操作系统（第四版）期末复习总结（下）

衔接我的上两篇博文，之前总结到第五章，这儿继续总结第六章（可进入我的主页看前两篇总结，前面的考点挺多的）

第六章：输入输出系统

1、I/O系统的结构

• 微机型I/O系统—I/O设备通过设备控制器链接到总线上，CPU通过设备控制器与相应设备进行通信
• 主机型I/O系统（带通道的I/O系统）—具有通道的I/O系统结构：I/O设备、设备控制器、I/O通道、处理器。

2、设备控制器—是一个可编址设备，分为字符设备控制器和块设备控制器，是CPU与设备间的接口。

• 功能：

             接收和识别命令
             数据交换
             设备状态的了解和报告
             地址识别
             数据缓冲、差错控制

• 设备控制器的组成（三部分）
  

1. 设备控制器与处理机的接口（数据线（数据寄存器、控制/状态寄存器）、地址线、控制线）
   
2. 设备控制器与设备的接口（数据信号、状态信号、控制信号）
   
3. I/O逻辑：实现对设备的控制

3、设备管理功能

• 监视系统中所有设备的状态
• 设备的分配（相关数据结构、设备分配策略、分配的方式、分配技术和算法等。）
  
• I/O控制（设备驱动处理（块设备）和设备中断处理（字符设备）。）

4、I/O控制方式

• 循环测试I/O方式
• I/O中断方式

        优点：
　　    CPU利用率大大提高。（相对于忙等待方式）
        缺点：
            每台设备每输入/出一个字（节）的数据都有一次中断。如果设备较多时，中断次数会很多，使CPU的计算时间大大减少。
            不适合块设备。中断次数多，效率极低。
            为减少中断对CPU造成的影响，可采用DMA方式和通道方式。

• DMA方式—控制器功能更强，除有中断功能外，还有一个DMA控制器（DMAC）。

          在DMAC的控制下，设备同主存之间可成批交换数据，不用CPU干预。

         DMAC由三部分组成：主机与DMAC的接口、DMAC与块设备的接口、I/O控制逻辑。

PS：中断方式与DMA方式区别

    中断方式是在数据缓冲寄存器满后，发中断请求，CPU进行中断处理；DMA方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理； ——大大减少了CPU进行中断处理的次数。

   中断方式的数据传送是由CPU控制完成的；DMA方式则是在DMAC的控制下完成的。

• 通道方式

         为使CPU从繁忙的I/O处理中摆脱出来，现代大、中型计算机系统中设置了专门处理I/O操作的处理机，并把这种处理机称为通道。通道=I/O处理机

5、缓冲技术

5.1、缓冲技术的实现

提出用缓冲技术来匹配CPU与设备的速度的差异和负荷的不均匀，从而提高处理机与外设的并行程度。
引入缓冲可缓和CPU与外设的速度差异。

凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技术。

• 硬件缓冲器，在设备控制器中有硬件缓冲器，通常容量较小。
• 软件缓冲技术是广泛应用的一种缓冲技术，它由缓冲区和对缓冲区的管理两部分组成。

5.2、常用的缓冲技术

• 单缓冲 —最简单的一种缓冲形式。当进程发出一I/O请求时，OS在内存中为之分配一缓冲区

• 双缓冲—设置两个缓冲区buf1和buf2。交替使用两个缓冲区，使CPU和设备的并行操作的程度进一步提高。

• 环形缓冲 —环形缓冲技术是在主存中分配一组大小相等的存储区作为缓冲区，并将这些缓冲区链接起来。
• 缓冲池—环形缓冲区一般用于特定的进程，属于专用缓冲区，当系统较大时，将会有许多这样的环形缓冲区，这不仅要消耗大量的内存空间，利用率也不高。

hin、sin、hout、sout为指针

5.3、引入缓冲技术的原因

  提出用缓冲技术来匹配CPU与设备的速度的差异和负荷的不均匀，从而提高处理机与外设的并行程度。
引入缓冲可缓和CPU与外设的速度差异。

凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技术。

6、设备分配

• 设备分配中的数据结构
• 设备分配方式

1. 静态分配

        在作业级进行的，当一个作业运行之前由系统一次分配满足需要的全部设备，这些设备一直为该作业占用，直到作业撤消。
        设备的利用效率较低

        不会出现死锁

    2.  动态分配  

    在进程运行的过程中进行的，当进程需要使用设备时，通过系统调用命令向系统提出设备请求，系统按一定的分配策略给进程分配所需设备，一旦使用完毕立即释放。
    有利于提高设备的使用效率
    会出现死锁，应力求避免

•  设备分配算法

1. 先请求先服务
2. 优先级高的优先服务

•  设备分配技术
  

1. 独享分配（打印机、键盘、显示器。磁带机可作为独占设备，也可作为共享设备。）
2. 共享分配（磁盘，磁带和磁鼓）
3. 虚拟分配（为提高计算机系统的效率，提出了在高速共享设备上模拟低速设备功能的技术，称为虚拟设备技术。）
   

7、假脱机（SPOOLing）系统特点

• 提高了I/O速度
• 将独占设备改造为共享设备
• 实现了虚拟设备功能