖a所示。它反映設備控制器的使用狀態以及和通道的連接情況等。

通道控制表CHCT：每個通道配有一張CHCT，如圖b所示。

系統設備表SDT：整個系統只有一張SDT，如圖c所示。它記錄已連接到系統中的所有物理設備的情況，每個物理設備占一個表目。

3 設備分配應考慮的因素

由于在多道程序系統中，進程數多于資源數，會引起資源的競爭。因此，要有一套合理的分配原則，主要考慮的因素有：I/O設備的固有屬性，I/O設備的分配算法，設備分配的安全性以及設備獨立性。

3.1 I/O設備的固有屬性

從設備的特性來看，釆用下述三種使用方式的設備分別稱為獨占設備、共享設備和虛擬設備三類。

3.2 I/O設備分配的策略

設備分配應根據設備特性、用戶要求和系統配置情況。分配的總原則既要充分發揮設備的使用效率，又要避免造成進程死鎖，還要將用戶程序和具體設備隔離開。

設備分配方式：設備分配方式有靜態分配和動態分配兩種。

靜態分配

• 靜態分配主要用于對獨占設備的分配，它在用戶作業開始執行前，由系統一次性分配該作業所要求的全部設備、控制器（和通道）。一旦分配后，一直為該作業所占用，直到該作業被撤銷。靜態分配方式不會出現死鎖，但設備的使用效率低。因此，靜態分配方式不符合分配的總原則。

動態分配

• 動態分配是在進程執行過程中根據執行需要進行。當進程需要設備時，通過系統調用命令向系統提出設備請求，由系統按照事先規定的策略給進程分配所需要的設備、I/O控制器，一旦用完之后，便立即釋放。動態分配方式有利于提高設備的利用率，但如果分配算法使用不當，則有可能造成進程死鎖。

對于獨占設備，既可以釆用動態分配方式也可以靜態分配方式，往往釆用靜態分配方式，即在作業執行前，將作業所要用的這一類設備分配給它。

共享設備可被多個進程所共享，一般采用動態分配方式，但在每個I/O傳輸的單位時間內只被一個進程所占有，通常釆用先請求先分配和優先級高者先分的分配算法。

3.3 設備分配的安全性

設備分配的安全性是指設備分配中應防止發生進程死鎖。

• 安全分配方式
  每當進程發出I/O請求后便進入阻塞狀態，直到其I/O操作完成時才被喚醒。由于摒棄了“請求和保持”條件，該設備分配方式是安全的；缺點是CPU和I/O設備是串行工作的。

• 不安全分配方式
  進程在發出I/O請求后繼續運行，需要時又發出多個I/O請求。僅當進程所請求的設備已被另一進程占用時，才進入阻塞狀態。優點是一個進程可同時操作多個設備，從而使進程推進迅速；缺點是這種設備分配有可能產生死鎖。

3.4 邏輯設備名到物理設備名的映射

為了提高設備分配的靈活性和設備的利用率、方便實現I/O重定向，需要引入了設備獨立性。

4 SPOOLing技術

為了緩和CPU的高速性與I/O設備低速性之間的矛盾而引入了脫機輸入/輸出技術。該技術是利用專門的外圍控制機，將低速I/O設備上的數據傳送到高速磁盤上，或者相反。

當系統引入多道程序技術后，完全可以利用其中一道程序，來模擬技術時的外圍控制機功能，把低速I/O設備上的數據傳送到高速磁盤上，再用另一道程序來模擬脫機輸出時外圍控制機的功能，把數據從磁盤傳送到低速設備上。此技術稱為SPOOLing技術（假脫機技術）。

4.1 輸入井和輸出井

在磁盤上開辟出的兩個存儲區域。輸入井模擬脫機輸入時的磁盤，用于收容I/O設備輸入的數據。輸出井模擬脫機輸出時的磁盤，用于收容用戶程序的輸出數據。

4.2 輸入緩沖區和輸出緩沖區

在內存中開辟的兩個緩沖區。輸入緩沖區用于暫存由輸入設備送來的數據，以后再傳送到輸入井。輸出緩沖區用于暫存從輸出井送來的數據，以后再傳送到輸出設備。

4.3 輸入進程和輸出進程

輸入進程模擬脫機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，直接將數據從輸入井讀入內存。

輸出進程模擬脫機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并，待輸出設備空閑時，再將輸出井中的數據經過輸出緩沖區送到輸出設備。

4.4 共享打印機

共享打印機是SPOOLing技術的一個實例，這項技術已被廣泛地用于多用戶系統和局域網絡中。

當用戶進程請求打印輸出時，SPOOLing系統同意為它打印輸出，但并不真正立即把打印機分配給該用戶進程，而只為它做兩件事：

• 由輸出進程在輸出井中為之申請一個空閑磁盤塊區，并將要打印的數據送入其中。
• 輸出進程再為用戶進程申請一張空白的用戶請求打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請求打印隊列上。

SPOOLing系統的主要特點有：提高了 I/O的速度；將獨占設備改造為共享設備；實現 了虛擬設備功能。