学徒630
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王道计算机考研 操作系统学习笔记 + 完整思维导图篇章五: IO管理

目录

IO设备的基本概念和分类

IO设备的分类 

按使用特性分类

按传输速率分类 

按信息交换单位分类 

IO控制器

l/O设备的电子部件（I/O控制器） 

l/O控制器的组成

内存映像I/o vs.寄存器独立编址

IO控制方式

程序直接控制方式

中断驱动方式

DMA方式

​编辑通道控制方式

DMA与通道的区别

IO软件层次结构 

用户层IO软件 

设备独立性软件

主要功能

中断处理程序

输入/输出应用程序接口 & 设备驱动程序接口 

输入/输出应用程序接口

阻塞/非阻塞I/O

设备驱动程序接口 

IO核心子系统 

假脱机技术（SPOOLing ） 

什么是脱机技术

输入井和输出井

共享打印机原理分析 

设备的分配与回收

设备分配时应考虑的因素 

静态分配和动态分配

设备分配管理中的数据结构

设备分配的步骤

​编辑​编辑

设备分配步骤的改进 

缓冲区管理 

什么是缓冲区? 有什么作用?​编辑​编辑

单缓冲

双缓冲 

使用单/双缓冲在通信时的区别

高速缓存与缓冲区对比

相同点

不同

循环缓冲区

缓存池

磁盘管理 

磁盘的结构

磁盘、磁道、扇区 

如何在磁盘中读/写数据

盘面、柱面

磁盘的物理地址

​编辑 磁盘的分类

磁盘调度算法

一次磁盘读/写操作需要的时间 

先来先服务算法 (FCFS)

最短寻找时间优先 (SSTF)

扫描算法 (SCAN)

LOOK 调度算法

循环扫描算法 (CSCAN) 

C-LOOK 调度算法

磁盘的管理

磁盘初始化 

引导块 

坏块管理 

固态硬盘SSD 

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IO设备的基本概念和分类

“I/O”就是“输入/输出”（Input/Output）I/O设备就是可以将数据输入到计算机，或者可以接收计算机输出数据的外部设备，属于计算机中的硬件部件。

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IO设备的分类 

按使用特性分类

按传输速率分类 

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按信息交换单位分类 

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IO控制器

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I/0设备的机械部件主要用来执行具体I/O操作。如我们看得见摸得着的鼠标/键盘的按钮:显示器的LED屏:移动硬盘的磁臂、磁盘盘面


l/0设备的电子部件通常是一块插入主板扩充槽的印刷电路板 

l/O设备的电子部件（I/O控制器） 

l/O控制器的组成

值得注意的小细节:

  • 一个I/0控制器可能会对应多个设备;
  • 数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器可能有多个(如：每个控制/状态寄存器对应一个具体的设备)，且这些寄存器都要有相应的地址，才能方便CPU操作。有的计算机会让这些寄存器占用内存地址的一部分，称为内存映像l/0；另一些计算机则采用I/0专用地址，即寄存器独立编址

内存映像I/o vs.寄存器独立编址

IO控制方式

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程序直接控制方式

 

中断驱动方式

DMA方式

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通道控制方式

DMA与通道的区别

DMA需要CPU来控制传输的数据块大小、传输的内存位置、而通道方式中这些信息是由通道控制的

DMA控制器对应一台设备与内存传递数据，通道可以控制多态设备与内存的数据交换

IO软件层次结构 

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用户层IO软件 

设备独立性软件

用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命令、设备保护、差错控制及设备分配与释放，同时为设备管理与数据传送提供必要的存储空间

设备独立性也称为设备无关性，使得应用程序独立于具体使用的物理设备（使用逻辑设备名）

使用逻辑设备名的好处：增加设备分配的灵活性；易于实现IO重定向

主要功能

  • 执行所有设备的公有操作（设备的分配与回收，逻辑设备名映射为物理设备名，对设备进行保护，进制用户直接访问设备），屏蔽设备之间数据交换的速度差异等
  • 向用户层（文件层）提供统一接口∶无论哪种设备，他们向用户提供的接口都是相同的

不同设备的内部硬件特性也不同，这些特性只有厂家才知道，因此厂家须提供与设备相对应的驱动程序，CPU执行驱动程序的指令序列，来完成设置设备寄存器，检查设备状态等工作

