# 6.4 设备分配与回收

## 一、设备分配中的数据结构

### 1.1 设备控制表（DCT）

**功能**：
- 记录设备的状态和控制信息
- 每个设备一张DCT

**内容**：
- 设备类型
- 设备标识符
- 设备状态（忙/闲）
- 指向控制器控制表的指针
- 重复执行次数或时间
- 设备队列的队首指针

### 1.2 控制器控制表（COCT）

**功能**：
- 记录控制器的状态和控制信息
- 每个控制器一张COCT

**内容**：
- 控制器标识符
- 控制器状态（忙/闲）
- 指向通道控制表的指针
- 控制器队列的队首指针

### 1.3 通道控制表（CHCT）

**功能**：
- 记录通道的状态和控制信息
- 每个通道一张CHCT

**内容**：
- 通道标识符
- 通道状态（忙/闲）
- 指向控制器控制表的指针

### 1.4 系统设备表（SDT）

**功能**：
- 记录系统中所有设备的情况
- 整个系统一张SDT

**内容**：
- 设备类型
- 设备标识符
- 设备控制表DCT的指针
- 设备驱动程序入口地址

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## 二、设备分配策略

### 2.1 设备分配原则

**静态分配**：
- 作业开始前分配所有需要的设备
- 作业结束后释放
- 不会产生死锁
- 设备利用率低

**动态分配**：
- 需要时分配，不需要时释放
- 设备利用率高
- 可能产生死锁

### 2.2 设备分配算法

**先来先服务（FCFS）**：
- 按请求顺序分配
- 公平但可能效率低

**优先级高者优先**：
- 高优先级进程优先分配
- 可能导致低优先级进程饥饿

### 2.3 设备分配的安全性

**安全分配方式**：
- 进程请求设备时阻塞，直到I/O完成
- 进程不会同时占有设备和等待其他资源
- 不会死锁
- 但进程和设备的并行度低

**不安全分配方式**：
- 进程请求设备后继续运行，可以再次请求
- 进程可以同时占有设备和等待其他资源
- 可能死锁
- 但并行度高

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## 三、设备分配过程

### 3.1 独占设备的分配

**步骤**：
1. **分配设备**：
   - 根据物理设备名查找SDT
   - 找到DCT
   - 检查设备状态
   - 如果空闲，分配；否则，将进程加入设备等待队列

2. **分配控制器**：
   - 从DCT找到COCT
   - 检查控制器状态
   - 如果空闲，分配；否则，将进程加入控制器等待队列

3. **分配通道**：
   - 从COCT找到CHCT
   - 检查通道状态
   - 如果空闲，分配；否则，将进程加入通道等待队列

4. **启动设备**：
   - 分配成功，启动设备进行I/O

### 3.2 设备回收

**步骤**：
1. **I/O完成**：
   - 设备发出中断
   - 中断处理程序处理

2. **释放通道**：
   - 修改CHCT状态为空闲
   - 唤醒通道等待队列中的进程

3. **释放控制器**：
   - 修改COCT状态为空闲
   - 唤醒控制器等待队列中的进程

4. **释放设备**：
   - 修改DCT状态为空闲
   - 唤醒设备等待队列中的进程

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## 四、SPOOLing技术

### 4.1 什么是SPOOLing

**SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operations On-Line）**：
- 假脱机技术
- 将独占设备改造为共享设备
- 实现虚拟设备

### 4.2 SPOOLing的组成

**输入井和输出井**：
- 磁盘上的两个存储区域
- 输入井：模拟脱机输入时的磁盘
- 输出井：模拟脱机输出时的磁盘

**输入缓冲区和输出缓冲区**：
- 内存中的缓冲区
- 输入缓冲区：暂存输入数据
- 输出缓冲区：暂存输出数据

**输入进程和输出进程**：
- 输入进程（SPi）：将数据从输入设备传送到输入井
- 输出进程（SPo）：将数据从输出井传送到输出设备

**井管理程序**：
- 管理输入井和输出井

### 4.3 SPOOLing的工作原理

**输入过程**：
1. 输入进程从输入设备读取数据到输入缓冲区
2. 输入进程将数据从输入缓冲区传送到输入井
3. 用户进程从输入井读取数据

**输出过程**：
1. 用户进程将数据写入输出井
2. 输出进程从输出井读取数据到输出缓冲区
3. 输出进程将数据从输出缓冲区传送到输出设备

### 4.4 SPOOLing的特点

**优点**：
- 将独占设备变为共享设备
- 提高设备利用率
- 实现虚拟设备

**应用**：
- 打印机（打印队列）
- 输入设备

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## 五、考研重点

1. **设备分配中的数据结构**：DCT、COCT、CHCT、SDT
2. **设备分配策略**：静态分配、动态分配
3. **设备分配过程**：独占设备的分配步骤
4. **设备回收过程**
5. **SPOOLing技术**：概念、组成、工作原理、特点

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*下一节：6.5 缓冲区管理*