操作系統第五章總結/
阿新 • • 發佈：2018-10-13
物理 獨立性 驅動 操作數 隊列 分配 並行 image str
第五章 輸入/輸出管理
- I/O控制方式：程序直接控制方式，中斷驅動方式，DMA方式，通道控制方式。
- 程序直接控制方式：cpu需要對外設進行循環檢查，直到確定該字已經在IO控制器的數據寄存器中。CPU和iO設備只能串行。
- 中斷驅動方式：允許io設備主動打斷cpu運行並請求服務，從而解放cpu，使cpu向io控制器發送完讀命令後可以繼續做其他工作。以字傳輸，每個字需中斷。
- DMA方式：在IO設備和內存之間開辟直接數據通路，徹底解放cpu，以數據塊傳輸，僅在開始或結束時候才需要cpu幹預，整塊數據傳送是在DMA控制器的控制下完成。
- DMA控制器中應設置包括四類寄存器：命令/狀態寄存器（CR）接受從cpu發來的io命令或控制信息或設備的狀態，內存地址寄存器（MAR）輸入是存放內存的起始目標地址/輸出時存放內存源地址，數據寄存器（DR）暫存內存到設備或設備到內存的數據，數據計數器（DC）存放本次傳送的字數
- DMA方式工作過程：當cpu接受到io設備的DMA請求時候，它給DMA控制器發出一條命令，啟動DMA控制器，由DMA控制操作數據，cpu去做其他事，DMA控制器和存儲器交互，傳送整個數據塊，每次僅傳一個字，這個過程不需cpu參與，當全部傳送完成，DMA控制器發送中斷信號給cpu。
- 通道控制方式：io通道是專門負責輸入輸出的處理機。一組數據塊的讀寫為單位，實現cpu，通道，和io設備三者並行。
- 通道控制方式工作過程：cpu收到io設備請求，向通道發生一條io指令，給出所執行通道程序的首地址和訪問的io設備，通道執行通道程序完成cpu指定io任務，數據傳送結束後向cpu發中斷請求。
- io通道和一般處理機的區別：通道指令單一，沒有自己的內存，通道程序存放在主機內存和cpu共享內存。
- io通道和DMA方式區別：DMA方式需要cpu來控制傳輸的數據塊大小，傳輸的內存位置，每DMA控制器對應一臺設備和內存傳遞數據；通道控制傳輸的信息，可以控制多臺設備和內存的數據交換。
- io子系統的層次：用戶層io軟件，設備獨立性軟件，設備驅動程序，中斷處理程序，硬件設備
- I/O調度就是確定一個好的順序來執行這些I/O請求。
- 磁盤高速緩存（Disk Cache）利用內存空間來暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息。
- 磁盤高速緩存在邏輯上屬於磁盤，物理上則是駐留在內存中的盤塊。
- 高速緩存在內存中分為兩種形式：一種是在內存中開辟一個單獨的存儲空間作為磁盤高速緩存，大小固定；另一種是把未利用的內存空間作為一個緩沖池，供請求分頁系統和磁盤I/O時共享。
- 在設備管理子系統中，引入緩沖區的目的主要有：
1）緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾。
2）減少對CPU的中斷頻率，放寬對CPU中斷響應時間的限制。
3）解決基本數據單元大小（即數據粒度）不匹配的問題。
4）提高CPU和I/O設備之間的並行性。 - 緩沖技術有：單緩沖（在設備和處理機之間設置一個緩沖區）雙緩沖（緩沖區1滿了再裝填2，處理完1，2滿了則處理2）循環緩沖（多個大小相等的緩沖區，每個緩沖區有鏈接指針到下個緩沖區，最後一個指向第一個）緩沖池（系統公用緩沖區，緩沖區分三個隊列）
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高速緩存和緩沖區的區別
- 設備分配是指根據用戶的I/O請求分配所需的設備。分配的總原則是充分發揮設備的使用效率，盡可能地讓設備忙碌，又要避免由於不合理的分配方法造成進程死鎖。
- 設備的特性來看，采用下述三種使用方式的設備分別稱為獨占設備、共享設備和虛擬設備。
- SPOOLing技術是在批處理操作系統時代引入的，即假脫機I/O技術。這種技術用於對設備的操作，實質上就是對I/O操作進行批處理。
- SPOOLing技術實質上是一種以空間換取時間的技術，請求分頁系統中的頁面調度算法剛好相反，是以時間換空間的技術。
- 設備分配依據的主要數據結構：設備控制表（DCT）、控制器控制表（COCT）、通道控制表（CHCT）和系統設備表（SDT）
- 設備分配先後訪問的數據結構：SDT—DCT—COCT—CHCT
- 一個設備控制表就表征一個設備，而這個控制表中的表項就是設備的各個屬性。每個設備都分為機械部件和電子部件兩部分，其中負責解析上層傳達的命令並控制解析部件運作的是電子部件（控制器），所以每個DCT，都需要一個表項來表示控制器，也就是需要一個指向控制器控制表（COCT），因此DCT與COCT有一一對應的關系。
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系統設備表SDT：整個系統只有一張SDT。它記錄已連接到系統中的所有物理設備的情況，每個物理設備占一個表目。
- 設備分配考慮因素：I/O設備的固有屬性、I/O設備的分配算法、I/O設備分配的安全性以及I/O設備的獨立性。
- 設備分配原則：設備分配應根據設備特性、用戶要求和系統配置情況。分配的總原則：既要充分發揮設備的使用效率，又要避免造成死鎖，還要將用戶程序和具體設備隔離開。
- 對於獨占設備，既可以用動態分配方式也可以采用靜態分配方式，往往采用靜態分配方式，即在作業執行前，將作業所要用的這一類設備分配給它。共享設備可被多個進程所共享，一般采用動態分配方式，但在每個I/O傳輸的單位時間內只被一個進程所占有，通常采用先請求先分配和優先級高者優先的分配算法。
- 為了提高設備分配的靈活性和設備的利用率、方便實現I/O重定向，因此引入了設備獨立性。設備獨立性是指應用程序獨立於具體使用的物理設備。為了實現設備獨立性，在應用程序中使用邏輯設備名來請求使用某類設備，在系統中設置一張邏輯設備表（LUT），用於將邏輯設備名映射為物理設備名。LUT表項包括邏輯設備名、物理設備名和設備驅動程序入口地址；當進程用邏輯設備名來請求分配設備時，系統為它分配相應的物理設備，並在LUT中建立一個表項，以後進程再利用邏輯設備名請求I/O操作時，系統通過查找LUT來尋找相應的物理設備和驅動程序。
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在系統中可采取兩種方式建立邏輯設備表：
1）在整個系統中只設置一張LUT。這樣，所有進程的設備分配情況都記錄在這張表中，故不允許有相同的邏輯設備名，主要適用於單用戶系統中。
2）為每個用戶設置一張LUT。當用戶登錄時，系統便為該用戶建立一個進程，同時也為之建立一張LUT，並將該表放入進程的PCB中。 - SPOOLing系統的主要特點有：提高了I/O的速度：將獨占設備改造為共享設備；實現了虛擬設備功能。
- 輸入輸出井是在磁盤上開辟存儲空間，輸入輸出緩沖區是在內存中開辟。
- 用戶打印數據首先被送到輸出井，輸出井在磁盤。
操作系統第五章總結/