中断处理程序

输入/输出应用程序接口 & 设备驱动程序接口 

输入/输出应用程序接口

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阻塞/非阻塞I/O

  • 阻塞I/O: 应用程序发出I/O系统调用，进程需转为阻塞态等待

        eg：字符设备接口-一从键盘读一个字符 get

  • 非阻寨I/O:应用程序发出I/O系统调用，系统调用可迅速返回，进程无需阻塞等待

        eg：块设备接口--往磁盘写数据 write

设备驱动程序接口 

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  • 不同的操作系统，对设备驱动程序接口的标准各不相同。
  • 设备厂商必须根据操作系统的接口要求，开发相应的设备驱动程序，设备才能被使用 

IO核心子系统 

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假脱机技术（SPOOLing ） 

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什么是脱机技术

输入井和输出井

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共享打印机原理分析 

王道计算机考研 操作系统学习笔记 + 完整思维导图篇章五: IO管理_第21张图片王道计算机考研 操作系统学习笔记 + 完整思维导图篇章五: IO管理_第22张图片

设备的分配与回收

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设备分配时应考虑的因素 

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静态分配和动态分配

  • 静态分配:进程运行前为其分配全部所需资源，运行结束后归还资源（破坏了“请求和保持”条件，不会发生死锁）
  • 动态分配:进程运行过程中动态申请设备资源

设备分配管理中的数据结构

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设备分配的步骤

根据进程请求的物理设备名查找SDT(注:物理设备名是进程请求分配设备时提供的参数)

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根据SDT找到DCT，若设备忙碌则将进程PCB挂到设备等待队列中，不忙碌则将设备分配给进程。

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根据DCT找到COCT，若控制器忙碌则将进程PCB挂到控制器等待队列中，不忙碌则将控制器分配
给进程 

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根据COCT找到CHCT，若通道忙碌则将进程PCB挂到通道等待队列中，不忙碌则将通道分配给进
程。

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设备分配步骤的改进 

缓冲区管理 

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什么是缓冲区? 有什么作用?

单缓冲

王道计算机考研 操作系统学习笔记 + 完整思维导图篇章五: IO管理_第35张图片王道计算机考研 操作系统学习笔记 + 完整思维导图篇章五: IO管理_第36张图片

结论：采用单缓冲策略，处理一块数据平均耗时 Max(C, T)+M

双缓冲 

结论:采用双缓冲策略，处理一个数据块的平均耗时为 Max(T, C+M)

使用单/双缓冲在通信时的区别

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显然，若两个相互通信的机器只设置单缓冲区，在任一时刻只能实现数据的单向传输。 

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高速缓存与缓冲区对比

相同点

都介于高速设备和低速设备之间

不同

  • 存放数据

    高速缓存：存放的是低速设备上的某些数据的复制数据

    缓冲区：存放的是低速设备传递给高速设备的数据，这些数据在低速设备上不一定有备份，这些数据再从缓冲区传送到高速设备

  • 目的

    高速缓存∶高速缓存存放的是高速设备经常要访问的数据，如高速缓存中数据不在，高速设备就要访问低速设备

    高速设备和低速设备的通信都要经过缓冲区，高速设备永远不会去直接访问低速设备

循环缓冲区

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缓存池

磁盘管理 

磁盘的结构

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磁盘、磁道、扇区 

如何在磁盘中读/写数据

        需要把“磁头”移动到想要读/写的扇区所在的磁道磁盘会转起来，让目标扇区从磁头下面划过，才能完成对扇区的读/写操作。

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盘面、柱面

磁盘的物理地址

 磁盘的分类

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磁盘调度算法

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一次磁盘读/写操作需要的时间 

操作系统的磁盘调度算法会直接影响寻道时间 

先来先服务算法 (FCFS)

最短寻找时间优先 (SSTF)

扫描算法 (SCAN)

LOOK 调度算法

循环扫描算法 (CSCAN) 

