介绍

通过多道程序技术可将一台物理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，假脱机技术，则可将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备，这样也就允许多个用户共享一台物理I/O设备。

1. 假脱机技术

早期，为了缓和CPU的高速性与I/O设备低速性之间的矛盾，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，先将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上，或者相反。

这样，处理机需要输入数据时，便可直接从磁盘中读取数据。反之，处理机输出数据时，也可很快将数据先输出到磁盘上，处理机便可去做自己的事情。

事实上，系统引入多道程序技术之后，我们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。再利用另一道程序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，实现以前的脱机输入、输出功能。此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行，将这种在联机情况下实现的同时外围操作的技术称为Spooling（Simultaneous Peripheral Operation On-Line）技术，或称为假脱机技术。

2. Spooling的组成

Spooling技术是对脱机输入/输出系统的模拟，其系统建立在通道技术和多道程序技术的基础上，以高速随机外存（通常为磁盘）为后援存储器。

Spooling系统构成：

• 输入井和输出井：

  在磁盘上开辟出来的两个存储区域。

  输入井模拟脱机输入时的磁盘，收容I/O设备输入的数据；

  输出井模拟脱机输出时的磁盘，收容用户程序的输出数据。

• 输入缓冲区和输出缓冲区：

  内存中开辟的两个缓冲区，缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾。

  输入缓冲区暂存输入设备传送的数据；

  输出缓冲区暂存从输出井传送的数据。

• 输入进程或输出进程：

  输入进程模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要求的数据从输入设备传送到输入缓冲区，再存放到输入井。当CPU需要输入设备时，直接从输入井读入内存；

  输出进程模拟脱机输出时的外围控制机，把用户要求输入的数据从内存传送并存放到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据经输出缓冲区输出至输出设备上。

• 井管理程序：

  控制作业与磁盘井之间信息的交换。

工作原理：

3. 特点：

• 提高了I/O的速度，这里，对数据所执行的I/O操作，已从对低速I/O设备执行的I/O操作演变为对磁盘缓冲区中数据的存取，如同脱机输入输出一样。
• 将独占设备改造为共享设备，在假脱机打印系统中，实际上并没有为任何进程分配设备，而只是在磁盘缓冲区中为进程分配一个空闲盘块和建立一张I/O请求表，这样，便把独占设备改造为共享设备。
• 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，它们都会认为自己是独占了一个设备。

4. 假脱机打印机系统：

组成：

• 磁盘缓冲区：

  磁盘上开辟的一个存储空间，暂存用户程序的输出数据

• 打印缓冲区：

  缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾，设置在内存中，暂存磁盘缓冲区送来的数据，传送给打印设备打印

• 假脱机管理进程和假脱机打印进程：

  管理进程为每个要求打印的用户数据建立一个假脱机文件，并放入到假脱机文件队列中，由打印进程依次对队列中的文件进行打印。

原理：

对每个用户而言，系统并非即时执行其程序输出数据的真实打印操作，而只是即时将数据输出到缓冲区，这时的数据并未真正被打印，只是让用户感觉系统已为他打印；

真正的打印操作，是在打印机空闲且打印任务在等待队列中已排到队首时进行的；而且，打印操作本身也是利用CPU的一个时间片，没有使用专门的外围机。

以上过程是对用户屏蔽的，用户是不可见的。

守护进程（daemon）：

前面是利用假脱机系统来实现打印机共享的一种方案，人们对该方案进行了某些修改，如取消该方案中的假脱机管理进程，为打印机建立一个守护进程，由它执行一部分原来由假脱机管理进程实现的功能。

除了打印机守护进程之外，还可能有许多其它的守护进程，如服务器守护进程和网络守护进程等。事实上，凡是需要将独占设备改造为可供多个进程共享的设备时，都要为该设备配置一个守护进程和一个假脱机文件队列（目录）。

参考：《计算机操作系统》（第四版，汤小凤）

看教材枯燥，码字记录提神，根据计算机操作系统（第四版，汤小凤）个人整理，仅作学习记录 :)