Chapter 5. 输入/输出 I/O 管理

公式与性质

• I/O 端口：设备控制器中可被 CPU 直接访问的寄存器。

• DMA 传送只有开始和结束时才需要 CPU 介入，只有结束时才需要中断。

• 缓冲平均处理时间：

  • 单缓冲区：Max(处理时间, 输入时间)+传送时间
  • 双缓冲区：Max(处理时间 + 传送时间, 输入时间)
  • 涉及具体缓冲时间的计算而非平均时间的计算时，老老实实画甘特图，不能套公式。

• 设备分配的步骤

  1. 分配设备。
  2. 分配控制器。
  3. 分配通道。

• 输入井和输出井位于磁盘中，输入缓冲区和输出缓冲区位于内存中。

• 固态硬盘（属于EEPROM）以页为单位读/写，但必须擦除一整个块才能对每个块再写一次。

概念

• 字符设备是存储和传输以字符位单位的设备，传输速率低，不可寻址。共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备。

• 为实现 CPU 与外部设备并行工作，必须引入的基础硬件是通道。

• 通道控制控制器，控制器控制设备。

• 引入虚拟设备的目的是通过虚拟设备到物理设备的映射，使得在用户视角有更多的物理设备。

• I/O 接口又叫设备控制器，连接 CPU 和 I/O 设备。

• 会直接导致进程阻塞的是 中断和 DMA，程序直接控制方式不会导师进程阻塞。

  程序直接控制方式在 I/O 中程序可以一直占用 CPU 。

• 数据选择通道通常连接单一高速设备；字节多路通道通常连接大量的低速或中速的设备；数据多路通道通常连接多个高速外设交叉传递信息。

• 寻找设备驱动程序接口函数的任务由设备无关的操作系统软件完成。

  设备无关软件负责将逻辑设备与具体设备对应，故需要负责找到具体的设备驱动程序。

考点

• 采用中断屏蔽技术会封锁与中断屏蔽标志相对应的事件的响应。

  注意区分中断响应优先级，中断响应优先级一般无法修改，是由硬件决定的，不响应不比自己级别高的中断事件。

• DMA 过程：

  1. CPU 初始化 DMA 控制器并启动磁盘。
  2. 从磁盘传输一块数据到内存缓冲区。
  3. DMA 控制器发出中断请求。
  4. 执行" DMA 结束"中断服务程序。

  DMA 开始前不需要中断。

• 需要 CPU 干预最少的方式是 I/O 通道控制方式。

  比 DMA 还少。

• 通道中断中 CPU 的利用效率最高。

  比 DMA 还高。

• 用户程序发出磁盘 I/O 请求后，系统的处理流程是：用户程序 \longrightarrow 系统调用处理程序 \longrightarrow 设备驱动程序 \longrightarrow 中断处理程序。

  设备驱动程序在设备准备好后发出中断请求。

• SPOOLing：

  • 预输入程序（输入进程）：从外设经过输入缓冲区读到输入井中。
  • 输入井读程序：从输入井读到正在执行的作业中。
  • 输出井写程序：从正在执行的作业中写到输出井。
  • 缓输出程序（输出进程）：从输出井经过输出缓冲区写到外设中。

• 分扇区属于低级格式化；分区既不属于低级格式化也不属于逻辑格式化，是在二者其间的一个过程。

• 不会导致磁头臂黏着点是先来先服务 FCFS 。

  最短寻道时间优先 SSTF 显然会黏着。
  循环扫描算法 CSCAN（以及 SCAN 、LOOK 、CLOOK ） ，若此时有一个较远的请求，则会优先处理同方向上最近的。