C-LOOK 调度算法

磁盘的管理

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磁盘初始化 

引导块 

坏块管理 

固态硬盘SSD

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  • jquery内部链式调用机理 换个号韩国红果果 JavaScriptjquery
    只需要在调用该对象合适(比如下列的setStyles)的方法后让该方法返回该对象（通过this  因为一旦一个函数称为一个对象方法的话那么在这个方法内部this（结合下面的setStyles）指向这个对象） function create(type){ var element=document.createElement(type); //this=element;
  • 你订酒店时的每一次点击 背后都是NoSQL和云计算 蓝儿唯美 NoSQL
    全球最大的在线旅游公司Expedia旗下的酒店预订公司，它运营着89个网站，跨越68个国家，三年前开始实验公有云，以求让客户在预订网站上查询假期酒店时得到更快的信息获取体验。 云端本身是用于驱动网站的部分小功能的，如搜索框的自动推荐功能，还能保证处理Hotels.com服务的季节性需求高峰整体储能。 Hotels.com的首席技术官Thierry Bedos上个月在伦敦参加“2015 Clou
  • java笔记1 a-john java
    1，面向对象程序设计（Object-oriented Propramming，OOP）：java就是一种面向对象程序设计。 2，对象：我们将问题空间中的元素及其在解空间中的表示称为“对象”。简单来说，对象是某个类型的实例。比如狗是一个类型，哈士奇可以是狗的一个实例，也就是对象。 3，面向对象程序设计方式的特性：     3.1 万物皆为对象。    
  • C语言 sizeof和strlen之间的那些事 C/C++软件开发求职面试题 必备考点（一） aijuans C/C++求职面试必备考点
            找工作在即，以后决定每天至少写一个知识点，主要是记录，逼迫自己动手、总结加深印象。当然如果能有一言半语让他人收益，后学幸运之至也。如有错误，还希望大家帮忙指出来。感激不尽。        后学保证每个写出来的结果都是自己在电脑上亲自跑过的，咱人笨，以前学的也半吊子。很多时候只能靠运行出来的结果再反过来
  • 程序员写代码时就不要管需求了吗？ asia007 程序员不能一味跟需求走
          编程也有2年了，刚开始不懂的什么都跟需求走，需求是怎样就用代码实现就行，也不管这个需求是否合理，是否为较好的用户体验。当然刚开始编程都会这样，但是如果有了2年以上的工作经验的程序员只知道一味写代码，而不在写的过程中思考一下这个需求是否合理，那么，我想这个程序员就只能一辈写敲敲代码了。       我的技术不是很好，但是就不代
  • Activity的四种启动模式 百合不是茶 android栈模式启动Activity的标准模式启动栈顶模式启动单例模式启动
    android界面的操作就是很多个activity之间的切换,启动模式决定启动的activity的生命周期 ;   启动模式xml中配置     <activity android:name=".MainActivity" android:launchMode="standard&quo
  • Spring中@Autowired标签与@Resource标签的区别 bijian1013 javaspring@Resource@Autowired@Qualifier
    Spring不但支持自己定义的@Autowired注解，还支持由JSR-250规范定义的几个注解，如：@Resource、 @PostConstruct及@PreDestroy。   1. @Autowired    @Autowired是Spring 提供的，需导入    Package:org.springframewo
  • Changes Between SOAP 1.1 and SOAP 1.2 sunjing ChangesEnableSOAP 1.1SOAP 1.2
    JAX-WS SOAP Version 1.2 Part 0: Primer (Second Edition) SOAP Version 1.2 Part 1: Messaging Framework (Second Edition) SOAP Version 1.2 Part 2: Adjuncts (Second Edition)   Which style of WSDL
  • 【Hadoop二】Hadoop常用命令 bit1129 hadoop
    以Hadoop运行Hadoop自带的wordcount为例，   hadoop脚本位于/home/hadoop/hadoop-2.5.2/bin/hadoop，需要说明的是，这些命令的使用必须在Hadoop已经运行的情况下才能执行   Hadoop HDFS相关命令  hadoop fs -ls  列出HDFS文件系统的第一级文件和第一级
  • java异常处理（初级） 白糖_ javaDAOspring虚拟机Ajax
    从学习到现在从事java开发一年多了，个人觉得对java只了解皮毛，很多东西都是用到再去慢慢学习，编程真的是一项艺术，要完成一段好的代码，需要懂得很多。 最近项目经理让我负责一个组件开发，框架都由自己搭建，最让我头疼的是异常处理，我看了一些网上的源码，发现他们对异常的处理不是很重视，研究了很久都没有找到很好的解决方案。后来有幸看到一个200W美元的项目部分源码，通过他们对异常处理的解决方案，我终
  • 记录整理-工作问题 braveCS 工作
    1）那位同学还是CSV文件默认Excel打开看不到全部结果。以为是没写进去。同学甲说文件应该不分大小。后来log一下原来是有写进去。只是Excel有行数限制。那位同学进步好快啊。 2）今天同学说写文件的时候提示jvm的内存溢出。我马上反应说那就改一下jvm的内存大小。同学说改用分批处理了。果然想问题还是有局限性。改jvm内存大小只能暂时地解决问题，以后要是写更大的文件还是得改内存。想问题要长远啊
  • org.apache.tools.zip实现文件的压缩和解压，支持中文 bylijinnan apache
    刚开始用java.util.Zip，发现不支持中文（网上有修改的方法，但比较麻烦） 后改用org.apache.tools.zip org.apache.tools.zip的使用网上有更简单的例子 下面的程序根据实际需求，实现了压缩指定目录下指定文件的方法 import java.io.BufferedReader; import java.io.BufferedWrit
  • 读书笔记-4 chengxuyuancsdn 读书笔记
