SPOOLing技术

虚拟性是OS 的四大特征之一。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。

1．什么是SPOOLing 为了缓和CPU的高速性与I/O 设备低速性间的矛盾而引入了脱机输入、脱机输出技术。该技术是利用专门的外围控制机，将低速I/O 设备上的数据传送到高速磁盘上；或者相反。事实上，当系统中引入了多道程序技术后，完全可以利用其中的一道程序，来模拟脱机输入时的外围控制机功能，把低速I/O 设备上的数据传送到高速磁盘上；再用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，把数据从磁盘传送到低速输出设备上。这样，便可在主机的直接控制下实现脱机输入、输出功能。此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行，我们把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing(Simultaneaus PeriphernalOperating On Line)，或称为假脱机操作。 2．SPOOLing 系统的组成 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/O 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。输出缓冲区用于暂存从输出井送来的数据，以后再传送给输出设备。 (3) 输入进程SPi和输出进程SPo。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SPo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经过输出缓冲区送到输出设备上。 图 5-22 示出了SPOOLing系统的组成。

3．共享打印机 打印机是经常要用到的输出设备，属于独占设备。利用SPOOLing 技术，可将之改造为一台可供多个用户共享的设备，从而提高设备的利用率，也方便了用户。共享打印机技术已被广泛地用于多用户系统和局域网络中。当用户进程请求打印输出时，SPOOLing系统同意为它打印输出，但并不真正立即把打印机分配给该用户进程，而只为它做两件事：① 由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中；② 输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。如果还有进程要求打印输出，系统仍可接受该请求，也同样为该进程做上述两件事。如果打印机空闲，输出进程将从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据，从输出井传送到内存缓冲区，再由打印机进行打印。打印完后，输出进程再查看请求打印队列中是否还有等待打印的请求表。若有，又取出队列中的第一张表，并根据其中的要求进行打印，如此下去，直至请求打印队列为空，输出进程才将自己阻塞起来。仅当下次再有打印请求时，输出进程才被唤醒。

4．SPOOLing 系统的特点 SPOOLing系统具有如下主要特点： (1) 提高了I/O 的速度。这里，对数据所进行的I/O 操作，已从对低速I/O 设备进行的I/O 操作，演变为对输入井或输出井中数据的存取，如同脱机输入输出一样，提高了I/O 速度，缓和了CPU与低速I/O 设备之间速度不匹配的矛盾。 (2) 将独占设备改造为共享设备。因为在SPOOLing 系统中，实际上并没为任何进程分配设备，而只是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。宏观上，虽然是多个进程在同时使用一台独占设备，而对于每一个进程而言，他们会认为自己是独占了一个设备。当然，该设备只是逻辑上的设备。SPOOLing系统实现了将独占设备变换为若干台对应的逻辑设备的功能。