操作系统|SPOOLing（假脱机）技术

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什么是假脱机技术，它可以解决什么问题？

什么是脱机技术

要回答什么是假脱机技术，首先我们需要知道什么是脱机技术。《计算机操作系统（第四版）》写道：

为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，20世纪50年代末出现了脱机I/O技术。该技术是将事先装有用户程序和数据的纸袋装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带（卡片）上的数据（程序）输入道磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。

在脱机技术加持下，程序和数据的输入输出都是在外围机的控制下完成的，也就是说，他们是在脱离主机的情况下进行的，所以称这种方式为脱机输入/输出方式。

假脱机

假脱机技术，又称SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operation On-Line）技术，是用软件的方式模拟脱机技术。SPOOLing系统的组成如下图所示。

明确一点：要实现SPOOLing技术，必须要有多道程序技术的支持。系统会建立“输入进程”和“输出进程”。

输入进程模拟脱机输入时的外围控制机；输出进程模拟脱机输出时的外围控制机。

所以，SPOOLing技术是用软件的方式实现了数据的预输入和缓输出。

假脱机技术的实现原理

SPOOLing系统主要由以下四部分组成：

• 输入井和输出井

  这是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，用于收容I/O设备输入的数据。输出井模拟脱机输出时的磁盘，用于收容用户程序的输出数据。输入/输出井中的数据一般以文件的形式组织管理，我们把这些文件成为井文件。一个文件仅存放某一个进程的输入或者输出数据，所有进程的输入或者输出文件链接成为一个输入（或输出）队列。

• 输入缓冲区和输出缓冲区

  这是在内存中开辟的两个缓冲区，用于缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾。输入缓冲区用于暂存由输入设备传送的数据，之后再传送到输入井。输出缓冲器用于暂存从输出井传送的数据，之后再传送到输出设备。

• 输入进程和输出进程

  输入进程也称预输入进程，用于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。输出进程也称缓输出进程，用于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过输出缓冲区输出至输出设备上。

• 井管理程序

  用于控制作业与磁盘之间信息的交换。当作业执行过程中向某台设备发出启动输入或输出操作请求时，由操作系统调用井管理程序，由其控制从输入井读取信息或将信息输出至输出井。

工作原理图

SPOOLing系统的工作原理如下图所示