    1、JSTL 核心标签库标签 2、避免SQL注入 3、字符串逆转方法 4、字符串比较compareTo 5、字符串替换replace 6、分拆字符串 1、JSTL 核心标签库标签共有13个， 学习资料：http://www.cnblogs.com/lihuiyy/archive/2012/02/24/2366806.html 功能上分为4类： (1)表达式控制标签：out
  • [物理与电子]半导体教材的一个小问题 comsci 问题
          各种模拟电子和数字电子教材中都有这个词汇-空穴       书中对这个词汇的解释是; 当电子脱离共价键的束缚成为自由电子之后,共价键中就留下一个空位,这个空位叫做空穴       我现在回过头翻大学时候的教材,觉得这个
  • Flashback Database --闪回数据库 daizj oracle闪回数据库
    Flashback 技术是以Undo segment中的内容为基础的， 因此受限于UNDO_RETENTON参数。要使用flashback 的特性，必须启用自动撤销管理表空间。 在Oracle 10g中， Flash back家族分为以下成员： Flashback Database， Flashback Drop，Flashback Query(分Flashback Query,Flashbac
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    public void insertSort(int[] array){ int temp; for(int i=1;i<array.length;i++){ temp = array[i]; for(int k=i-1;k>=0;k--)
  • C语言学习六指针小示例、一维数组名含义，定义一个函数输出数组的内容 dcj3sjt126com c
    # include <stdio.h> int main(void) { int * p; //等价于 int *p 也等价于 int* p; int i = 5; char ch = 'A'; //p = 5; //error //p = &ch; //error //p = ch; //error p = &i; //
  • centos下php redis扩展的安装配置3种方法 dcj3sjt126com redis
    方法一 1.下载php redis扩展包  代码如下 复制代码 #wget http://redis.googlecode.com/files/redis-2.4.4.tar.gz 2 tar -zxvf 解压压缩包，cd /扩展包 （进入扩展包然后 运行phpize 一下是我环境中phpize的目录，/usr/local/php/bin/phpize (一定要
  • 线程池(Executors) shuizhaosi888 线程池
    在java类库中，任务执行的主要抽象不是Thread，而是Executor，将任务的提交过程和执行过程解耦 public interface Executor { void execute(Runnable command); }   public class RunMain implements Executor{ @Override pub
  • openstack 快速安装笔记 haoningabc openstack
    前提是要配置好yum源 版本icehouse，操作系统redhat6.5 最简化安装，不要cinder和swift 三个节点 172 control节点keystone glance horizon 173 compute节点nova 173 network节点neutron control /etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward =
  • 从c面向对象的实现理解c++的对象（二） jimmee C++面向对象虚函数
    1. 类就可以看作一个struct，类的方法，可以理解为通过函数指针的方式实现的，类对象分配内存时，只分配成员变量的，函数指针并不需要分配额外的内存保存地址。 2. c++中类的构造函数，就是进行内存分配(malloc)，调用构造函数 3. c++中类的析构函数，就时回收内存(free) 4. c++是基于栈和全局数据分配内存的，如果是一个方法内创建的对象，就直接在栈上分配内存了。 专门在
  • 如何让那个一个div可以拖动 lingfeng520240 html
    <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd"> <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml
  • 第10章 高级事件（中） onestopweb 事件
    index.html <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd"> <html xmlns="http://www.w3.org/
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    要解决这个问题的时候，到网上查了很多方案，最后计算出来的都与百度计算出来的有出入。下面这个公式计算出来的距离和百度计算出来的距离是一致的。 /** * * @param longitudeA * 经度A点 * @param latitudeA * 纬度A点 * @param longitudeB *
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    1、Java8已经到来。什么！？ Java8 支持lambda。哇哦，RIP Scala！ 　　随着Java8 的发布，出现很多关于新发布的Java8是否有潜力干掉Scala的争论，最终的结论是远远没有那么简单。Java8可能已经在Scala的lambda的包围中突围，但Java并非是函数式编程王位的真正觊觎者。 　 　2、Java 9 即将到来 　　 Oracle早在8月份就发布
  • zoj 3826 Hierarchical Notation(模拟) 阿尔萨斯 rar
    题目链接：zoj 3826 Hierarchical Notation 题目大意：给定一些结构体，结构体有value值和key值，Q次询问，输出每个key值对应的value值。 解题思路：思路很简单，写个类词法的递归函数，每次将key值映射成一个hash值，用map映射每个key的value起始终止位置，预处理完了查询就很简单了。 这题是最后10分钟出的，因为没有考虑value为{}的情
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