设备相关的数据结构以及根据逻辑设备名分配设备的具体流程

1. 设备控制表 (DCT)

2. 控制器控制表 (COCT)

3. 通道控制表 (CHCT)

4. 系统设备表 (SDT)

依据逻辑设备名分配设备的具体例子

在这个例子中，我们假设一个用户进程 P1 需要使用一台打印机来打印文档，但它不关心具体是哪一台物理打印机。它只请求一个名为“我的打印机”的逻辑设备。

场景设定：

• 进程 P1：需要打印一份文档，发出I/O请求，指定逻辑设备名为“我的打印机”。

• 系统配置：

  • 系统中有两台物理打印机：打印机P1 和 打印机P2。

  • 打印机P1 连接到 打印机控制器C2，而 控制器C2 连接到 通道CH0。

  • 打印机P2 连接到 打印机控制器C3，而 控制器C3 也连接到 通道CH0。

  • 系统中维护着一个逻辑设备表 (LDT)，用于将逻辑设备名映射到物理设备名。

• 逻辑设备表 (LDT) 示例：

• 初始系统状态（假设）：

  • 打印机P1 及其控制器C2、通道CH0都处于空闲状态。

  • 打印机P2 及其控制器C3、通道CH0也处于空闲状态。

设备分配步骤详解及示例：

1. 解析逻辑设备名，查找逻辑设备表 (LDT) 确定物理设备名

• 进程P1的请求：进程P1执行 print("文档内容", "我的打印机") 这样的系统调用，将“我的打印机”作为参数传递给操作系统。

• 操作系统操作：

  • 操作系统接收到P1的请求，识别到逻辑设备名“我的打印机”。

  • 它会立即查找内存中的逻辑设备表 (LDT)。

  • 在LDT中，“我的打印机”映射到了**打印机P1** 和 打印机P2。

  • 操作系统会根据某种策略（例如，轮询、负载均衡、或简单的查找顺序），选择一个可用的物理设备。

  • 示例：假设操作系统首先尝试分配**打印机P1。此时，操作系统已将逻辑设备名“我的打印机”映射到了物理设备名“打印机P1**”。

2. 查找系统设备表 (SDT) 定位设备控制表 (DCT)

• 操作系统操作：

  • 获得物理设备名“打印机P1”后，操作系统会去查找系统设备表 (SDT)。

  • 在SDT中，根据“打印机P1”这个物理设备名，找到对应的打印机P1的设备控制表 (DCT_P1) 的内存地址。

3. 判断设备状态并尝试分配设备（DCT操作）

• 操作系统操作：

  • 操作系统访问 DCT_P1，检查其设备状态字段。

  • 示例情况A：物理设备 打印机P1 空闲

    • 假设 DCT_P1.设备状态 当前为 空闲。

    • 操作系统将 DCT_P1.设备状态 更新为 忙碌。

    • 将 DCT_P1.占有设备进程ID 设置为 P1。

    • 成功分配物理设备 打印机P1 给进程P1。

  • 示例情况B：物理设备 打印机P1 忙碌 (回溯或尝试其他设备)

    • 如果 DCT_P1.设备状态 当前为 忙碌。

    • 操作系统会回到步骤1，重新查找LDT，尝试分配映射到“我的打印机”的下一个物理设备，即 打印机P2。

      • 它会继续查找 打印机P2 对应的 DCT_P2，并重复步骤3的检查和分配流程。

      • 如果所有映射的物理设备都忙碌：此时，进程P1的PCB（或DRB）会被添加到逻辑设备“我的打印机”对应的逻辑等待队列中（一个抽象的队列，可能由操作系统统一管理，或最终分散到实际物理设备的等待队列中，但此处逻辑上先等待逻辑设备空闲）。P1进入等待状态。

• 接续示例（假设 打印机P1 空闲，分配成功）：

  • 操作系统已成功将物理设备 打印机P1 分配给进程P1。

  • 接下来，操作系统会通过 DCT_P1 中存储的 COCT指针，找到并访问与打印机P1相连的打印机控制器C2的控制器控制表 (COCT_C2)。

4. 判断控制器状态并尝试分配控制器（COCT操作）

• 操作系统操作：

  • 操作系统访问 COCT_C2，检查其控制器状态字段。

  • 示例情况A：控制器C2空闲

    • 假设 COCT_C2.控制器状态 当前为 空闲。

    • 操作系统将 COCT_C2.控制器状态 更新为 忙碌。

    • 成功分配控制器C2给进程P1。

  • 示例情况B：控制器C2忙碌 (回溯)

    • 如果 COCT_C2.控制器状态 当前为 忙碌。

    • 由于控制器忙碌意味着当前尝试的物理设备（打印机P1）及其路径都不可用，操作系统会回溯到步骤1，再次通过LDT尝试分配“我的打印机”对应的下一个物理设备（打印机P2）。

    • 如果所有物理设备及其控制器都忙碌，进程P1将进入等待状态。

• 接续示例（假设控制器C2空闲，分配成功）：

  • 操作系统已成功将控制器C2分配给进程P1。

  • 接下来，操作系统会通过 COCT_C2 中存储的 CHCT指针，找到并访问与控制器C2相连的通道CH0的通道控制表 (CHCT_CH0)。

5. 判断通道状态并尝试分配通道（CHCT操作）

• 操作系统操作：

  • 操作系统访问 CHCT_CH0，检查其通道状态字段。

  • 示例情况A：通道CH0空闲

    • 假设 CHCT_CH0.通道状态 当前为 空闲。

    • 操作系统将 CHCT_CH0.通道状态 更新为 忙碌。

    • 成功分配通道CH0给进程P1。

  • 示例情况B：通道CH0忙碌 (回溯)

    • 如果 CHCT_CH0.通道状态 当前为 忙碌。

    • 由于通道是整个I/O路径的“瓶颈”（所有通过此通道的设备都会受其影响），通道忙碌意味着当前尝试的物理设备（打印机P1）及其路径都不可用。操作系统会回溯到步骤1，再次通过LDT尝试分配“我的打印机”对应的下一个物理设备（打印机P2）。

    • 注意：在这个例子中，打印机P1 和 打印机P2 都连接到 通道CH0。如果 CH0 忙碌，那么无论尝试 P1 还是 P2，都会遇到通道忙碌的问题。在这种情况下，进程P1最终将进入等待状态，直到 CH0 空闲。

分配成功与后续操作

在上述例子中，如果打印机P1 (或P2)、控制器C2 (或C3)、通道CH0 三者都成功分配给了进程P1，那么这次设备分配才算真正成功。

1. 启动I/O操作：操作系统为进程P1的打印请求构建通道程序，并将通道程序的起始地址写入 CHCT_CH0.通道程序地址 字段，然后启动通道CH0。

2. 数据传送：通道CH0独立执行，控制对应的控制器（C2或C3）驱动物理打印机（P1或P2）进行打印。

3. I/O完成与释放：打印任务完成后，通过中断通知操作系统。操作系统会依次将 CHCT_CH0.通道状态、COCT_C2/C3.控制器状态 和 DCT_P1/P2.设备状态 重新设置为 空闲。同时，检查各自的等待队列，唤醒任何在等待使用这些资源的进程。

这个例子强调了：

• 逻辑设备独立性：用户进程无需知道具体的物理设备名，提高了程序的通用性和可移植性。

• 灵活性：操作系统可以动态选择可用的物理设备，提高了设备利用率和系统吞吐量。

• 回溯机制：当尝试分配某个物理设备路径失败时（设备、控制器或通道忙碌），操作系统可以智能地尝试其他备用物理设备。